Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №14/2008

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

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

Окончание. См. № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13/2008

Таблица Менделеева в живых организмах

Уран

Роль в жизни растений и микроорганизмов

При содержании урана в почве около 10–4% в золе растений его концентрация составляет 1,5 х 10–5%. При избыточном содержании урана в почве у растений наблюдается карликовость, а также изменяется окраска и форма органов: розовые цветки Иван-чая изменяют окраску на белую или ярко-пурпурную, а у голубики вместо темно-синих формируются белые или зеленоватые плоды неправильной формы.

Мхи, водоросли, грибы и микроорганизмы накапливают уран интенсивнее, чем высшие растения. Грибы могут уменьшать опасность используемого в боеприпасах обедненного урана, попавшего в природную среду, переводя его в безвредные химические соединения.

Обедненный уран менее радиоактивен, чем природный, но весьма токсичен и представляет серьезную угрозу здоровью людей. При взрыве снарядов с обедненным ураном образуется урановая пыль, которая, попадая в организм людей, ведет к увеличению количества раковых заболеваний.

Базидиальные грибы могут расти на частицах обедненного урана, трансформируя его в стабильные фосфатные соединения, которые способны долго удерживать уран, предотвращая его усвоение растениями, животными и микробами.

Роль в жизни животных и человека

В микроколичествах (10–5–10–8%) уран обнаруживается в тканях животных и человека, куда он поступает с пищей, водой, воздухом, а также через кожные покровы и слизистые оболочки. В желудочно-кишечном тракте всасывается около 1% растворимых соединений урана и не более 0,1% трудно-растворимых; в легких всасывается соответственно 50% и 20%. В крови уран (в виде карбонатов и комплексов с белками) длительно не циркулирует, а откладывается и накапливается в основном в селезенке (4,7х10–5%), почках (5,3 х 10–7 – корковый и 1,3 х 10–6% – мозговой слои), костях (1 х 10–7%), костном мозге (1 х 10–6%), печени (6 х 10–7%), волосах (1,3 х 10–5%), а при вдыхании труднорастворимых соединений – в легких (6–9 х 10–7%) и бронхолегочных лимфатических узлах. Уран, содержащийся в костной ткани, обусловливает ее постоянное облучение (период полувыведения урана из скелета – около 300 суток). За сутки из организма человека выводится: с мочой – 0,5 х 10–7 – 5 х 10–7 г, с калом – 1,4 х 10–6 –1,8 х 10–6 г, с волосами – 2 х 10–8 г урана.

По данным Международной комиссии по радиационной защите, среднее содержание урана в организме человека – 9 х 10–5 г. Эта величина для различных районов может варьировать. Полагают, что уран необходим для нормальной жизнедеятельности животных и растений, однако его физиологические функции пока не выяснены.

Токсическое действие урана обусловлено его химическими свойствами и зависит от растворимости: более токсичны уранил и другие растворимые соединения. Отравления возможны на предприятиях по добыче и переработке уранового сырья и других промышленных объектах, где он используется в технологическом процессе. При попадании в организм уран действует на все органы и ткани, являясь общеклеточным ядом. Признаки отравления обусловлены преимущественным поражением почек (появление белка и сахара в моче), поражаются также печень и желудочно-кишечный тракт. Различают острые и хронические отравления; последние характеризуются постепенным развитием и меньшей выраженностью симптомов. При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения, работы нервной системы и др. Полагают, что молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов.

 

Основные источники поступления в организм

Загрязненные вода, воздух, продукты питания.

Наиболее распространенные соединения

U3O8 – минерал настуран.

UO2 – минерал уранинит.

Знаете ли вы, что…

– В 1789 г. немецкий натурфилософ и химик М.Г. Клапрот восстановил извлеченную из саксонской смоляной руды золотисто-желтую «землю» до черного металлоподобного вещества и, считая новое вещество элементом, назвал его ураном в честь самой далекой из известных тогда планет. Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 г. француз Эжен Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO2. Пелиго удалось получить настоящий уран – тяжелый металл серо-стального цвета.

– Суточное поступление урана в организм с пищей и жидкостями – 1,9 х 10–6 г, с воздухом – 7 х 10–9 г.

