БОЛГОВА И.В.,
ШАПОШНИКОВА И.А.,
ФАНДО Р.А.

Продолжение. См. № 3, 4, 5/2008

Таблица Менделеева в живых организмах

Магний

Роль в жизни растений

Содержание магния в растениях составляет в среднем 0,07% (по массе). Он участвует в грандиозной работе – аккумуляции солнечной энергии в процессе фотосинтеза, являясь центральным атомом в молекуле хлорофилла. Хлорофилл поглощает солнечную энергию и с ее помощью превращает углекислый газ и воду в сложные органические вещества: сахара, крахмал и др. Магний является обязательным компонентом рибосом: при его участии (вместе с АТФ) происходит связывание аминокислот с тРНК в процессе биосинтеза белка. Ионы магния Mg²⁺ «сшивают» молекулы белка в клубочки, обеспечивая поддержание структуры белковых молекул. Магний катализирует синтез АТФ из нуклеозиддифосфатов, активирует ферментные системы превращения яблочной кислоты в лимонную, щавелевой – в муравьиную кислоту и углекислый газ.

При дефиците магния снижается урожайность культурных растений, нарушается образование хлоропластов и хлорофилла: листья (прежде всего нижние) становятся «мраморными»: бледнеют между жилками, а вдоль жилок остаются зелеными. Ткани между жилками могут приобретать различную окраску – желтую, оранжевую, красную, фиолетовую, затем происходит их отмирание, начиная с краев листьев: листья скручиваются и постепенно опадают. У сосны наблюдается пожелтение кончиков хвоинок.

Растением-индикатором повышенного содержания магния является костенец.

Роль в жизни животных и человека

В организме животного содержится примерно 0,03–0,07% магния (по массе), он входит в состав костей и зубов, содержится в печени, крови, нервной ткани и мозге, участвует в белковом и углеводном обмене. При весе человека 70 кг в организме содержится 19–20 г магния. Он оказывает антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижает артериальное давление и содержание холестерина в крови, усиливает процессы торможения в коре головного мозга, успокаивающе (седативно) действует на нервную систему, играет важную роль в активизации защитных сил организма в борьбе против рака. Магний укрепляет иммунную систему, обладает антиаритмическим действием, способствует восстановлению сил после физических нагрузок.

При недостатке Мg повышается предрасположенность к инфарктам. Это показали опыты венгерских ученых, проведенные в XX в. на животных (у животных такая болезнь называется травяной тетанией). Одним собакам давали пищу, богатую солями магния, другим – бедную. К концу эксперимента те собаки, в рационе которых было мало магния, «заработали» инфаркт миокарда.

Выводится магний из организма с мочой, калом и потом.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: фрукты, орехи (миндаль, арахис, грецкий орех), овощи (помидоры, картофель, тыква, фасоль, салат-латук), мята, цикорий, оливки, петрушка, цельное зерно пшеницы, овса, гречихи; ржаной хлеб, пшено, отруби. Продукты животного происхождения: печень, яичный желток.

Наиболее распространенные соединения

МgSО₄ – сульфат магния, горькая, или английская, соль.

МgСО₃ – карбонат магния, магнезит.

МgО – оксид магния, жженая магнезия.

Силикаты магния: тальк 3 МgО х 4 SiО₂ х Н₂О и асбест СаО х 3 МgО х 4 SiО₂.

Хлорофилл.

Знаете ли вы, что…

• Магний был впервые получен в 1808 г. английским химиком Г.Дэви из влажного оксида MgO. Название происходит от лат. магнесия альба (белая магнезия), по минералу гидромагнезит, содержащему этот металл и найденному древними греками около города Магнесия.

• Число атомов магния в теле человека составляет 8,7 х 10²³, а в одной клетке – 8,7 х 10⁹.

• Общее количество магния в хлорофилле всех растений Земли составляет около 100 млрд т.

• Суточное поступление магния с продуктами питания в организм должно составлять 240–720 мг.

• Сульфат магния МgSО₄ (горькая, или английская, соль) используется в медицине как слабительное, желчегонное и болеутоляющее средства.

• Ионы магния не только придают морской воде солоноватый вкус, но и делают ее непригодной для питья, вызывая жесточайший понос и рвоту.

• Существует несколько типов хлорофилла (хлорофилл a, b, c, d), которые отличаются по своему строению и спектрам поглощения. Высшие растения и водоросли содержат в качестве основного пигмента хлорофилл a, а в качестве дополнительного – хлорофилл b, диатомовые и бурые водоросли – только хлорофилл c, а красные водоросли – хлорофилл d.

Железо

Роль в жизни растений и микроорганизмов

Содержание железа в растительном организме составляет в среднем 0,02% (по массе). Железо является основной частью веществ, необходимых для фотосинтеза (цитохромов, ферредоксина), ряда ферментов.

