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

Продолжение. См. № 3, 4, 5, 6/2008

Таблица Менделеева в живых организмах

Кобальт

Роль в жизни растений

Наибольшее содержание кобальта среди растений обнаружено в водорослях: примерно 0,00025% (по массе). Из овощных растений наиболее богаты кобальтом чеснок, картофель, овощи, бобовые и зерновые культуры. Накапливают кобальт и многие лекарственные растения, особенно сушеница топяная, черемуха, шиповник. Лучшим источником кобальта для коррекции его дисбаланса являются все виды шиповника.

Кобальт влияет на накопление в растениях азотистых веществ и углеводов и интенсифицирует их отток из вегетативных органов в генеративные, усиливает интенсивность дыхания и фотосинтеза, способствуя образованию хлорофилла и уменьшая его распад в темное время суток. Повышает общее содержание воды в растениях, особенно в засуху, и является абсолютно необходимым для размножения клубеньковых бактерий и фиксации ими азота. В растениях этот элемент встречается в ионной форме и в составе витамина В₁₂ (около 4,5%). Растения, как и животные, сами не синтезируют витамин В₁₂. Он вырабатывается бактериодами клубеньков бобовых растений и участвует в синтезе метионина. В природных условиях ослабления роста растений из-за кобальтовой недостаточности практически не наблюдается. Дефицит кобальта в растениях рассматривается главным образом в связи с необходимостью этого элемента для пастбищных животных. Недостаток кобальта в кормах наблюдается при его содержании в почвах менее 2,5 мг/кг. Критические уровни содержания кобальта, необходимого для питания пастбищных животных, оцениваются примерно в 0,08–0,10 мг/кг сухой массы.

Под влиянием повышенного содержания кобальта в почве изменяется внешний вид растенийиндикаторов: у бурачка двусемянного и кизильника появляются гигантские растения, в 3–5 раз выше обычных, а у лиственницы шишки образуются 2–3 раза в сезон, причем в апреле – белые, затем они становятся розоватыми, в июне желтеют, в июле становятся зелеными, а затем буреют.

Роль в жизни животных и человека

В организме человека массой 70 кг содержится около 14 мг кобальта. Суточная потребность – 0,007–0,015 мг. У жвачных животных эта потребность выше, например у овец – 1 мг, а у дойных коров – до 20 мг. При недостатке кобальта в рационе снижается продуктивность животных, нарушаются обмен веществ и кроветворение, у жвачных возникают эндемичные заболевания – акобальтозы.

Раньше такие заболевания часто встречались в разных странах. В Австрии и Швеции неизвестную болезнь называли болотной, кустарниковой, прибрежной, в других местах – сухоткой. Животные теряли аппетит и худели, их шерсть переставала блестеть, слизистые оболочки становились бледными, резко снижалось содержание гемоглобина. Возбудителя болезни найти не могли, однако если в район, пораженный болезнью, завозили здоровых животных, то через год-два они тоже заболевали. В то же время скот, вывезенный из района «эпидемии», не заражал здоровых животных и сам вскоре выздоравливал. Причину болезни начали искать в корме и оказалось, что причиной являлся недостаток кобальта в организме. Животных удавалось излечить введением внутрь солей кобальта, необходимых не самим животным, а микрофлоре кишечника и рубца (отдела многокамерного желудка), которая усваивает кобальт и использует его для синтеза витамина В₁₂.

Биологическая активность кобальта определяется его участием в построении молекулы витамина В₁₂ и его коферментных форм, фермента транскарбоксилазы. Он необходим для проявления активности ряда ферментов, влияет на синтез белка и нуклеиновых кислот, обмен углеводов и жиров, окислительновосстановительные реакции. Кобальт – мощный активатор кроветворения и синтеза эритропоэтинов, активно участвует в образовании гормонов щитовидной железы, способствует выделению воды почками, повышает усвоение железа и синтез гемоглобина. Вообще, процесс кроветворения у животных и человека может осуществляться только при нормальном взаимодействии трех биоэлементов: кобальта, меди и железа. Известно, что при введении кобальта в красный костный мозг увеличивается образование молодых красных кровяных клеток – эритроцитов и гемоглобина.

При недостатке кобальта наблюдаются некоторые нарушения функций ЦНС, малокровие, снижение аппетита. Наиболее характерными проявлениями дефицита кобальта и витамина В₁₂ в организме являются анемии. У женщин может нарушаться менструальный цикл.

