Биохимическая характеристика химических элементов Периодической таблицы Д.И. Менделеева
Разработка биохимической модели химических элементов на основе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Оценка количественного содержания, суточных норм и биологической роли условно-эссенциальных микро-и ультрамикроэлементов в виде биохимического спектра.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2022 |
| Размер файла | 476,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
Цикуниб А.Д.
Аннотация
менделеев химический периодический таблица
Разработана биохимическая модель химических элементов на основе Периодической таблицы Д.И.Менделеева, в которой для эссенциальных макро-и микроэлементов, обозначенных зеленым цветом, и условно-эссенциальных микро-и ультрамикроэлементов, обозначенных желтым цветом, приведены количественное содержание, суточные нормы и биологическая роль в виде биохимического спектра. Остальные элементы расположены по нарастанию степени токсичности: от слаботоксичных до сильно токсичных с переходом цвета от розового до интенсивно красного.
Ключевые слова: биохимическая модель, эссенциальные макроэлементы, эссенциальные микроэлементы, токсичные элементы.
Annotation
CikunibA. D. BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CHEMICAL ELEMENTS OF THE PERIODIC TABLE D.I. MENDELEEV
A biochemical model of chemical elements was developed on the basis of the DI Mendeleev Periodic Table, in which for essential macro and microelements marked in green and conditionally essential micro and ultra micronutrients in yellow are quantitative content, daily allowances and biological role in the form of a biochemical spectrum. The remaining elements are arranged in order of increasing degree of toxicity: from slightly toxic to highly toxic, with a color transition from pink to intensely red.
Key words: biochemical model, essential macroelements, essential trace elements, toxic elements.
Основная часть
Актуальность исследования обусловлена рядом положений. Во-первых, по мнению ряда авторов, в организме человека можно обнаружить практически все химические элементы Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева [1,2,6]. Более 80% встречающихся в природе элементов обнаружен в организме человека. Чем больше развиваются биохимия и аналитическая химия, тем больше выявляется химических элементов, о биологической роли и нахождении в организме которых раньше не было информации.
Во-вторых, здоровье человека в первую очередь зависит от химического состава. Вернадский В.И. еще в 1937 г писал, что «в живом организме не только присутствуют все элементы, но каждый из них выполняет какую-то функцию» [3]. При этом ни один химический элемент даже самый жизненно важный не синтезируется в нашем организме, а должны поступать с пищевыми продуктами, водой и воздухом.
В третьих в соответствии с ФГОС нового поколения, перед современной школой ставится сложная задача по формированию у обучающихся не только предметных, но и здоровьесберегающих компетенций, важным компонентом которого является формирование культуры здорового питания. По данным многочисленных исследований, в том числе проведенных в лаборатории нутрициологии и экологии НИИ КП АГУ, у 70-80% школьников, особенно подростков, выявляются нарушения структуры и качества питания, приводящие к снижению умственной и физической работоспособности, интелекта, развитию ряда заболеваний вызванных нарушением метаболических процессов в организме [1,4,7,8]. Причина не только экономическая или социальная, но и педагогическая, так как мониторинг пищевого поведения показывает низкий уровень знаний обучающихся о правильном питании, о роли тех или иных пищевых веществ. Для реализации этой сложной задачи в школе должны использоваться инновационные педагогические технологии и образовательные программы, позволяющие в доступной и интересной форме расширить представления детей и подростков, а также их родителей, о правильном и здоровом питании.
Цель исследования: создать биохимическую модель химических элементов Периодической таблицы Д.И.Менделеева.
В создании модели опирались на следующие позиции:
а) количественное содержание элемента в организме.
По количественному содержанию в организме химические элементы делятся на:
- макроэлементы- более 10-2% (в некоторых источниках более 10-3 %)
- микроэлементы- 10-3-10-5% (в некоторых источниках 10-3-10--4 %)
-ультрамикроэлементы - менее 10-5%.
б) биологическая роль, т.е в метаболических процессах каких органов и тканей принимает участие, поддержание каких метаболических систем обеспечивает, какие специфические функции выполняет.
По биологической роли элементы подразделяются на:
-эссенциальные - жизненно-необходимые
-условно-эссенциальные
- условно-токсичные элементы
- токсичные элементы.
в) суточная потребность для эссенциальных элементов;
г) токсическая доза для токсичных элементов.
Эти деления довольно условны, так как по мере возрастания аналитических возможностей и изучения биологической роли химических элементов представления о их количественном содержании в организме, и, в особенности, эссенцальности и токсичности сильно меняются и сегодня сложилась определенная путаница, какие элементы отнести к макро-или микроэлементам, какие эссенциальные или условно-эссенциальные? При создании модели руководствовались принятыми на сегодня нормативными документами, в частности МР 2.3.1.2432--08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации».
