Реферат на тему: "Химические элементы в организме человека".

Реферат: Химические элементы в организме человека

Выполнила:

учениница 10 класса

МОУ "СОШ №73"

Джейранова Малах

Макроэлементы.

К макроэлементам относятся K, Na, Ca, Cl. Например,при весе человека 70 кг, в нём содержится (в граммах ): кальция – 1700, калия –250, натрия– 70.

КАЛЬЦИЙ

Большое содержание кальция в организме человекаобъясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в видегидроксофосфат кальция – Ca10(PO4)6(OH)2 и его суточноепотребление составляет для взрослогочеловека 800-1200мг.

Концентрация ионов кальция в плазме кровиподдерживается очень точно на уровне 9-11мг% и у здорового человека редкоколеблется больше чем на 0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним изнаиболее точно регулируемых факторов внутреннейсреды. Узкие границы, в пределах которыхколеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двухгормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в кровиприводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костныхдепо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетаетвыделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина изпарафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижаетсяколичество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретрнойфункции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровнякальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервнойсистемы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти.Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в кровии уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костнойткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

НАТРИЙ и КАЛИЙ

Жизненно необходимые элементы натрий и калийфункционируют в паре. Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутридолжна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовалоспециального механизма, который обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение(«нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил название натрий –калиевого насоса.

Для того чтобы сохранялась ионная асимметрия, натрий — калиевый насос должен выкачивать против градиента концентрации из клетки ионынатрия и нагнетать в неё ионы калия и, следовательно, совершать определённуюработу.

Непосредственным источникомэнергии для работы насоса является расщепление богатых энергией фосфорныхсоединений – АТФ, которое происходит под влиянием фермента –аденозинтрифосфатазы, локализованной в мембране и активируемой ионами натрия икалия. Торможение активности этого фермента, вызываемое некоторыми веществами иприводит к нарушению работы насоса. Интересно, что по мере старения организмаградиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а принаступление смерти выравнивается

Микроэлементы.

К ним относится отмеченный выше ряд 22 химическихэлементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, чтобольшинство из них металлы, а из металлов основным является железо.

ЖЕЛЕЗО

Несмотря на то, что содержание железа вчеловеке  массой 70кг не превышает 5г и суточное потребление 10 – 15мг, оноиграет особую роль в жизни деятельности организма

Железо занимает совершенно особое место, так как нанего не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железарегулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организмевзрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине,большая часть оставшегося запасается в специальных белках (ферритине игемосидерине), и только очень небольшая часть находится в различных ферментах исистемах транспорта.

Гемоглобин и миоглобин.

Гемоглобинвыполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие втранспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина равно 700г, а кровьвзрослых людей содержит в среднем около 14 – 15%.

Гемоглобинпредставляет собой сложное химическое соединение (мол. вес. 68 800). Он состоитиз белка глобина и четырёх молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа,обладает способностью присоединять и отдавать    молекулу кислорода. При этомвалентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е.железо остаётся двухвалентным.

Оксигемоглобиннесколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь,содержащая оксигемоглобин, имеет ярко — алый цвет. Притом тем более яркий, чемполнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь, содержащая большоеколичество восстановленного гемоглобина, имеет тёмно – вишнёвый цвет.

Метгемоглобин являетсяокислительным гемоглобином, при образование которого меняется валентностьжелеза: двухвалентное железо, входящее в молекулу гемоглобина, превращается  втрёх валентное. В случае большого накопление в организме метгемоглобина отдачакислорода тканям становится невозможной и наступает смерть от удушения.

Карбоксигемоглобин представляет собой соединение гемоглобина с угарным газом. Этосоединение примерно в 150 – 300 раз прочнее, чем соединение гемоглобина скислородом. Поэтому примесь даже 0,1% угарного газа во вдыхаемом воздухе ведётк тому, что 80% гемоглобина оказываются связанными с окисью углерода и неприсоединяют кислород, что является опасным для жизни.