Таллий

Роль в жизни растений

Многие растения – табак, цикорий, шпинат, виноград, дуб, бук, морские растения – способны накапливать таллий из окружающей среды. С этим связано повышенное содержание таллия в золе каменных углей – 0,001–0,01%. В почвах в среднем содержится 0,00001% таллия. Для растений соединения таллия умеренно токсичны.

Роль в жизни животных и человека

В организмах животных в среднем содержится 0,00004% таллия (по массе). Больше всего его содержат медузы, актинии, морские звезды и другие обитатели моря.
В организм человека таллий поступает вместе с пищей и всасывается в желудочно-кишечном тракте. Может проникать даже через неповрежденную кожу. Он обнаружен в крови, костях, волосах, ногтях, эмали зубов; способен накапливаться в почках, мышцах, железах эндокринной системы и семенниках.
Металлический таллий и его соединения высокотоксичны для млекопитающих и человека. Ионы таллия обладают сходными свойствами с ионами калия и способны замещать последний в ферментах. Скорость проникновения ионов таллия через клеточную мембрану в клетку в 100 раз выше, чем у ионов калия. Это вызывает резкое смещение равновесия Na/K, что приводит к функциональным нарушениям нервной системы. Одновалентный таллий образует прочные соединения с серусодержащими белками и подавляет активность ферментов, содержащих тиольные группы, нарушает функционирование различных ферментных систем и препятствует синтезу белков. Токсичность его соединений для человека выше, чем свинца и ртути.
Смертельная доза таллия в зависимости от индивидуальной чувствительности колеблется от 6 до 40 мг на 1 кг веса.
Так как по поведению в организме таллий похож на щелочные металлы, то в качестве антидота (противоядия) при отравлении таллием применяется феррацин – вещество, используемое для выведения из организма радиоактивного цезия.
В 1912–1930 гг. соединения таллия широко использовались для терапии туберкулеза и дизентерии, но из-за их высокой токсичности и небольшой разницы между терапевтической и токсической дозами их применение было прекращено. С начала 1980-х гг. неуклонно возрастает применение радиоактивного изотопа 201Tl (период полураспада 72,912 ч) для диагностики болезней сердечно-сосудистой системы и онкологических заболеваний.

Основные источники поступления в организм

Продукты животного и растительного происхождения.

Наиболее распространенные соединения

Tl2SO4 – сульфат таллия (I).
Тl2S – сульфид таллия (I).
ТlCl3 – хлорид таллия (III).
ТlBr – бромид таллия (I).

Знаете ли вы, что…

  • В марте 1861 г. английский ученый У.Крукс исследовал пыль, которую улавливали на одном из сернокислотных производств, новым для того времени методом спектрального анализа. В спектре он обнаружил линию светло-зеленого цвета, которую нельзя было приписать ни одному из известных элементов. Благодаря этой линии и был обнаружен таллий и назван по-латыни thallus – «распускающаяся, или зеленая, ветка».

  • Среднее поступление таллия в организм человека с пищей и водой составляет 1,6 мкг/сутки, с воздухом – 0,5 мкг/сутки.

  • В 1920 г. в Германии был запатентован яд против грызунов, в состав которого входил сульфат таллия Tl2SO4. Это вещество без вкуса и запаха иногда входит в состав инсектицидов и зооцидов и в наши дни.

  • Галогениды таллия хорошо пропускают инфракрасные лучи. Поэтому они используются в оптических приборах, работающих в инфракрасной области спектра.

  • Сульфид таллия используется в фотоэлементах.

Некоторые факты о других химических элементах

Галлий (Ga). Долгое время считалось, что галлий токсичен для живых организмов. Лишь в последние десятилетия это мнение опровергнуто. Легкоплавкий металл заинтересовал стоматологов. Еще в 1930 г. было впервые предложено заменить галлием ртуть в композициях для пломбирования зубов. Дальнейшие исследования и у нас, и за рубежом подтвердили перспективность такой замены. Безртутные металлические пломбы с галлием применяются в стоматологии.

Золото (Au). Говорят, золото есть повсюду, даже в виноградном вине (это обнаружил Русель Д’Арсэ еще в 1779 г.).