Лекарственная форма витамина B₁₂, цианкобаламин (R–CN–), не встречается в природе.

В медицине при лучевой терапии опухолей и для стерилизации медикаментов используется искусственный радиоактивный изотоп ⁶⁰Со с периодом полураспада 5,27 года. Он служит также для уничтожения насекомых в зерне и овощах и для консервирования пищевых продуктов. Другие радиоактивные изотопы – ⁵⁶Co (T_1/2 = 77 суток), ⁵⁷Со (270 суток) и ⁵⁸Со (72 суток) – как менее опасные используют в качестве индикаторов при исследовании распределения кобальта в организме животных, например при изучении проницаемости плаценты.

В нашей стране разработано производство витамина В₁₂ путем микробиологического синтеза.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: чай, зеленый лук, салат, капуста, петрушка, редис, чеснок. Продукты животного происхождения: кисломолочные продукты, яйца, печень, почки, масло сливочное, молоко, рыба.

Наиболее распространенные соединения

Витамин B₁₂, или кобаламин.

Кобальт в экваториальной плоскости окружен четырьмя атомами азота корринового цикла, отличающегося от порфиринового цикла отсутствием CH-мостика между пиррольными кольцами

Знаете ли вы, что…

• Кобальт из руды получил в 1735 г. шведский ученый Г.Брандт. Свое название элемент получил от нем. kobоld – гном, домовой; по трудности переработки руд этого металла якобы из-за шалости гномов. Брандт установил, что из этого металла можно приготовить синюю краску для стекла. Кстати, синие стекла и эмали были найдены в гробнице египетского фараона Тутанхамона. Краски на основе оксида кобальта применяют до сих пор.

• Число атомов кобальта в теле человека составляет 0,3 х 10²⁰, а в одной клетке – 0,3 х 10⁵.

• 20% раствор хлористого кобальта используется при лечении гипертонической болезни.

• Высушенная фильтровальная бумага, пропитанная раствором хлорида кобальта (II) СоСl₂ х 6Н₂О, может служить указателем влажности (гигроскопом), т.к., в зависимости от содержания влаги в воздухе, принимает разные оттенки – от синего до розового.

Йод

Роль в жизни растений

В организме растений содержится в среднем 0,0001% йода (по массе). Поглощение йода растениями зависит от содержания его соединений в почвах и от вида растений. Некоторые организмы – морские водоросли (фукус, ламинария, филлофора) – накапливают до 1% йода. В 1 т высу
шенной морской капусты (ламинарии) содержится до 5 кг йода, в то время как в 1 т морской воды его всего лишь около 50 мг.

При избытке йода в почве у калифорнийского мака наблюдается аномалия роста – гигантизм цветков, а у некоторых растений преобладают в окраске цветков не свойственные им желто-красные тона.

Роль в жизни животных и человека

Йод – необходимый для животных и человека микроэлемент. В организме животных содержится 0,001–0,0001% йода (по массе). В организме человека накапливается от 20–50 мг йода: в мышцах, щитовидной железе. Суточная потребность йода у человека и животных – 3 мкг на 1 кг массы.

Необходим йод для синтеза гормона щитовидной железы – тироксина, для поднятия иммунитета. Он участвует в создании фагоцитов – «патрульных» клеток, оберегающих наш организм от вторжения враждебных вирусов в кровь. Введение в организм йода повышает основной обмен, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы, стимулирует половую функцию. Йод участвует в регуляции обмена энергии, температуры тела человека и животных, стимулирует повышение потребления кислорода тканями.

Детям и подросткам нужно больше йода, чем взрослым. Недостаток йода вызывает в организме серьезные нарушения обмена веществ, способствует развитию эндемического зоба, замедляет рост. В отдельных случаях это может привести к глухоте, к кретинизму. Большие дозы элементарного йода опасны, а доза 2–3 г смертельна.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: салат-латук, зеленые части растений, репа, порей, дыня, чеснок, спаржа, морковь, капуста, картофель, лук, томаты, фасоль, овес, щавель, виноград, клубника. Морепродукты: морская рыба (пикша, палтус, сельдь, сардины), креветки, морские водоросли (морская капуста).

Наиболее распространенные соединения

НIО₄ – йодная кислота.
I₂ – йод.

Знаете ли вы, что…

• Йод был получен французом Б.Куртуа в 1811 г. при кипячении серной кислоты с рассолом золы морских водорослей, а название получил за цвет своих паров (в переводе с греч. иодэс – фиолетовый).

