Металлы жизни
I. Введение
Человек состоит из более, чем 100 триллионов клеток. В состав клеток живых организмов, в том числе и человека, входят органические и неорганические вещества. В этих веществах обнаруживаются, по мнению некоторых ученых, почти все элементы Периодической системы. По мере того, как разрабатывались всё более точные методы аналитического определения химических элементов, учёные всё больше убеждались в справедливости этого мнения. Бионеорганическая химия возникла как новая научная область на грани химии, биологии и медицины. К важнейшим ее задачам можно отнести выяснение роли металлов в возникновении и развитии различных процессов в здоровом и больном организме, создание новых эффективных препаратов на основе металлоорганических соединений и активное участие в борьбе за сохранение здоровья людей и продления человеческой жизни. Доказано, что организм человека особенно чутко реагирует на изменение концентрации в нем «элементов жизни» и, в особенности, металлических микроэлементов. Доказано, что многие серьезные заболевания и патологии в организме связаны с нарушением баланса оптимальных концентраций биологически важных соединений в нем, недостатком или избытком тех или иных элементов в организме.
Считаю, что каждый человек должен заботиться о своем здоровье, многое знать о химии своего организма; знать к каким патологиям может привести нарушение баланса химических элементов в организме. Выбранная мною тема « Металлы жизни» актуальна для всех нас: в настоящее время в нашей стране остро встали проблемы численности населения и продолжительности жизни. Здоровый образ жизни, правильное питание, уровень развития медицины, общая грамотность населения, социальные условия - вот те главные слагаемые, которые всегда, во все времена будут определяющими в здоровье и жизни человека. Что значит грамотно относиться к своему организму? Это, прежде всего, знать, что может спровоцировать те или иные заболевания. Может ли сам человек, хотя бы отчасти, быть «кузнецом своего здоровья»? Думаю, что да. Чем больше мы знаем, тем меньше не допускаем того, что может повредить нашему здоровью.
Целью данной работы является определение металлов и их роли в биохимических процессах живых организмов.
Задачи:
. изучить литературу по данной теме
. Выявить роль металлов в биохимических процессах
. Провести исследование на наличие металлов в продуктах питания и в организме человека.
II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
. Элементарный состав организма человека
Около 30 элементов считаются биогенными, или крайне необходимыми для жизнедеятельности организма. Наиболее важные из биогенных элементов называют «элементами жизни». К ним относятся «металлы жизни» - Ca, K, Na,Mg, Fe, Zn,Cu, Mn, Mo, Co.Среди них микро и макро и микроэлементы.
Совокупная массовая доля макроэлементов в организме человека составляет примерно 99,5%,. Макроэлементами принято считать те химические элементы, содержание в организме которых более 0,005% массы тела. К макрометаллам относятся натрий, магний, калий и кальций.
Микроэлементами называются химические элементы, содержащиеся в организме в очень малых количествах. Их содержание не превышает 0,005% массы тела, а концентрация в тканях - не более 0,000001%. Среди всех микроэлементов в особую группу выделяют так называемые незаменимые микроэлементы. Незаменимыми микроэлементами являются: железо, медь, марганец, цинк, кобальт, молибден, хром.Важные микроэлементы - микрометаллы, регулярное поступление которых с пищей или водой в организм абсолютно необходимо для нормальной его жизнедеятельности. Незаменимые микроэлементы входят в состав ферментов (пепсин, амилаза кишечника - трипсин), витаминов (тиамин, рибофлавин), гормонов (тироксин, инсулин) и других биологически активных веществ.
Макро и микро элементы играют важную роль в биологических процессах живых организмов.
кровь человек кальций металл
2. Биологическая роль основных макро и микро металлов
В последние годы все сильнее подтверждается важная биологическая роль большинства металлов. Многочисленными исследованиями установлено, что влияние металлов весьма разнообразно и зависит от содержания в окружающей среде и степени нуждаемости в них организма человека.
Самые распространенные макрометалы-это Ca-кальций, Mg-магний, Na-натрий.
Кальций-Ca.
Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Так, гидроксилапатит Ca5(PO4)3(OH), - основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека, а из карбоната кальция CaCO3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. Кальций - биогенный элемент, постоянно присутствующий в тканях и живых организмов. Он являеться важным компонент минерального обмена животных и человека. Содержание Ca в организме составляет около 1700г на 70кг массы. Ионны Ca2+ участвуют в сокращении мышц, функционировании нервной системы. От содержания ионнов Ca2+ зависит проницаемость клеточных мембран. Кальций нужен для роста костей и зубов, образования молока у кормящих женщин, регулирования нормального ритма сокращений сердца, а также осуществления процесса свёртывания крови.
Магний-Mg.
Магний - важный биоэлемент. Ионны Mg2+ образуют в клетках комплексы с нуклеиновыми кислотами, участвуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, метаболизме углеводов. Магний можно назвать центральным элементом энергетических процессов. Избыток магния играет роль депрессора нервного возбуждения, а так же может вызвать наркотическое состояние, недостаток - вызывает судороги.
Натрий-Na.
Натрий - металл, играющий ключевую роль в регулировании жидкостного обмена и регуляции осмотического давления и водного обмена, а так же оказывает значительное влияние и на белковый обмен. В организме человека натрий выполняет функции:
üПоддержание осмотического давления и рН среды.
üФормирование потенциала действия путем обмена с ионами калия.
üТранспорт углекислого газа.
Потребность в натрии существенно возрастает при сильном потоотделении в жарком климате или при больших физических нагрузках. Содержание природного натрия в пище относительно невелико от 15 до 80 мг. Однако в этих количествах натрий находится практически во всех пищевых продуктах.
Основные микрометаллы это: Fe-железо,Zn-цинк,Mn-марганец.
Железо-Fe.
Железо - один из наиболее широко распространенных в природе металлов. Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена. Этот элемент входит в состав гемоглобина крови, отвечающего за транспорт кислорода. Из 4 г железа, содержащегося в организме взрослого человека, большая примерно 55-60% запасов железа в организме приходится на гемоглобин, около 15%- 24% - активное железо, входящее в состав различных гемопротеидов, участвует в формировании красящего вещества мышц (миоглобина). Остальная часть железа (примерно 21%) откладывается "про запас" в печени и селезенке.
Цинк-Zn.
Цинк присутствует во всех органах, тканях, жидкостях и секретах организма. Более 95% всего цинка содержится в клетках. Цинк сосредоточен в основном в коже, волосах и костной ткани. Цинк участвует практически во всех стадиях роста клеток. Цинк необходим для нормального роста и развития, полового созревания, а в дальнейшем - для поддержания репродуктивной функции, а также для нормального кроветворения и заживления ран. Цинк играет важнейшую роль в процессах регенерации кожи, роста волос и ногтей, секреции сальных желез. Немаловажную роль он играет в переработке организмом алкоголя, поэтому недостаток цинка может повышать предрасположенность к алкоголизму (особенно у подростков). Цинк укрепляет иммунную систему организма.
Марганец-Mn.
В организме взрослого человека содержится 12- 20 мг марганца. Наибольшая концентрация марганца в костях, головном мозге, печени, почках, поджелудочной железе. Суточная потребность взрослого человека в марганце составляет 2-10 мг.В организме марганец играет важную роль.
Основные биологические функции марганца:
üПрепятствует свободно-радикальному окислению, обеспечивает стабильность структуры клеточных мембран.
üОбеспечивает нормальное функционирование мышечной ткани.
üУчаствует в обмене гормонов щитовидной железы (тироксин).
üОбеспечивает развитие соединительной ткани, хрящей и костей.
üПовышает интенсивность утилизации жиров.
üСнижает уровень липидов в организме.
üПротиводействует жировой дегенерации печени.
üУчаствует в регуляции обмена витаминов: С, Е, группы В, холина, меди.
üУчаствует в обеспечении полноценной репродуктивной функции.
üНеобходим для нормального роста и развития организма.
Медь -Cu
В организме взрослого человека содержится 70-120 мг меди. В крови здорового человека содержится 1250 мг/л меди. Суточная потребность организма в меди 0,7 - 5 мг; незначительная часть ее поступает с воздухом, основная - с пищей и водой.. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь, и в переносящем кислород белке гемоцианине.
3. Поступление металлов в организм человека
Живой организм-это открытая система, которая получает из окружающей среды все необходимое для жизнедеятельности. Все металлы поступают в организм с продуктами питания. В продуктах раличное содержание металлов.
Содержание природного натрия в пище относительно невелико от 15 до 80 мг. Однако в этих количествах натрий находится практически во всех пищевых продуктах.