Давно известно свойство растений поглощать из почвы содержащиеся в ней химические вещества. Впервые «растительное» золото обнаружил в золе растений французский химик Клод Луи Бертоле. На этом свойстве основана разрабатываемая технология добычи золота из грунта с помощью бобовых, в частности люцерны. Хотя золото в растениях откладывается в виде наночастиц – гранул диаметром в миллионные части миллиметра, ученые утверждают, что вполне реально повысить содержание золота в растительных тканях до 20%.

Наличие определенного количества золота в золе растений может быть поисковым признаком для геологов. В Малой Азии золото накапливает хвощ, а в Австралии — жимолость. В шишках пихты и сосны, растущих на почвах с содержанием золота 0,00002%, его концентрация возрастает в 50 раз. Еще более страстной любительницей золота оказалась кукуруза (Zea mais), не зря прозванная королевой полей. Из 1 т золы кукурузных отходов можно извлечь до 60 г золота. Не менее активным накопителем золота оказался и неприметный хвощ (Equisetum sp.).

Обычно золото в растворимой форме является токсичным для микроорганизмов и животных. Ничтожная примесь золота в воде, недоступная для датчиков, вызывает у лягушек хорошо заметное расширение кровеносных сосудов.

Любопытно, что концентрации золота в разных районах Мирового океана далеко не одинаковы. Если в среднем в 1 т морской воды содержится 0,02 мг золота, то в Карибском море оно достигает 15–18 мг.

В настоящее время исследуется возможность использования бактерий Bacillus cereus в качестве индикатора золотоносности участков суши. В почве, богатой золотым песком, численность этих бактерий существенно увеличивается, а уровень спорообразования заметно снижается по сравнению с «бедными» участками.

Мышьяк (As). Фоновые содержания мышьяка в растениях составляют 0,13—66,7 мкмоль/кг, однако на загрязненных почвах они могут быть превышены в десятки раз.

В организме человека, особенно в волосах и ногтях, содержится от 15 до 20 мг мышьяка. Он находится во всех продуктах растительного и животного происхождения за исключением рафинированного сахара. Того количества мышьяка, которое обычно присутствует в растениях, для человека вполне достаточно.

Самым богатым источником мышьяка в пище считаются морепродукты: омары, креветки, криль, лангусты, моллюски, некоторые виды морских рыб.

Мышьяк с давних пор известен и как яд, и как лекарство. Избыток мышьяка вызывает рак гортани, глаз, белокровие. Некоторые формы аллергии обусловлены недостатком мышьяка.

Ниобий (Nb). Высокая коррозийная стойкость ниобия позволила использовать его в медицине. Ниобиевые нити не вызывают раздражения живой ткани и хорошо срастаются с ней. Восстановительная хирургия успешно использует такие нити для сшивания сухожилий, кровеносных сосудов и нервов.

Палладий (Pd). Добавкой палладия удешевляют некоторые сплавы, например один из сплавов для зубных протезов, содержащий медь, серебро, золото и платину.

Платина (Pt). Растением-индикатором, хорошо чувствующим себя на почве с высоким содержанием платины, являются астрагалы. А хвоя сосны чернеет при избытке платины в почве.

Рутений (Ru). Способностью накапливать рутений обладают некоторые виды растений, в частности он концентрируется в корнях бобовых, зверобое, клевере, одуванчике. Предполагают, что соединения рутения служат катализаторами в процессах связывания молекулярного азота воздуха в аминокислоты.

Оксид рутения (VIII) RuO4 – ядовитое соединение, сильнейший окислитель, обладаюший биологической активностью. При длительном вдыхании его паров у человека начинает кружиться голова, бывают приступы рвоты и удушья. У некоторых химиков, работавших с четырехокисью рутения, появлялись аллергические реакции, развивалась экзема.

Неорганический краситель, представляющий собой комплексный аммиачный хлорид рутения (так называемая рутениевая красная), применяют при исследованиях в анатомии и гистологии.

Торий (Th). При высоком содержании тория в почве наблюдаются аномалии роста и развития растений. У березы, ольхи, осины наблюдается гигантизм. Листья осины достигают 30 см, а диаметр ствола – 79 см.

Цирконий (Zr). При избытке циркония в почве у растений происходит омертвение тканей листьев.

Высокая коррозийная стойкость циркония позволила применять его в нейрохирургии. Из сплавов циркония делают кровоостанавливающие зажимы, хирургические инструменты и нити для наложения швов при операциях на мозге.