На основании изучения биологической роли химических элементов были определены органы, ткани, системы, метаболические процессы, в функционировании которых химические элементы принимают наиболее активное участие (таблица 1).
Таблица 1
Органы, ткани, системы, метаболические процессы в функционировании которых принимают участие химические элементы
К эссенциальным макроэлементам относятся следующие элементы: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), кальций (Са), калий (К, магний (Mg), натрий (Na), сера (S), фосфор (Р), хлор (С1). Причем первые четыре элемента называются элементами- органогенами, так как из них образуются все органические соединения, входящие в состав всех органов и тканей организма (таблица 2).
Таблица 2
Элементы-органогены
|
Элемент |
Содержание в организме, % |
Биологическая роль |
|
|
Кислород (О) |
65 -- 75 |
1 |
|
|
Углерод (С) |
15--18 |
1 |
|
|
Водород (Н) |
8--10 |
1 |
|
|
Азот (N) |
1,5 -- 3 |
1 |
Кроме того, что водород и кислород входят в состав биомолекул они образуют воду- основной биологический растворитель, в котором происходят все биохимические реакции.
Биохимический спектр важнейших макроэлементов представлен в таблице 3.
Таблица 3
Биохимический спектр эссенциальных макроэлементов
Кальций входит в состав костной ткани, зубной эмали, участвует в процессах свертывания крови, мышечном сокращении, передаче нервного импульса, активации ферментов; калий является основным внутриклеточным катионом, принимающим участие в регуляции водного, кислотного и электролитного баланса, участвует в процессах проведения нервных импульсов, регуляции давления, ритма сердечной деятельности, а натрий - основной внеклеточный катион, участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, переносе воды, глюкозы крови, генерации и передаче электрических нервных сигналов, мышечном сокращении; хлор - основной анион в организме животных, входит в состав соляной кислоты желудочного сока; магний является кофактором многих ферментов, в т. ч. энергетического метаболизма, участвует в синтезе белков, нуклеиновых кислот, обладает стабилизирующим действием для мембран, необходим для поддержания гомеостаза кальция, калия и натрия, входит в состав костной ткани и зубной эмали; фосфор входит в состав органических веществ (ДНК, РНК, АТФ, фосфолипидов и др.), костной ткани и зубной эмали, участвует в энергетическом обмене, регуляции кислотно-щелочного баланса, участвует в клеточной регуляции путем фосфорилирования ферментов; сера также ходит в состав органических веществ (некоторых аминокислот, белков, желчных кислот), в составе ФАФС участвует в обезвреживании токсичных веществ [1,4,5,6]. Некоторые авторы относят серу и фосфор к элементам-органогенам.
Биохимический спектр важнейших микроэлементов, являющихся эссенциальными представлен в таблице 4.
Таблица 4
Биохимический спектр эссенциальных микроэлементов
Железо входит в состав различных по своей функции белков, в т. ч. ферментов, участвует в транспорте кислорода, электронов, обеспечивает протекание окислительновосстановительных реакций и активацию перекисного окисления; йод-элемент интеллекта, входит в состав гормонов щитовидной железы, регулирующих рост и дифференцировку клеток всех тканей организма человека, митохондриальное дыхание, трансмембраннй транспорт натрия и гормонов, обмен белков, жиров и углеводов; кобальт входит в состав витамина В12, участвует в процессах кроветворения, активирует ферменты обмена жирных кислот и метаболизма фолиевой кислоты; кремний входит в состав костей, гликозоаминогликанов и стимулирует синтез коллагена; марганец участвует в образовании костной и соединительной ткани, входит в состав ферментов, участвующих в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов, необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов; медь входит в состав ферментов, обладающих окислительно-восстановительной активностью и участвующих в метаболизме железа, стимулирует усвоение белков и углеводов, участвует в процессах обеспечения тканей организма человека кислородом; молибден является кофактором многих ферментов, обеспечивающих метаболизм серосодержащих аминокислот, пуринов и пиримидинов, усиливает фосфорно-кальциевый обмен, влияет на углеводный обмен; регулирует внутрисекреторную функцию половых желез, помогая при импотенции и нормализуя менструальный цикл; селен - антиоксидант, обладает иммуномодулирующим действием, участвует в регуляции действия тиреоидных гормонов; фтор входит в состав зубной эмали и костной ткани; хром участвует в регуляции уровня глюкозы крови, усиливая действие инсулина; цинк входит в состав более 300 ферментов, участвует в процессах синтеза и распада углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот и в регуляции экспрессии ряда генов [1,4,5,6].