Миоглобин.В скелетной и сердечной мышценаходится миоглобин. Он способен связывать до 14% общего количества кислорода ворганизме. Это его свойство играет важную роль в снабжение кислородомработающих мышц. Если при сокращение мышцы кровеносные капилляры её сжимаются икровоток  в некоторых участках мышцы прекращается, в течение некоторого временисохраняется снабжение мышечных волокон кислородом. 

Трансферрин.

Трансферрин – класс железо связывающих молекул.Наиболее изученный- это трансферрин сыворотки – является транспортным белком,переносящим железо из обломков гемоглобина селезёнки и печени в костный мозг,где на специальных его участках вновь синтезируется гемоглобин. Весьсывороточный трансферрин, единовременно связывая только 4 мг железа, ежедневнопереносит в костный мозг около 40мг железа – весьма существенное доказательствоего эффективности как транспортного белка. Больные с генетически обусловленныминарушениями синтеза трансферрина страдают железодефицитной анемией, нарушениямииммунной системы и интоксикацией от избытка железа!

          Трансферрин– это гликопротеин с молекулярной массой около 80 000. Он состоит из однойполипептидной цепи, свёрнутой так, что она образует два компактных участка,каждый из которых способен связывать по одному иону железа (III).Правда, связывание железа возможно лишь при связывание аниона. В отсутствиеподходящего аниона катион железа не присоединяется к трансфферину. Вбольшинстве случаев в природе для этого используется карбонат, хотяактивировать центр связывание металла способны и другие анионы, напримероксалат, малонат, и цитрат.

          Высокаяустойчивость комплекса железа с трансферрином делает его отличным переносчиком,но зато и выдвигает проблему высвобождения железа из комплекса. Многие изхороших хелатирующих агентов малопригодны в качестве посредников привысвобождение железа. Наиболее эффективным из них оказался пирофосфат. Принимаяво внимание существенную роль в связывание железа с транферрином, было былогически предложить, что удаление аниона должно лежать в основе любогомеханизма высвобождение железа, однако никакой корреляции между способностьюзамещать карбонат в трансферриновом комплексе и их эффективностью какпосредника в освобождение железа не найдено. В транспортной системе микробовотдача ионов железа переносчиком вызывается восстановлением их до Fe (II), но, как достоверно установлено, из трансферрина железо высвобождается ввиде Fe (III).

Ферритин.

      В органах млекопитающих железо в основном запасается в двух формах– ферритине и гемосидерине. Гемосидерин изучен не достаточно хорошо и,возможно, является продуктом распада ферритина. Ферритин в настоящее времяохарактеризован довольно полно. Это водо-растворимый белок, состоящий из 24одинаковых субъединиц, которые составляют пустотелую сферическую оболочку. Вовнутренней полости находится мицелярное ядро, содержание железа в которомпримерно 57%. Мицела может содержать до 4500 атомов железа, если ферритинполностью насыщен железом (что не является обязательным). Белковую оболочкупронизывают шесть каналов, которые служат для приёма и отдачи железа.

Приём железа происходит при каталитическом окислении аппоферритином Fe (II) в Fe (III), а высвобождение – при  восстановление Fe (II) восстановленными флавинами. Вбольшинстве клеток синтез ферритина значительно ускоряется в присутствиижелеза; в клетках печени крыс синтез субъединиц проходит за 2 – 3 мин.

МЕДЬ

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносныхсосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Крометого, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. Внекоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачисвязывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и отранспорте меди в организме. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина.Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшейконцентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к  дефициту инеблагоприятен для человека. Прогрессирующие заболевание мозга у детей (синдромМенкеса) связано с дефицитом меди, так как при этом заболевание не хватаетмедьсодержащего фермента. Некоторые улучшения в состоянии этих больных былополучено при введение меди. Избыточное количество меди в организме такженеблагоприятно и ведет к развитию тяжелых заболеваний. При болезни Вильсонасодержание меди увеличивается практически в 100 раз по сравнению с нормой. Медьобнаруживается во многих тканях, но особенно её много в печени, почках и мозге.Её можно увидеть на роговице в виде коричневых или зелёных кругов. В настоящиевремя установлено, что первоначально избыточные концентрации меди возникают впечени, затем в нервной системе, проявление расстройства этих органов наступаютв том же порядке. Симптомы болезни Вильсона включают цирроз печен, нарушениекоординации, сильный тремор, прогрессирующие разрушение зубов. Степеньвыраженности симптомов зависит от количества содержание меди. Уменьшениеклинической симптоматики может быть достигнуто использованием хелатирующихагентов, выводящих излишки запасов меди. Сам факт исчезновение симптомов послеподобной терапии означает, что разрушение мозга является больше биологическимпроцессом, нежели структурным.