• Число атомов йода в теле человека составляет 1,5 х 10²⁰, а в одной клетке – 1,5 х 10⁶.

• Суточное поступление йода с продуктами питания 0,1–0,2 мг.

• Раствор I₂ в этиловом (медицинском) спирте (С₂Н₅ОН), называемый йодной настойкой, – антисептик, применяется при обработке ран.

• Йод используется в лекарственных препаратах для лечения заболеваний щитовидной железы. Йод входит в состав раствора Люголя, ряда препаратов.

• Целебные свойства веществ, содержащих йод, были известны за 3 тыс. лет до того, как был открыт этот элемент. Китайский кодекс 1567 г. до н.э. рекомендует для лечения зоба морские водоросли.

• Как ни странно, самые простые лекарственные формы йода – водные и спиртовые растворы – очень долго не находили применение в хирургии, хотя еще в 1865–1866 гг. русский хирург Н.И. Пирогов использовал йодную настойку при лечении ран.

Фтор

Роль в жизни растений

Содержание фтора в растениях составляет 0,00001% (по массе). Много фтора содержится в рисе, луке, шпинате, яблоках. Особенно богат фтором чай, содержание фтора в нем 75–100 мг% (при заваривании чая в раствор переходит 2/3 фтора, так что в чашке может оказаться 0,1–0,2 мг фтора).

Роль в жизни животных и человека

В организме животных фтора содержится в среднем 0,0001–0,00001% (по массе). Фтор необходим для развития живой клетки, и он входит вместе с фосфором в состав клеток.

В организме человека массой 70 кг содержится 2,6 г фтора. Соединения фтора входят в состав всех тканей человека. 99% всего количества фтора приходится на кости и зубную эмаль. В состав зубов животных и человека входит до 0,02% фтора, который поступает с питьевой водой. Обычно в 1 т воды содержится до 0,2 мг фтора. Фтор оказывает влияние на ферментативные процессы, обмен углеводов, функционирование щитовидной железы. Суточная потребность организма человека в фторе 1–3 мг.

Нехватка фтора приводит к гниению зубов – кариесу. Большой избыток фтора в воде вызывает острое заболевание – флюороз (пятнистая эмаль), угнетающе действует на щитовидную железу. Работа с фтором опасна: малейшая неосторожность – и у человека разрушаются зубы, обезображиваются ногти, повышается хрупкость костей, кровеносные сосуды теряют эластичность и становятся ломкими. В результате – тяжелая болезнь или смерть.

Фторорганические соединения успешно приме-няют для лечения заболеваний щитовидной железы, диабета, бронхитов, ревматизма, глаукомы и раковых опухолей. Они также пригодны для профилактики и лечения малярии, служат хорошим средством против стрептококковых и стафиллококковых инфекций. Некоторые фторорганические препараты – надежные обезболивающие средства.

Основные источники поступления в организм

Питьевая вода. Чай. Морская рыба.

Наиболее распространенные соединения

NaF – фторид натрия.
Са₅(РО₄)₃F – фторапатит.
CaF₂ – флюорит, или плавиковый шпат.
СН₂FСООН – монофторуксусная кислота.
СН₂FСООNa – фторацетат натрия.

Знаете ли вы, что...

• В свободном виде фтор был получен только в 1886 г. из-за высокой агрессивности. Французский химик А.Муасан был удостоен за это Нобелевской премии. Свое название элемент получил от греч. фторос – разрушающий, по разъедающему действию фтора на стекло; от лат. флуор – текучесть, по используемому в металлургии минералу флюориту, понижающему температуру плавки.

• Число атомов фтора в теле человека составляет 2,6 х 10²², а в одной клетке – 2,6 х 10⁸.

• Фторапатит Са₅(РО₄)₃F содержится в зубах и костях. Фторид натрия NaF – составная часть зубной пасты.

• Фтор входит в состав препаратов для борьбы с грызунами и другими сельскохозяйственными вредителями. В этих целях применяют монофторуксусную кислоту СН₂FСООН и фторацетат натрия СН₂FСООNa.

• В медицине фторсодержащие препараты служат для лечения гипофтороза, выпускаются в виде таблеток, лечебных пленок, лаков для зубов.

• О том, что фтор необходим для организма человека, впервые доказал… слон. Правда, ископаемый слон, найденный в окрестностях Рима. В его зубах случайно был обнаружен фтор. Это открытие побудило ученых провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных.