Литература

1. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. Изд.2-е. – М.: Высшая школа, 1975.

2. Артамонов В. Растения-индикаторы//Человек и природа, 1980. № 2.

3. Биологический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1986.

4. Бобылева Л.Д. Мониторинговые исследования учащихся в природе//Биология в школе, 2006. № 3.

5. Вакуленко В.В. и др. Справочник цветовода. – М.: Колос, 1997.

6. Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии, 9-й класс. – М.: Блик и К0, 2001.

7. Гинецинский А.Г. Физиологические механизмы водно-солевого равновесия. – М.–Л., 1963.

8. Георгиевский В.И., Анненков Б.П., Самохин В.Т. Минеральное питание животных. – М.: Колос, 1979.

9. Гичев Ю.П. Современные проблемы экологической медицины. – Новосибирск: СО РАМН, 1996.

10. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1980.

11. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.З., Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высшая школа, 2000.

12. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10–11-й классы: Учеб. для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2004.

13. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. В 3-х т. – М.: Мир, 1982.

14. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1988.

15. Кравчинский Б.Д. Физиология водно-солевого обмена жидкостей тела. – Л., 1963.

16. Крицман В.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1990.

17. Ленинджер А. Основы биохимии. В 3-х т. – М.: Мир, 1985.

18. Лидин Р.А., Аликберова Л.Ю. Химия. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.: АСТ-Пресс школа, 2005.

19. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. – М.: Химия, 1987.

20. Манолов К. Великие химики. В 2 т. – М.: Мир, 1985–1986.

21. Мещерякова И.В. Основные болезни и вредители цветочных культур. – М., 1972.

22. Михайлов В.С. Кулинария для всех. – М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1999.

23. Могильный Н.П. Книга о вкусной и здоровой пище. – М.: ЭКСМО-Пресс, 2001.

24. Петрянов-Соколов И.В. Популярная библиотечка химических элементов. – М.: Наука, 1983.

25. Скальный А.В. Микроэлементы для вашего здоровья. – М.: Оникс XXI в., 2003.

26. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. – М.: Оникс XXI в., 2004.

27. Слейтер Р. Водный режим растений. – М., 1970.

28. Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой. – М.: Медицина, 1978.

29. Сударкина А.А., Ефсеева И.И., Орлова А.Н. Химия в сельском хозяйстве: Основы агрохимии: Учеб. пособие по фак. курсу для учащихся 10 кл. – М.: Просвещение, 1981.

30. Химические и биологические средства защиты растений: Краткий справочник/Под ред. П.В. Сазонова. – М., 1978.

31. Химия окружающей среды/Под ред. Дж.О.М. Бокрис. – М.: Химия, 1982.

32. Человек. Медико-биологические данные. Публ. 23 МКРЗ. – М.: Медицина, 1977.

33. Чирков Ю.Г. Фотосинтез: два века спустя. – М.: Знание, 1981.

34. Эммануэль Н.М., Зайков Г.Е. Химия и пища. – М.: Знание, 1981.

35. Эмсли Дж. Элементы. – М.: Мир, 1993.

36. Энциклопедия комнатного цветоводства/Сост. Б.Н. Голов-кин. – М., 1993.

37. Kieffer F. Metals as essential trace elements for plants, animals and humans.//Metals and their composition in the environment. Ed. by E. Merian, VCH-Weinheim, 1990.

Алфавитный указатель названий химических элементов

Азот                  7
Алюминий         50
Бериллий          43
Бор                   34
Бром                 35
Ванадий            41
Висмут              47
Водород            4
Галлий               64
Железо              21
Золото               64
Йод                   27

Кадмий        44
Калий          12
Кальций       14
Кислород     6
Кобальт        25
Кремний       38
Литий           40
Магний         19
Марганец      31
Медь            29
Молибден     42
Мышьяк        64

Натрий          13
Никель          55
Ниобий          65
Олово           53
Палладий      65
Платина         65
Ртуть             57
Рутений         65
Свинец          48
Селен            37
Сера              16
Серебро         46

Стронций         59
Таллий            63
Титан               52
Торий              65
Углерод           9
Уран                61
Фосфор           10
Фтор                28
Хлор                17
Хром                33
Цинк                23
Цирконий         65

 

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru