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

Продолжение. См. № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9/2008

Таблица Менделеева в живых организмах

Ванадий

Роль в жизни растений и грибов

Содержание ванадия в растениях составляет в среднем 0,001% (по массе). Растения поглощают его из почвы. Еще в XIX в. ванадий был обнаружен в составе некоторых растений, после чего его присутствие в угле, торфе и сланцах перестало казаться странным. Недостаток этого элемента значительно снижает содержание хлорофилла, вдвое уменьшает скорость фотосинтеза (при высокой интенсивности освещения). Много ванадия содержится в кактусах, петрушке, укропе, сое, злаках, грибах. Один из «аккумуляторов» ванадия – ядовитый гриб бледная поганка. А плесневый гриб Aspergillus niger (промышленный продуцент ряда ферментов) развивается нормально только в присутствии солей ванадия. Установлена также положительная роль ванадия в фиксации микроорганизмами атмосферного азота.

Роль в жизни животных и человека

Содержание ванадия в организме животных составляет в среднем 0,0001% (по массе), а в крови некоторых морских ежей и голотурий достигает 10%. Предполагается, что у них ванадий играет ту же роль, что и железо в гемоглобине или магний в хлорофилле. Ванадий оказывает благотворное влияние на процессы пищеварения: при добавлении его в корма у быков и свиней улучшался аппетит, они быстро прибавляли в весе.

В организме взрослого человека содержится около 100 мкг ванадия. Он играет важную роль в повышении защитных функций организма, стимулируя подвижность фагоцитов – клеток, поглощающих болезнетворные микробы и повышающих невосприимчивость организма к инфекционным заболеваниям. По некоторым данным, ванадий в сочетании с другими минеральными веществами замедляет процессы старения, т.к. усиливает поглощение кислорода тканями, влияет на функции сердечной мышцы, нервной системы, глаз, почек, печени, оказывает влияние на уровень сахара в крови.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: рис (неочищенный), овес, ячмень, рожь, бобовые, картофель, редис, морковь, вишня, земляника, груша. Продукты животного происхождения: жирное мясо, морская рыба, печень.

Наиболее распространенные соединения

VO(OH) – монтрозеит.
V₂O₃, V₂O₅ – оксиды ванадия (III) и (V).

Знаете ли вы, что…

• Открыт ванадий в 1830 г. шведским химиком-минералогом Н.Сефстрёмом при исследовании железных руд и назван в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис.

• В теле человека 2,4 х 10²⁰ атомов ванадия, а в одной клетке – 2,4 х 10⁶.

• Суточное поступление ванадия в организм с продуктами питания составляет 2 мг.

• В медицине соединения ванадия применяются при лечении анемии, туберкулеза, ревматизма, сифилиса, изучается его перспективность в лечении сахарного диабета, поскольку ванадаты обладают инсулиноподобным эффектом.

• Монтрозеит VO(OH) применяется как сырье в металлургии.

Молибден

Роль в жизни растений

Содержание молибдена в растениях колеблется от 0,00001 до 0,001% (в пересчете на сухое веще-ство). Он накапливается преимущественно в молодых растущих органах (особенно богаты им семена растений), входит в состав ферментов, под действием которых происходит восстановление в клетках нитратного азота, играет большую роль в азотном обмене и синтезе белковых веществ, способствует усвоению азота, растворенного в воде, участвует в синтезе нуклеиновых кислот. Под влиянием молибдена в растениях увеличивается содержание углеводов, каротина и аскорбиновой кислоты, белковых веществ, хлорофилла и повышается интенсивность фотосинтеза.

При недостатке молибдена в растениях накапливается большое количество нитратов, образуются пятна на старых и средних по возрасту листьях, а их края закручиваются вверх, мелкие жилки теряют зеленую окраску, между жилками образуются ярко-желтые пятна. Молибден особенно важен для бобовых растений, т.к. концентрируется в клубеньках бобовых, способствуя их образованию.