Практически из всех продуктов железо усваивается очень плохо (иногда в организм попадают лишь доли процента железа, содержащегося в пище). Из мясных продуктов усваивается легче. Больше всего железа в мясе млекопитающих - говядине. Наиболее богаты железом: персики, абрикосы, зелень петрушки, яблоки, овсяная крупа, горох, листовая зелень.
Основными продуктами, в которых содержание цинка максимально, являются сыр, мясо птицы, орехи, зерновые и бобовые. Также много цинка в мясе гусей, фасоли, горохе, говядине, свинине, курице, рыбе, говяжьей печени, а также в молоке, яблоках, груше, картофеле, капусте, свекле и моркови.
Много марганца содержится в ржаном хлебе, пшеничных и рисовых отрубях, сое, горохе, картофеле, свекле, помидорах. Очень богаты марганцем кофе и чай. Сравнительно богаты этим микроэлементом крупы в первую очередь овсяная и гречневая.
Самые богатые источники молибдена: молоко и молочные продукты, бобы,капуста, крыжовник, черная смородина, мясо внутренних органов (печень и почки), хлебные злаки и выпечка.
Больше всего кобальта содержат говядина, молоко, редис, капуста, петрушка, чеснок, свежий огурец, черная смородина, клюква, репчатый и зеленый лук, свекла, говяжья и особенно телячья печень.
Практическая работа.
а) Обнаружение ионов кальция в костной ткани.
Ход опыта
В колбу поместили 5 г. костной ткани, прилили к ней 25 мл 0,5%-ного раствора серной кислоты и оставили на сутки. В течении этого времени всем неорганические вещества, содержащиеся в костной ткани, растворились. Затем мы отфильтровали 5 мл смеси в колбу, а затем добавили 4 капли раствора оксалата аммония. Выпал белый осадок оксалата кальция. Формула:
Ca HPO+ (NH) C O=Ca C O + (NH) HPO
Выпал белый осадок.
Вывод: в костной ткани находяться ионы кальция.
б) Выявление роли ионов кальция в свертывании крови.
В сущности процесс свертывания крови состоит в превращении фибриногена в фибрин, для этого процесса необходим фермент тромбин, который образуется из протромбина в присутствии ионов кальция.
Ход опыта:
В 2 пробирки налили по 2 мл крови, к которым добавили оксалат натрия для освобождения ионов кальция с целью предотвращения свертываемости крови. Одну пробирку оставили в качестве контрольной, к другой же добавили 0,5 мл 2% - ного раствора хлорида кальция-СаCI .Через 13 минут образовался сгусток фибрина, то есть произошло свертывание крови.
Вывод: ионы кальция участвуют в свертывании крови.
Разложение пероксида водорода каталазой крови.
Ход опыта:
Вывод: перекись водорода разлагаеться каталазой крови.
Определение наличия металлов в мололке методом колоночной хромотографии.
Ход опыта:
Мы приготовили колонки для работы, закрепили в вертикальном положении, а под носики колонок поставили колбы для сбора фильтратов. В колонки я добавила окись алюминия высотой 2 сантиметра. Для уплотнения слоя в колонку добавили 10 мл дистелиролваной воды.50 мл молока упарили до объема 10 мл. Прилила исследуемый раствор молока в колонку и установила скорость вытекания раствора-1 капля в секунду.
Уравнение качественных рякций на обнаружение ионов:
1) 4FeCI+3K (Fe (CN)) =Fe (Fe (CN)) +12KCI
В результате чего появилось синее окрашивание при взаимодействии с гексацианоферра́та кальция.
2) 2CuSO+4K (Fe (CN)) =Cu (Fe (CN)) +4K
Ионны кальция при взаимодействии с гексацианоферра́том кальция дают кекациан меди бурого окрашивания.
3) Co+6NH = (CO (NH))
Ионны кольбата при взаимодействи с ионнами амиака дают розовую окраску гексалиаката кольбата.
Вывод: молоке методом колоночной хромотографии были обнаружены ионы железа, кальция, кольбата.
Обнаружение металлов в водном растворе.
Вода - это своеобразный раствор, в котором находяться металы в виде катионов.это могут быть катионы макрометаллов(Na,Mg,Ca),так и микрометаллов(Fe,Zn,Cu).
Обнаружение железа-Fe.