Медь

Роль в жизни растений

Содержание меди в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05% (по массе) и зависит от вида растения и содержания меди в почве. В некоторых овощах и фруктах содержится 30–230 мг меди. Медь необходима любому растению для образования хлорофилла, и заменить ее другим элементом нельзя. Физиологическая роль меди у растений тесно связана с ее участием в ферментативных процессах в качестве активатора или медьсодержащих ферментов: она усиливает интенсивность дыхания, катализирует окисление аскорбиновой кислоты, обеспечивает ассимиляцию нитратного азота и фиксацию азота атмосферы.

Медь участвует в регуляции гормонального баланса растений: за счет регулирующего воздействия на содержание ингибиторов роста фенольной природы медь повышает устойчивость растений к полеганию. Она повышает также засухо-, морозо- и жароустойчивость.

При недостатке меди у растений задерживаются рост и цветение, наблюдаются хлороз, потеря тургора, увядание. У злаков при остром дефиците меди белеют кончики листьев и не развивается колос, у плодовых появляется суховершинность, растения могут стать бесплодными. При опрыскивании раствором медного купороса стеблей роз, молодых яблонь повышается устойчивость к заморозкам.

При избытке меди в почве рост калифорнийского мака уменьшается в 2 раза, а его окраска становится синеватосизой, у штокрозы появляются ненормально рассеченные листья, а лепестки цветка становятся голубыми или даже черными, у смолевки стебли приобретают багровый оттенок.

Роль в жизни животных и человека

Среди животных наиболее богаты медью некоторые беспозвоночные. Медь у них входит в состав гемоцианинов – дыхательных пигментов, осуществляющих транспорт кислорода (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15–0,26% меди). Окисленные гемоцианины окрашены в синий цвет, восстановленные – бесцветные.

В организме человека содержится 80–150 мг меди, причем ее содержание колеблется от 5 мг% в печени до 0,7 мг% в костях, от 100 мкг% крови до 10 мкг% в спинномозговой жидкости. Ежедневно с пищей мы получаем около 3,5 мг меди, из которых усваивается приблизительно 30%. Поступая с пищей, медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови – альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина (глобулярного белка плазмы крови) возвращается в кровь и доставляется к органам и тканям. Церулоплазмин участвует в кроветворении, транспорте меди к местам синтеза медьсодержащих белков (например, цитохромоксидазы). Медь входит в состав ферментов, участвующих в синтезе нейромедиаторов. Как и железо, медь играет важную роль в поддержании нормального состава крови. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина. Медь концентрируется также в мозге, сердце и почках, мышечной и костной тканях, стимулирует кроветворную функцию костного мозга, контролирует уровень холестерина, Малые дозы меди влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора). Вдобавок она укрепляет кости, усиливает выработку красных и белых клеток крови, поддерживает иммунную функцию, способствует росту маленьких детей и является главным средством лечения ревматоидного артрита.

Недостаток меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, заболеванию костной системы, возникновению опухолевых заболеваний, у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии, сопровождающейся поносом и истощением.

Отравление медью приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения меди. Однако в больших дозах медь вызывает рвоту, может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние). Токсическая доза меди – больше 250 мг.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: орехи, картофель, кукуруза, бобовые, крапива. Продукты животного происхождения: яичный желток, печень, морепродукты, молоко, кисломолочные продукты (кефир, простокваша, ряженка, йогурт).

Наиболее распространенные соединения

CuSO₄ х 5H₂O – медный купорос.
(СuОН)₂СО₃ – гидрокарбонат меди, малахит.

Знаете ли вы, что...

• Медь – один из семи металлов, известных с глубокой древности как чистый металл и как сплав с оловом – бронза. Целый период истории человечества назван бронзовым веком. Назван элемент по географическому названию острова Кипр (от лат. Cuprum – Кипр) – месту добычи медных руд.

• Число атомов меди в теле человека составляет 1,0 х 10²¹, а в одной клетке – 1,0 х 10⁷.

• В медицине кристаллогидрат сульфата меди CuSO₄ х 5H₂O применяют как противомикробное и прижигающее средство. Раствор сульфата меди используют при ожогах кожи фосфором. Медьсодержащие препараты используются в лечении и профилактике заболеваний опорно-двигательного аппарата.

• Раствор медного купороса CuSO₄ х 5H₂O применяют в сельском хозяйстве, он уничтожает споры плесневых грибов на семенах.

• Минерал малахит – красивый темно-зеленый поделочный камень. Это основной карбонат меди (СuОН)₂СО₃.

Продолжение следует