Несмотря на генетически зависимую природу заболевания, отложение меди втканях наблюдается не всегда. Медь откладывается в определённые медь протеиныпечени, при болезни Вильсона происходит нарушение в синтезе апоцерулоплазминатаким образом, что медь не может связываться с этими белками и начинаетоткладываться в других местах. Понятно, что это не может служить единственнымобъяснением, так как у ряда пациентов уровень церулоплазмина пониженнезначительно. Кроме того, в больших количествах медь обнаруживается в печениноворождённых, причём 2% общего количества меди связано с белком. Через тримесяца концентрация снижается до нормального уровня, с того времени печеньспособна синтезировать белок цирулоплазмин. Существует другая точка зрения наболезнь Вильсона: структура белка металлотеонина при болезни Вильсона нарушена,и это ведёт к повышенному связыванию ионов меди, что в свою очередь ведёт кнарушению запасов и транспорта меди в организме. У пациентов с болезньюВильсона было продемонстрировано повышенное связывание меди металлотионеином.

При лечение болезни Вильсона употребляют пищу, бедную медью, иприменяют хелатирующие агенты, особенно пенисилламин.

При многих других заболеваниях наблюдается увеличение меди сыворотки:так при инфекционном гепатите наблюдается увеличение сыворотки меди в 3 раза посравнению с нормой – 350мкг/100мл. это связано с накоплением церулоплазмина.Повышение меди в крови встречается при таких заболеваниях, как лейкемия,лимфома, ревматоидный артрит, цирроз, нефрит. Высокий уровень меди может бытьсвязан  с различными явлениями, и  обнаружение высоких концентраций медисыворотки представляет диагностическую ценность только при одновременномрассмотрение с данными других исследований. Анализ концентрации ионов мединеобходимо проводить для оценки эффективности лечения, так как уровень медипрямо пропорционален тяжести заболевания. Это положение верно при гепатитах излокачественных заболеваниях.

ЦИНК

Большое значение для организма человека имеет цинк, в среднем ворганизме находится около 3г, а суточное потребление 15мг. Дефицит цинка у человекавыражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждениикожи, замедлении полового созревания. В нескольких случаях дефицит цинка привёлу людей к большим нарушениям в сенсорном аппарате, выражавшимся в извращение:вкуса и запаха. У этих пациентов симптомы анорексии и нарушение физиологическихотравлений могут быть сняты добавками цинка в рацион. Важную  роль цинк играетв заживлении ран. При дефиците цинка этот процесс идёт медленно в следствииснижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что для улучшениязаживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк.

Неметаллы как микроэлементы.

Мы уделили большое внимание роли металлов. Однако необходимо учитывать,что некоторые неметаллы также являются совершенно необходимыми дляфункционирования организма.

КРЕМНИЙ

Кремнийявляется также необходимым микроэлементом. Это было подтверждено тщательнымизучением питания крыс с использованием различных диет. Крысы заметно прибавилив весе при добавлении метасиликата натрия (Na2(SiO)3. 9H2O) в их рацион(50мг на 100г). цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета.Недостаток кремния приводит к нарушению структуры костей и соединительнойткани. Как выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходитактивная кальцинация, например в кости образующих клетках, остеобластах. Свозрастом концентрация кремния в клетках падает.

О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известномало. Там он находится в виде кремневой кислоты и, наверное, участвует в реакцияхсшивки углеродов. У человека богатейшим источником кремния оказаласьгиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53мг свободного и 0,36мгсвязанного кремния на один грамм.