При его недостатке замедляется образование хлорофилла. Возможно появление хлороза (желтой окраски) в первую очередь молодых листьев, потеря ими окраски. При длительном недостатке железа у травянистых растений отмирает ткань по краям листовой пластинки, у деревьев отмирают побеги, снижается общая продуктивность и устойчивость растений к болезням.

Полынь и некоторые другие растения являются индикаторами повышенного содержания железа в почве. При этом листья полыни горькой становятся ярко-желтыми, а цветки некоторых растений, например гортензии, приобретают несвойственную им голубую окраску.

В природе существуют так называемые железобактерии. В процессе хемосинтеза они окисляют двухвалентное железо в трехвалентное, которое откладывается на поверхности клетки. Образованный гидроксид железа (III) оседает и образует так называемую болотную руду:

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O ––> 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + энергия

Хемосинтезирущие бактерии, окисляющие соединения железа и марганца, открыл академик С.Н. Виноградский. Они чрезвычайно широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах. Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуется огромное количество отложений железных и марганцевых руд. В.И. Вернадский, основатель биогеохимии, говорил о залежах таких руд как о результате жизнедеятельности бактерий в древние геологические периоды.

Роль в жизни животных и человека

В организме животного содержится примерно 0,01% железа (по массе). Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена. Примерно 55% железа входит в состав гемоглобина эритроцитов, около 24% участвует в формировании красящего вещества мышц (миоглобина), примерно 21% откладывается «про запас» в печени и селезенке.

Именно железо определяет цвет крови, а также ее способность связывать и отдавать кислород. Эритроциты переносят кислород из легких по всему организму и выводят углекислый газ. Кислород – сильный окислитель, но гемоглобин, именно благодаря содержащемуся в нем железу, способен переносить кислород. В организме человека есть железосодержащие ферменты. Есть также белковый комплекс ферритин, из которого образуются все другие необходимые организму железосодержащие вещества. Ионы трехвалентного железа в организме переносятся с помощью сложного белка трансферрина (обнаружен в плазме крови, молоке, яичном белке). Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, в обмене холестерина.

При весе человека 70 кг в организме содержится 4,2–5 г железа. Суточная потребность взрослого здорового человека в железе составляет 10–20 мг и восполняется обычным сбалансированным питанием.

При уменьшении количества железа в крови возникает анемия. Наиболее распространенной является железодефицитная анемия, или, как ее издавна называют, малокровие.

Выводится железо из организма с мочой, калом и потом.

Основные источники поступления в организм

Зеленые овощи: лук, ботва молодой репы, редиса, горчицы, моркови, кресс-салат, щавель, горошек зеленый, томаты (только сырые), капуста, чеснок, чечевица, хрен, огурцы. Фрукты и ягоды: яблоки, гранат, малина, земляника, вишня, груша, виноград, арбуз, любые сухофрукты. Продукты животного происхождения: печень, почки, яичный желток.

Наиболее распространенные соединения

Гемоглобин.

Схема связи гема с глобином в молекуле гемоглобина

Знаете ли вы, что…

• О знакомстве древнего человека с железом космического происхождения говорят факты наличия у жителей Гренландии, не имевших представления о железной руде, изделий из железа. Многие метеориты состоят из самородного железа с примесью никеля до 5,5%. Алхимики обозначали железо в виде копья и щита – характерные атрибуты бога войны Марса. Отсюда и его название от лат. ферро – меч.

• Число атомов железа в теле человека составляет 4,5 х 10²², а в одной клетке – 4,5 х 10⁸.

• В 100 мл крови человека содержится 13–16 г гемоглобина.

• На «сборку» молекулы гемоглобина в организме человека уходит около 90 с, причем ежесекундно образуется 650 х 10¹² молекул гемоглобина.

• Многим живым объектам свойственно явление биомагнетизма. Их ориентация в магнитном поле Земли осуществляется с помощью оксида железа, который располагается в особых образованиях – магнетосомах, сформированных в виде цепочек по 10–25 кристаллов общей длиной около 50 нм.

• Соли двух- и трехвалентного железа применяют для восполнения дефицита железа, при лечении анемии.

• Установлена корреляция между повышенным содержанием железа в организме и ранним развитием атеросклероза, ишемической болезни, опухолей.

• Железный купорос FeSO₄ х 7Н₂О (кристаллогидрат железа (II)) применяют для борьбы с вредителями растений и для приготовления минеральных красок. Хлорид железа (III) FeCl₃ используют в качестве протравы при крашении тканей.

Цинк

Роль в жизни растений, грибов

Цинк – важный микроэлемент, его содержание в растениях составляет в среднем 0,003 % (по массе). Он активизирует 30 ферментных систем в клетке. Богаты цинком грибы (особенно ядовитые), лишайники, хвойные растения. В растениях, наряду с участием в дыхании, белковом и нуклеиновом обменах, цинк регулирует рост, влияет на образование аминокислоты триптофана, повышает содержание гиббереллинов. Цинк необходим для развития яйцеклетки и зародыша. Он повышает засухо-, жаро- и холодостойкость растений.

Недостаток его ведет к нарушению деления клеток (пятнистость листьев у цитрусовых), на растениях образуются узкие, закрученные в спираль листья. Ткань между жилками обесцвечивается, и они выделяются четкой зеленой сеткой.

Избыток цинка для растений вреден, т.к. может вызвать деформацию органов: у мака цветки становятся махровыми, а у ярутки полевой лепестки становятся очень крупными. У других растений возможен хлороз листьев, распространяющийся от верхушки к основанию листа. Растениями-индикаторами повышенного содержания цинка в почве являются фиалка трехцветная, хвощ полевой, анютины глазки.

Роль в жизни животных и человека

Содержание цинка в животном организме составляет примерно 0,01 % (по массе). Некоторые беспозвоночные морские животные, например устрицы, содержат 0,4 % цинка (по массе). Довольно много цинка в яде змей (для защиты от действия собственного яда). У животных Zn, помимо участия в дыхании и нуклеиновом обмене, повышает деятельность половых желез, влияет на формирование скелета плода. При недостатке цинка уменьшается содержание РНК и снижается синтез белка в мозге, замедляется развитие мозга.

При весе человека 70 кг в организме содержится до 3 г цинка. Он входит в состав важнейших ферментов: карбоангидразы (ускоряет выделение углекислого газа в легких), различных дегидрогиназ, фосфатаз (связанных с дыханием и другими физиологическими процессами), протеаз и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена (РНК- и ДНК-полимераз). Цинк играет существенную роль в синтезе молекул иРНК на соответствующих участках ДНК (транскрипция), в стабилизации структур рибосом и биополимеров (РНК, ДНК, некоторые белки). Цинк – обязательная часть ферментов крови. Он необходим для поддержания кожи в нормальном состоянии, роста волос и ногтей, а также при заживлении ран, поскольку участвует в синтезе белков. Цинк входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующей уровень сахара в крови, и гормона вилочковой железы (тимуса). Немаловажную роль цинк играет в переработке организмом алкоголя, поэтому недостаток цинка может повышать предрасположенность к алкоголизму (особенно у детей и подростков). Для лучшего усвоения цинка организмом необходимы витамины А и В₆.

Дефицит Zn ведет к карликовости, задержке полового развития.

Избыток цинка оказывает отрицательное действие на функции сердца и крови. Не случайно содержание цинка в пищевых продуктах регламентируется по ПДК: продукты детского и диетического питания – 5,0 мг/кг; растительное масло – 10,0 мг/кг; соевый белок – 60,0 мг/кг.

В клетках и отдельных органах при их злокачественном перерождении растет содержание ионов некоторых металлов. Концентрация цинка увеличивается в несколько раз. Причины пока неизвестны, но предполагают, что это может послужить для ранней диагностики рака.

Выводится цинк из организма с мочой, калом, потом.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: овощи, кукуруза, орехи, хлебопродукты. Грибы. Продукты животного происхождения: говядина, печень, мясо, молоко; морепродукты (устрицы, моллюски, сельдь).

Наиболее распространенные соединения

ZnS – сульфид цинка, цинковая обманка.

ZnSО₄ х 7Н₂О – гидросульфат цинка, цинковый купорос.

ZnCl₂ – хлорид цинка.

Знаете ли вы, что...

• Полагают, что цинковые руды были известны людям с глубокой древности. Во II веке до н.э. греки уже умели выплавлять латунь – сплав цинка и меди. В Индии еще в XII в. существовало производство металлического цинка, но в Европе оно появилось намного позже. Саксонский металлург И.Генкель составил описание цинка как металла, а в 1746 г. немецкий химик А.Маргграф разработал способы получения цинка из минералов каламина и сфалерита ZnS (цинковой обманки). Название происходит от нем. цинк – белый металл.

• Число атомов цинка в теле человека составляет 2,2 х 10²², а в одной клетке – 2,2 х 10⁸.

• Суточное поступление цинка в организм с продуктам питания составляет 13 мг.

• Ферментов, содержащих цинк, насчитывается более 200.

• Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка, – эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин.

• В современной медицине соединения цинка применяют при лечении различных иммунодефицитов, бесплодия, болезней кожи, волос, ногтей и печени. В виде раствора хлорид цинка ZnCl₂ применяют как прижигающее средство, цинковая мазь ZnО как подсушивающее, вяжущее и дезинфицирующее средство при кожных заболеваниях, цинковый купорос ZnSО₄ х 7Н₂О входит в состав глазных капель.

• Соединения цинка способствуют профилактике простудных заболеваний у детей, улучшают аппетит, рост, развитие, повышают концентрацию внимания.

Продолжение следует