Биохимический спектр микроэлементов и ультрамикроэлементов, относимых к условно- эссенциальным, представлен в таблице 5.
Таблица 5
Биохимический спектр условно-эссенциальных микро-и Ультрамикроэлементов
Около 19 химических элементов относятся к условно-эссенциальным, так как для этих элементов известна биохимическая функция, однако явлений дефицита не выявлено. Так, бор усиливает действие инсулина, необходим для усвоения кальция; бром усиливает процесс торможения в центральной нервной системе, оказывает седативное действие, активизирует липазу и пепсин, усиливает гормональную активность коры надпочечников, участвует в регуляции уровня сахара в крови; германий оказывает антигипоксическое действие, обеспечивая перенос кислорода к тканям организма, стимулирует иммунитет, задерживает развитие злокачественных новообразований и препятствует появлению метастазов, продлевает жизнь; золото в малых количествах эффективно при заболеваниях, характерных для стареющего организма, - атеросклерозе, остеохондрозе, пародонтозе, артрите, гипертонии, заболеваниях печени, депрессивных состояниях; мышьяк- стимулятор кроветворения, увеличивает синтез белков; титан принимает участие в эритропоезе, формировании иммунитета, синтезе гемоглобина.
Однако, количество этих элементов в организме весьма низкое - буквально микро-или ультрамикроколичества, так как даже при незначительных превышениях физиологической нормы у большинства начинают преобладать токсические свойства ().
Таблица 6
Токсикологическая характеристика условно-эссенциальных микро-и ультрамикроэлементов
|
Элемент |
Токсичность |
|
|
Алюминий |
мутаген, тератоген, токсичен |
|
|
Бор |
тератоген, токсичен |
|
|
Бром |
угнетает щитовидную железу; нарушает структуру ДНК, токсичен |
|
|
Ванадий |
токсичен |
|
|
Висмут |
тератоген |
|
|
Литий |
тератоген |
|
|
Мышьяк |
канцероген, токсичен |
|
|
Никель |
канцероген |
|
|
Олово |
токсичен |
|
|
Свинец |
тератоген; канцероген, сильно токсичен |
|
|
Стронций |
токсичен |
На основании приведенных данных создана биохимическая модель химических элементов Периодической таблицы Д.И.Менделеева, которая наглядно показывает распределение элементов по их эссенциальности, количественному содержанию в организме и токсикологическим свойствам. На сегодня создано ряд интерактивных периодических таблиц с динамически отображаемыми названиями элементов, электронами, атомными массами, орбиталями, имеются варианты с привязкой к википедия. Созданная нами модель позволит в доступной и интересной форме расширить представления обучающихся о роли химических элементов в обеспечении здоровья.
Литература
1. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология / А.П. Авцын [и др.]. М.: Медицина, 1991. 496 с.
2. Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Сезонные колебания обеспеченности организма человека макро- и микроэлементами // Атлас временных вариаций природных антропогенных и социальных процессов. М.: Янус-К, 2002. Т. 3. С. 489-496.
3. Вернадский В.И. Проблемы биогеохимии. II. О коренном материальноэнергетическом отличии живых и косных естественных тем биосферы. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1939.
4. Макро-и микроэлементы пищи - основа здорового питания: материалы школы- семинара/под ред. А.Д. Цикуниб. Майкоп: Магарин О.Г., 2012. 100 с.
5. Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины, макро- и микроэлементы. М.: ГЭОТАР - Медиа, 2008. 271 с.
6. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: Мир, 2004. С. 165166.
7. Тупцокова З.В., Цикуниб А.Д. Биохимическая модель обмена витамина D и уровень обеспеченности им подростков и студентов Республики Адыгея // Наука: комплексные проблемы: научно-информационный журнал НИИ комплексных проблем АГУ: сетевое электронное научное издание. 2018. № 2 (12). С. 54-62. URL: http://www.nigniikp.adygnet.ru/index.php/vypuski-2013/vypusk-2
8. Цикуниб А.Д., Дьяченко Ю.А., Езлю Ф.Н. Пищевая и биологическая ценность фактического питания обучающихся Республики Адыгея // Наука: комплексные проблемы: научно-информационный журнал НИИ комплексных проблем АГУ: сетевое электронное научное издание. 2013. № 1 (12). С. 28-35. URL: http://www.nigniikp.adygnet.ru/index.php/vypuski-2013/vypusk-2
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Формулировка периодического закона Д. И. Менделеева в свете теории строения атома. Связь периодического закона и периодической системы со строением атомов. Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.