Большие дозы молибдена весьма токсичны для растений. Избыток молибдена вызывает у томатов пятнистость, а у цветной капусты – нитевидность листьев.

Сверхконцентраторами молибдена являются: багульник болотный, горец птичий, плоды жостера слабительного, крапива двудомная, мята перечная.

Роль в жизни животных и человека

Содержание молибдена в организме животных составляет 0,000001 – 0,00001% (по массе), а в организме человека (массой 70 кг) – 0,8–1,0 мг. Молибден накапливается главным образом в печени, почках, железах внутренней секреции и коже, в крови он равномерно распределен между форменными элементами и плазмой, входит в состав фермента ксантиноксидазы, участвующего в обмене пуринов, участвует в синтезе витаминов В₁₂ и Е, окислительно-восстановительных процессах, препятствует развитию кариеса зубов.

Малые дозы молибдена в продуктах питания способствуют обезвреживанию токсинов (ядов), а избыток его в почках и в пищевых продуктах приводит к появлению анемии, подагры, эндемического зоба (при одновременном недостатке йода), заболеваниям суставов, расстройству работы кишечника.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: горох, бобы, гречиха, салат, петрушка, шпинат, картофель, морковь, репчатый лук, помидоры, редька, злаковые культуры.

Наиболее распространенные соединения

Н₂МоО₄ – молибденовая кислота.
(NН₄)₆Mо₇O₂₄ х 4Н₂О – молибдат аммония.
МоS₂ – сульфид молибдена, молибденит.

Знаете ли вы, что…

• Чистый молибден получил И.Берцелиус в 1817 г. Его название происходит от слова molybdos – любой материал, оставляющий черную черту на бумаге. Основной минерал, из которого его получают, молибденит МоS₂.

• В теле человека 0,32 х 10²⁰ атомов молибдена, а в одной клетке – 0,32 х 10⁶.

• Суточная потребность в молибдене взрослого человека составляет 0,075–0,250 мг, а ребенка – 0,06 мг.

• Молибдат аммония (NН₄)₆Mо₇O₂₄ х 4Н₂О губителен для микроорганизмов, и его применяют в каче-стве дезинфицирующего средства.

• В медицине молибден применяется в терапии новообразований головного мозга, а также при мужском бесплодии.

Бериллий

Роль в жизни растений

Бериллий присутствует в тканях многих растений (в золе растений – около 0,0002%). Обычно в почвах содержится 0,0002–0,001% бериллия. Его накапливают ягоды брусники, кора лиственницы, горицвет амурский. Индикатором повышенного содержания бериллия в почве служит стеллера карликовая, а у молодых растений сосны при этом вместо обычных ветвей образуются уродливые.

Роль в жизни животных и человека

У животных бериллий распределяется во всех органах и тканях; в золе костей его содержится от 0,0005 до 0,007%. Около 50% усвоенного животным бериллия выделяется с мочой, около 30% поглощается костями, 8% обнаружено в печени и почках. В организме взрослого человека содержится от 0,4 до 40 мкг бериллия. Он обнаруживается в легких, лимфатических узлах, печени, сердечной мышце, костной ткани. Основной путь поступления в организм человека и животных – через дыхательные пути. Поступление с пищей и водой очень незначительно. Биологическая роль бериллия в основном определяется участием в обмене Mg и Р в костной ткани. В малых концентрациях бериллий тормозит активность щелочной фосфатазы и АТФазы. При избытке в рационе бериллия и недостатке фосфора у животных развивается не излечиваемый витамином D бериллиевый рахит, причиной которого, по-видимому, служит преимущественное (по отношению к костной ткани) связывание в кишечнике ионов фосфорной кислоты с образованием растворимого фосфата бериллия, что способствует ослаблению костной ткани.