В щелочной среде сульфосалициловая кислота с железом (Fe2+ и Fe3+) образует комплексное соединение желтого цвета. Окраска устойчива и позволяет определять железо по окраске.
Ход определения:
К 25 мл пробы добавить 1 мл NH4Cl (хлористого азота) , 1 мл сульфосалициловой кислоты (20%), 1мл аммиака (10%). Через 15 минут окраска раствора приобретет желтый цвет.
Ввывод: в воде присутствуют ионы железа
Обнаружение кальция-Ca.
Реактивы
. Раствор NaOH 1 н 40 г едкого натра растворяют в дистиллированной воде и разбавляют до 1 л.
. Мурексид, твердая смесь. 0,2 г мурексида смешивают со 100 г хлорида натрия и растирают в тонкий порошок.
. Трилон , 0,1 % раствор.
Ход определения:
В колбу для титрования отбирают пипеткой 100 мл воды, содержащей не больше 15 мг кальция, или меньшее количество пробы, доведенное до объема 100 мл дистиллированной водой. Прибавляют 2 мл 1 н раствора едкого натра и 0,1÷0,2 г мурексида, после чего медленно титруют раствором трилона Б до по явления интенсивной фиолетовой окраски.
Вывод: в воде нами были обнаружены ионны кальция.
III. Выводы
·Биологическая роль «металлов жизни» важна для человека, а именно, каждый из биогенных металлов выполняет конкретные функции в организме.
·Каждому человеку нужны знания о содержании биогенных элементов в продуктах питания.
·Важно знать, что правильное питание - залог здоровья и долголетия.
·Неорганические соединения, составляющие только 6% от общего веса человека,
·являются незаменимыми веществами.
·Все химические элементы делятся на макро-, микро элементы.
·Любое изменение содержания химических веществ, как в сторону увеличения, так и уменьшению ведет к нарушению обмена веществ.
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на то, что химические элементы содержатся в организме в незначительных количествах (в миллиграммах, а иногда и в микрограммах), роль их велика. Тяжелая экологическая ситуация, возрастание стрессовых ситуаций, методы обработки продуктов питания, «убивающие» биологически активные вещества, - вот далеко не полный перечень причин повсеместного роста дефицита жизненно важных элементов и избытка токсичных, наносящих непоправимый вред здоровью. У каждого металла своя дозировка. Малейшие ее колебания влияют на самочуствие людей. Таким образом каждый химический элемент вносит свою лепту в состояние нашего организма. И если этого элемента в организме в избытке или, наоборот, его не хватает, то человек начинает жаловаться на различного рода недомогания. Очень часто происходят изменения и во внешнем облике: волосы становятся тусклыми, с посеченными концами, ногти слоятся и ломаются, кожа приобретает землистый оттенок, теряет свою упругость. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные и человек инстинктивно могут вносить лекту в это регулирование. Сознательное регулирование человеком содержания микроэлементов в почве, продуктов питания, является одной из важнейших задач.
V. Список литературы
1)Н.Е. Кузьменко, В.В.Еремин, В.А.Попков. «Начала химии», М.: Экзамен, Оникс 21 век, 2001.
2)Мультимедийное учебное пособие нового образца. «Химия». Электронная библиотека «Просвещение»
)М.Колтун. «Мир химии» - М.: Детская литература, 1988
)Е.М Ледовская. «Металлы в организме человека». Химия в школе, 2005, №3
)Л.Ю. Аликберова. «Занимательная химия», Дрофа, 1999
)Мультимедийное учебное пособие нового образца. «Химия». Электронная библиотека «Просвещение».
)А.С.Егоров, Н.М. Иванченко, К.П. Шацкая. «Химия внутри нас», 2004
)«Открытая химия». Версия 2.5 Автор курса - профессор МФТИ, Академик РАЕН В.В.Зеленцов.
)АНО «Центр Биотической Медицины». «Химические элементы и ваше здоровье», 2008 .
)Н.Я. Логинов, А.Г. Воскресенский, И.С. Солодкин, «Аналитическая химия», Просвещение, 1979 .
)В.И. Добрынина, Е.Я. Свешникова. «Руководство к практическим занятиям по биологической химии», Медицина, 1977
12)Сайт - www.smed.ru <http://www.smed.ru>. «Справочные материалы
)Габриелян О.С. «Настольная книга учителя химии». 9 класс, М.: Блик и К°, 2001