СЕЛЕН

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной,в частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состоянийпривело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксидыНедостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что в своюочередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от отравления ртутьюхорошо известна. Гораздо менее известен тот факт, что существует корреляциямежду высоким содержанием селена в рационе и низкой смертностью от рака. Селенвходит в рацион человека в количестве 55 – 110мг в год, а концентрация селена вкрови составляет 0,09 – 0,29мкг/см. При приёме внутрь селен концентрируется впечени и почках. Ещё один пример защитного действия селена от интоксикации лёгкимиметаллами является его способность предохранять от отравления соединениямикадмия. Оказалось, что как и в случае с ртутью, селен вынуждает эти токсическиеионы связываться с ионными активными центрами, с теми, на которое ихтоксическое действие не влияет.

МЫШЬЯК

Несмотря на хорошо известные токсические действия мышьяка и егосоединений, имеются достоверные данные согласно которым недостаток мышьякаприводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищуарсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека.

ХЛОР и БРОМ

Анионыгалогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой простые, а не оксо– анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен проходитьсквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического равновесия.Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке. Концентрациясоляной кислоты в желудочном соке человека равна 0,4-0,5%.

По поводу роли брома как микроэлемента существуют некоторыесомнения, хотя достоверно известно его седативное действие.

ФТОР

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостатокприводит к анемии. Большое внимание было уделено метаболизму фтора в связи спроблемой кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.

Кариес зубов изучен достаточно подробно. Он начинается с образования наповерхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют подпятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто верхняяповерхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней неокажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид –ион может облегчать образования аппатита. Таким образом совершается реминелизацияначавшегося повреждения.

Фтор используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можновводить фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими зубы.Концентрация фтора, необходимая для предотвращения кариеса, составляет впитьевой воде около 1мг/л, но уровень потребления зависит не только от этого.Применение высоких концентраций фторидов (более8мг/л) может неблагоприятнымобразом повлиять на тонкие равновесные процессы образования костной ткани.Чрезмерное поглощение фторидов приводит к фторозу. Фтороз приводит к нарушениямв работе щитовидной железы, угнетению роста и поражению почек. Длительноевоздействие фтора на организм прводит к минерализации тела. В итогедеформируются кости, которые даже могут срастись, и происходит кальцификациясвязок.

ЙОД

          Основнойфизиологической роль йода является участие в метаболизме щитовидной железы иприсущих ей гормонах. Способность щитовидной железы аккумулировать йод присущатакже слюнным и молочным железам. А также некоторым другим органам. В настоящеевремя, однако, считают, что ведущую роль йод играет только в жизни деятельностищитовидной железы.

Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов:слабости, пожелтению кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоиднымигормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тереоидных гормоновможет привести к увеличению щитовидной железы. В редких случаях (отягощение ворганизме различных соединений, мешающих поглощению йода, например тиоцианатаили антитиреоидного агента – гоитрина, имеющегося в различных видах капусты)образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей –они отстают в физическом и умственном развитии. Йод дефицитная диета во времяберемености приводит к рождению гипотироидных детей (кретинов).

Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремору,потере веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазнойактивности и вследствие этого с увеличением йодирования тиреоглобулинов.Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. При лечениеиспользуют радиоактивные изотопы йода, легко усваивающиеся клетками щитовиднойжелезы.

Вывод

1) неорганические соединения, составляющие только 6% от общего весачеловека, являются незаменимыми веществами, обеспечивающие гомеостаз организма.2) Все химические элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикро элементы.3)любое изменение содержания химических веществ как в сторону увеличения так иуменьшению ведет к нарушению обмена веществ  

Список литературы:

1) Зубков А.А. и Коцицкий Г.И. Внутренняя секреция.Физиология человека. М.: Медицина, 1972,  стр. 296.

2) Косицкий Г.И. Физиология системы крови. Физиологиячеловека. М.: Медицина, 1972, стр. 331.

3) Кукушкин Ю.Н.  Химические элементы в организмечеловека Соросовский образовательный журнал, №5 1998, стр. 54 – 58.

4) МакОлифф К.  Методы и достижения бионеорганическойхимии. М.: Мир, 1978.

5) Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых тканейФизиология человека. М.: Медицина, 1972, стр. 55.

6) Хьюз М.  Неорганическая химия биологических процессов. М. Мир, 1983.

3) Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978.