Многие соединения бериллия ядовиты и могут стать причиной воспалительных процессов кожи и органов дыхания. При кратковременном вдыхании большого количества растворимых соединений бериллия возникает острый бериллиоз, иногда сопровождающийся отеком легких и удушьем. Для хронического бериллиоза характерны значительные функциональные нарушения организма. Допустимые пределы содержания бериллия в воздухе – 0,001мг/м³, а в воде – 0,0002 мг/л. Он относится к I классу опасности (особо опасные вещества).

Основные источники поступления в организм

Воздух. Продукты животного происхождения: мясные продукты, легкие, печень.

Наиболее распространенные соединения

Be₃Al₂(SiO₃)₆ – берилл, минерал.

Знаете ли вы, что…

• Бериллий был обнаружен в 1798 г. француз-ским химиком Л.Вокленом в полудрагоценном камне берилле, отсюда и название элемента (от греч. beryllos – зеленый драгоценный камень).

• Суточное поступление бериллия с продуктами питания составляет 0,01 мг, а с воздухом – 0,000009 мг.

• В медицине бериллий применяется в рентгеновских установках.

• В 1964 г. группа советских химиков во главе с доктором химических наук К.Т. Порошиным среди многих элементов в составе древнего целебного средства «мумиё» обнаружила и бериллий.

• Некоторые разновидности берилла Be₃Al₂(SiO₃)₆, окрашенные примесями в различные цвета, относятся к драгоценным камням: зеленые изумруды, голубовато-зеленые аквамарины.

Кадмий

Роль в жизни растений и грибов

Кадмий относится к так называемым тяжелым металлам, которые входят в группу особо опасных веществ. Кадмий очень токсичен. Он легко всасывается из почвы через корневую систему, а также из атмосферы. Локализуется в основном в корнях и в меньшей степени – в стеблях, черешках и главных жилках листьев. При повышенном содержании кадмия у растений наблюдается хлороз листьев, красно-бурая окраска их краев и прожилок, задержка роста и повреждения корневой системы. Токсичность кадмия для растений объясняется его близостью по химическим свойствам к Zn и замещением его во многих биохимических процессах, что приводит к нарушению активности ферментов, участвующих в белковом, нуклеиновом и других обменах, тормозится фотосинтез, нарушается транспирация и фиксация СО₂, ингибируется биологическое восстановление NO₂ до NO, изменяется проницаемость клеточных мембран (вплоть до разрыва); затрудняется поступление и метаболизм в растениях Zn, Cu, Mn, Ni, Se, Ca, Mg, P. (Этот антагонизм используют, подавляя избыточное накопление кадмия в растениях путем улучшения снабжения их названными элементами).

Основным источником кадмиевого загрязнения почв является внесение удобрений, особенно суперфосфата, куда кадмий входит в качестве микродобавок.

До 70% попадающего в почву кадмия связывается с почвенными химическими комплексами, доступными для усвоения растениями. В процессах образования кадмийорганических соединений участвует и почвенная микрофлора.

Обычно содержание кадмия в растениях составляет 0,001% (на сухое вещество). В зонах повышенного содержания кадмия в почве наблюдается 20–30-кратное увеличение его концентрации в наземных частях растений по сравнению с растениями незагрязненных территорий. Загрязненные растения могут содержать до 400 мг/кг кадмия и более. В противоположность другим минеральным элементам (за исключением Zn) кадмия может накапливаться в относительно больших количествах в генеративных органах. В среднем его содержание в зерне увеличивается с 0,2 до 4 мг/кг.

По чувствительности к кадмию растения располагаются в следующий восходящий ряд: томаты ––> овес ––> салат ––> луговые травы ––> морковь ––> редька ––> фасоль ––> горох ––> шпинат. Сверхконцентратором кадмия является зверобой продырявленный.

Избирательной способностью к накоплению кадмия обладают грибы, и что особенно опасно, съедобные. Это процесс проходит у них в 7 раз интенсивнее, чем у высших растений и других организмов. Высокой степенью накопления отличаются подберезовик и гриб-зонт.

Роль в жизни животных и человека

Содержание кадмия у некоторых животных (губок, кишечнополостных, червей, иглокожих, мидий и моллюсков) составляет 0,00004–0,003% (на сухое вещество). Обнаружен кадмий у всех позвоночных животных.

Поступая в пресные водоемы и моря, растворенный кадмий осаждается и накапливается в донных осадках. Водные растения и животные извлекают и концентрируют его в тканях своего тела. Пищевые цепочки поступления кадмия формируются в районах повышенного загрязнения кадмием почвы и водоемов.

В организм человека кадмий проникает двумя путями: на производстве и с пищей. В тонком кишечнике, где происходит всасывание поступившего с пищей кадмия, адсорбируется всего 5% поступившего в организм элемента. На всасывание кадмия влияет присутствие кальция, цинка и меди. Накапливается кадмий в основном в печени, двенадцатиперстной кишке. Наиболее богаты кадмием почки. Выделяется кадмий с калом и мочой, но не более 48 мг в день. С возрастом содержание кадмия в организме человека увеличивается.

Влияние кадмия на организм изучено недостаточно. Кадмий влияет на углеводный обмен веществ, на синтез в печени гиппуровой кислоты, на активность некоторых ферментов. Кадмий входит в состав особого белка, связывающего и транспортирующего тяжелые металлы в организме человека, и участвует в их детоксикации.

Подобно другим тяжелым металлам, кадмий легко реагирует с белковыми макромолекулами и другими биологически важными молекулами. Предполагается, что во многих случаях кадмий может замещать цинк, например, в активных центрах цинксодержащих ферментов. Кадмий снижает активность пищеварительных ферментов (трипсина и в меньшей степени – пепсина), влияет на углеводный обмен, вызывая гипергликемию, угнетая синтез гликогена в печени.

Люди отравляются кадмием, употребляя воду и зерновые, овощи, растущие на землях, расположенных вблизи нефтеперегонных заводов и металлургических предприятий. Появляются невыносимая боль в мышцах, непроизвольные переломы костей (кадмий способен вымывать кальций из организма), деформация скелета, нарушения функций легких, почек и других органов. Загрязнение почв под посевами риса приводит к увеличению содержания элемента в пище в десятки раз, в результате чего развивается специфическое заболевание «итай-итай». Излишек кадмия может вызывать злокачественные опухоли.

Канцерогенное действие никотина, находящегося в табачном дыме, как правило, связано с присутствием кадмия.

Усвоение кадмия можно уменьшить, назначая одновременно селен. Однако употребление продуктов, богатых селеном, как правило, снижает содержание серы, и кадмий снова становится опасным. Чрезмерная доза этого микроэлемента может по-влиять на обмен веществ. Например, избыток кадмия выше принятой средней нормы (50 мкг) может нарушить солевой обмен железа, кальция, цинка, магния и меди.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: зерновые злаки и листовые овощи. Продукты животного происхождения: печень, почки.

Наиболее распространенные соединения

CdO – оксид кадмия.
CdS – сульфид кадмия.
CdSO₄ – сульфат кадмия.

Знаете ли вы, что…

• Кадмий открыт в 1817 г. немецким химиком Ф.Штромейером. В рудах кадмий встречается вместе с цинком, потому и получил свое название (от греч. Кadmea – древняя крепость города Фивы, по месту нахождения цинковой руды, содержащей кадмий).

• В теле человека 1,6 х 10²⁰ атомов кадмия, а в одной клетке – 1,6 х 10⁶.

• Средняя концентрация кадмия в почках у мужчин – 44 мкг/г, а у женщин – 29 мкг/г. Эстрогены (женские половые гормоны) усиливают выведение кадмия из организма.

• Суточное поступление кадмия в организм с продуктами питания составляет 0,15 мг.

• В медицине сульфат кадмия CdSO₄ используется при исследовании свертываемости крови.

• Период полувыведения кадмия из организма составляет 13–47 лет.

• Порог токсичности кадмия для человека составляет 30 мкг в сутки.

• Все растворимые в воде и разбавленных кислотах соединения кадмия ядовиты. Опасно вдыхание воздуха, содержащего «дым» оксида кадмия CdO.

• Сульфид кадмия CdS желтого цвета применяется для изготовления желтой краски и цветных стекол.

Серебро

Роль в жизни растений, микроорганизмов

Серебро – постоянная составная часть растений. В морских растениях его около 0,025 мг%, в наземных – 0,006 мг% (от сухого вещества). Серебро, содержащееся в почве, токсично для растений и по-глощается гораздо хуже других тяжелых металлов. Бактерицидное действие серебра объясняется тем, что его ионы проникают внутрь микробной клетки и блокируют ее ферменты. От такого же воздействия погибают и многие простейшие (жгутиковые, ресничные). Ионы серебра могут взаимодействовать с тимином и гуанином в молекуле ДНК (у бактерий это сопровождается нарушением функций ДНК, что тормозит их рост и размножение).

Роль в жизни животных и человека

Содержание серебра в организмах морских животных составляет 0,3–1,1 мг%, наземных – 0,0001–0,01 мг% (от сухого вещества). В организме человека его около 1,0 мкг/кг, причем наибольшее количество содержится в легких, печени, мозге, эритроцитах, радужной оболочке глаза и гипофизе.

В организме серебро образует комплексы с белками (глобулинами крови, гемоглобином и др.), блокирует сульфгидрильные группы (HS–), входящие в активные центры многих ферментов, тормозя их активность. Под воздействием серебра миозин – основной белок мышечной ткани человека – теряет споcобность расщеплять АТФ.

В организм серебро попадает в основном с пищей и, в незначительном количестве, с водой. Серебро плохо усваивается и на 90% выводится из организма.

В чистой воде концентрация серебра незначительна: от 0,2–5 мкг/л в пресной воде, до 0,3–1,0 мкг/л в морской. В загрязненных водах концентрация может достигать десятков мг/л. Туда серебро попадает в основном со сточными водами рудников, металлургических предприятий, фотопроизводств, а также при попадании в воду бактерицидных и альгицидных (уничтожающих водные растения) препаратов. По рекомендации ВОЗ содержание серебра в питьевой воде должно быть не более 0,1 мг/л, по данным СанПиН – 50 мкг/л.

Серебро относится ко II классу опасности (высокоопасное вещество). При попадании на кожу соли серебра оставляют черные, трудно удаляемые пятна. При длительном накоплении серебра в организме развиваются воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта и печени, возникают аргироз или аргирия (накопление серебра в коже в виде особых образований). При этом изменяется цвет радужной оболочки глаз, пигментация слизистых, кожи от серовато-голубого до аспидно-серого оттенка. Пигментация проявляется очень медленно, в течение почти 10 лет.

По данным ВОЗ, безвредной для человека является доза 10 г серебра, которую он может получить за всю жизнь (около 70 лет), токсическая доза – 60 мг, летальная – 1,3–6,2 г. Однако мутагенной и канцерогенной активности серебра не выявлено.

Основные источники поступления в организм

Минеральная вода. Продукты животного происхождения: морепродукты (лосось, сардины, креветки).

Наиболее распространенные соединения

AgNO₃ – нитрат серебра (I).
Ag₂S – сульфид серебра(I).

Знаете ли вы, что…

• Серебро – драгоценный металл, известный со времен древних цивилизаций. Название его происходит от ассир. сарпу – светлый, по цвету металла; лат. название от греч. аргос – светлый.

• Суточное потребление серебра с продуктами питания составляет 0,07 мг.

• Нитрат серебра AgNO₃ входит в состав лекарственных препаратов, обладающих вяжущим и прижигающим бактерицидным действием.

• Ионы серебра подавляют развитие бактерий и в очень низкой концентрации (около10^–10 М/л) стерилизуют питьевую воду.

• Амальгама серебра применяется в стоматологии.

Продолжение следует