реферат [9,1 K], добавлен 16.01.2006Родословная Дмитрия Ивановича Менделеева, изучение его предков по материнской и отцовской линии. Отношения ученого с женами - Феозвой Никитичной Лещевой и Анной Ивановной Поповой. Семья и дети автора периодической таблицы и закона химических элементов.
презентация [921,6 K], добавлен 17.04.2012Общая характеристика химических элементов IV группы таблицы Менделеева, их нахождение в природе и соединения с другими неметаллами. Получение германия, олова и свинца. Физико-химические свойства металлов подгруппы титана. Сферы применения циркония.
презентация [1,8 M], добавлен 23.04.2014Изучение периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева как основы современной химии, которые относятся к научным закономерностям, отражают явления, реально существующие в природе. Основные сведения строения атомов.
реферат [28,9 K], добавлен 18.01.2011Основные классы неорганических соединений. Распространенность химических элементов. Общие закономерности химии s-элементов I, II и III групп периодической системы Д.И. Менделеева: физические, химические свойства, способы получения, биологическая роль.
учебное пособие [3,8 M], добавлен 03.02.2011Ртуть - элемент таблицы периодической системы химических элементов Менделеева. Физические и химические свойства. Соединения ртути. Нахождение в природе. Месторождения, получение, применение. Токсикология, гигиеническое нормирование концентраций ртути.
реферат [63,3 K], добавлен 19.05.2015История открытия и место в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева галогенов: фтора, хлора, брома, йода и астата. Химические и физические свойства элементов, их применение. Распространённость элементов и получение простых веществ.
презентация [656,9 K], добавлен 13.03.2014Описание интересных фактов открытия ряда элементов таблицы Менделеева. Свойства химических элементов, происхождение их названий. История открытия, в отдельных случаях получения элементов, их значение в народном хозяйстве, сфера применения, безопасность.
реферат [37,8 K], добавлен 10.11.2009Исследование химических и физических свойств водорода, лития, калия, рубидия, цезия и франция. Характеристика промышленных способов получения и областей применения этих элементов системы Менделеева. Изучение процесса электролиза водных растворов солей.
практическая работа [134,7 K], добавлен 08.01.2012Кремний — элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева; распространение в природе. Разновидности минералов на основе оксида кремния. Области применения соединений кремния; стекло.
презентация [7,3 M], добавлен 16.05.2011Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева как основа современной химии. Исследования, открытия, изыскания ученого, их влияние на развитие химии и других наук. Периодическая система химических элементов и ее роль.
реферат [38,8 K], добавлен 03.03.2010Характеристика азота – элемента 15-й группы второго периода периодической системы химических элементов Д. Менделеева. Особенности получения и применения азота. Физические и химические свойства элемента. Применение азота, его значение в жизни человека.
презентация [544,3 K], добавлен 26.12.2011Биографический очерк жизненного пути и деятельности Д.И. Менделеева - русского химика, открывшего периодический закон и создавшего периодическую систему химических элементов. Полет Менделеева на воздушном шаре. Менделеев как мастер чемоданных дел.
презентация [2,5 M], добавлен 19.03.2012Комплексное изучение элементов периодической системы Менделеева, истории открытия и форм нахождения золота в природе. Исследование коренных месторождений, физических и химических свойств золота и его соединений, способов получения и областей применения.
курсовая работа [41,4 K], добавлен 17.11.2011Знакомство с основными химическими элементами, представленными в периодической системе Д. Менделеева. Рассмотрение классификации биогенных элементов. Микроэлементы как биологически активные атомы центров ферментов. Характеристика свойств s-элементов.
презентация [4,5 M], добавлен 00.00.0000Классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра - графическое выражение периодического закона Д.И. Менделеева: история открытия, структура и роль в развитии атомно-молекулярного учения.
презентация [401,4 K], добавлен 26.09.2012Характеристика цинка и меди как химических элементов и их место в периодической таблице Менделеева. Получение цинка из полиметаллических руд пирометаллургическим и электролитическим методами. Способы применения меди в электротехнике и производстве.
презентация [487,5 K], добавлен 08.02.2012Происхождение Дмитрия Ивановича Менделеева, русского химика. Судьба его родителей. Обучение в гимназии и педагогическом институте. Открытие им периодического закона и создание периодической системы химических элементов. Всемирное признание ученого.
презентация [211,0 K], добавлен 05.04.2015Свойства молибдена и его соединений. История открытия элемента. Электронная структура атома, его расположение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Химические и физические свойства молибдена, его оксидов и гидроксидов.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 24.06.2008Молибден — элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Биологическая роль молибдена, его достоинства и недостатки. Нахождение молибдена в природе, содержание его в земной коре.
презентация [465,2 K], добавлен 11.03.2014
