Биогенді элементтер

Биогенді элементтер

    Биогенді элементтердің жіктелуі.
      Жануарлар ағзаларында қәзіргі уақыттағы белгілі химиялық элементтердің 80-і табылған. Тірі ағзаларында құру үшін пайдалынатын элементтерді биогенді элементтер деп атайды. Оларға көбінесе бейметалдар: көміртек, оттек, сутек, азот және т.б. жатады. Олардың үлесіне адам және жануар денесі массасының 97% келеді.
      Жануар және өсімдік ағзаларына қатысты химиялық элементтер макроэлементтер және микроэлементтер болып бөлінеді. Ағзада массалық үлесі 0,1% артық элементтерді макроэлементтер деп атайды. Оларға көміртек, оттек, сутек, азот, фосфор, күкірт, хлор, натрий, калий, магний, кальций, темір жатады. Ағзада массалық үлесі 0,001% кем элементтерді микроэлементтер деп атайды. Оларға мыс, мырыш,марганец, кобальт, иод, молибден, хром жатады. Қандай бір микро- немесе макроэлемент басқа элементпен алмастырылуы мүмкін емес екенділігі анықталған, олардың әрқайсысы ағзаның қалыпты тіршілігін қамтамасыз ететінбелгілі бір функцияны атқарады.
      Химиялық элементтер тіршілік қызметі үшін маңыздылығы бойынша өзара біркелкі емес. Биогенді элементтерді функциональдық ролі бойынша үш үлкен топқа бөлуге болады:
      1) Органогендер – атомдары ағзаның негізгі органикалық қосылыстарын (ақуыздар, майлар және көмірсулар) құрайтын элементтер. Оларға көміртек, сутек, оттек, азот, фосфор, күкірт жатады. 
      2) Ағзаның электролиттік фонын құрайтын элементтер. Оларға натрий, калий, кальций хлор жатады.
     3) Реттеуші және тасмалдаушы функцияны атқаратын микроэлементтер. Оларға мыс, мырыш, хром, кобальт, марганец, селен, иод жатады.
        Макроэлементтер  - көміртек, сутек, отттек, азот, күкірт, фосфор – ақуыздың , нуклеин қышқылдарының және ағзаның басқа да биологиялық белсенді қосылыстарының құрамына кіреді. Ақуыздардың құрамында көміртек 51-55%, оттек 22-24%, азот 15-20%, сутек 6,5-7%, күкірт 0,3-2,5%, фосфор шамамен 0,5%. Көміртек, сутек және оттек көмірсулардың және липидтердің (майлар), ал, фосфор, фосфолипидтердің құрамында фосфатты топтар болады. Көп мөлшерде липидтер бас миында, бауырда, сүтте  және қан сұйықтығында концентірленеді. Сүйек ұлпасындағы фосфордың негізгі мөлшері - 600. Ол адам ағзасындағы барлық фосфордың  85% құрайды. Фосфор тістің қатты ұлпаларында концентрленеді ал табиғатта кальций, хлор, фтор элементтерімен қосылыстар түрінде, фторапатиттер құрамында кездесетіндігі белгілі. Кальций  де негізінен сүйек және тіс ұлпаларында концентрленеді. Натрий және хлор жасуша аралық, ал калий және магний жасуша ішіндегі сұйықтықтарда кездеседі. Натрий және калий фторид түрінде тістің қатты ұлпаларында болады.
      Тірі ағзада қажетті тіршілік металдары деп аталатын металдардың  жалпы сипаты бойынша шамамен салмағы  70кг адам ағзасында тіршілік  металдарының  мөлшері төмендегідей болады: кальций-1700г, калий-250г, натрий-250г, магний-42г, темір-5г , мырыш-3г, мыс, марганец, молибден, кобальт - барлығы шамамен 0,1г. Ересек адамның денесінде 3 килограммға дейін минералды тұздар бар, бұл мөлшердің 5/6 бөлігі ұлпасына тиесілі. Кейбір макроэлементтер (магний, кальций) және көптеген  микроэлементтер ағзада биолиганд – аминқышқылдармен, ақуыздармен, нуклеин қышқылдармен, гормондармен, дәрумендермен және т.б.комплекс түрінде кездеседі. Мысалы, темір ионы комплекс түзуші ретінде – гемоглобин, кобальт-B12 дәруменінің, магний – хлорофилл құрамына кіреді.
      Химиялық элементтердің ағзадағы мөлшерінің өзгеруіне әр түрлі аурулар әсер етеді. Мысалы, рахитпен ауырғанда фосфорлы – кальцийлі алмасу бұзылады да ағзадағыкальцийдің мөлшері төмендейді. Нефритпен ауырғанда электролитті алмасудың бұзылуының әсерінен ағзадағы кальцийдің, натрийдің, хлордың  мөлшері азаяды да магний мен калий көбейеді. Ағзадағы макро- және микроэлементтердің мөлшерін гармондар реттеп отырады.  Макроэлементтер – ұлпаның құрылысын, осмос  қысымының тұрақтылығын, иондық және қышқыл  - негіздік құрамын реттеушілер .
     Микроэлементтер қан жасалу, тотығу – тотықсыздану, тамырлар мен ұлпалардың өтізгіштігіне белсенді әсер етушілер. Макро– және  микроэлементтер – кальций, фосфор, фтор, йод, алюминий және кремний, тіс ұлпаларының түзілуін қамтамасыз етушілер. Микроэлементтер ферменттер, гормондар, дәрумендер, биологиялық белсенді заттар құрамына комплекс түзушілер немесе активаторлар түрінде кіреді де зат алмасу, көбею, ұлпаның тыныс алу, улы заттарды залалсыздандыру үрдісіне қатысады. Кейбір элементтердің мөлшері адам ағзасында жасы ұлғайған сайын өзгеріп отырады. Мысалы, кадмийдің бүректегі және молибденнің бауырдағы мөлшері қартайғанда жоғарлайды. Жас ұлғайған сайын кейьір мырыш, ванадий және хром сияқты микроэлементтердің жетіспеушілігіне немесе артуына байланысты көптеген аурулар белгілі. Фтордың жетіспеушілігінен тіс жегісі, йодтың жетіспеушілігінен зоб, молибденнің артық мөлшерінен подагра пайда болады. Адам ағзасындағы биогенді элементтер концентрациясы өмір сүрудің тепе-теңдігін сақтайды.
    Микроэлементтердің адам ағзасындағы мөлшері және қатынасы жайындағы мәліметтерді сот – медициналық сараптама жасау істеріне пайдаланады. Мысалы, этил спиртінің қатынасында алкогольді улану жағдайында бауырда кальцийдің мөлшері көбейіп, натрий мен калий азаяды. Тағам құрамында темір, мыс, мырыш, йод, кальций, фосфор, магний және т.б.элементтері жетіспесе, адам денсаулығына үлкен зардап келуі мүмкін. Сонымен қатар, ағзаға биогенді элементтердің тек қана жетіспеушілігі емес, артық мөлшері де зиян, өйткені бұл кезде химиялық гомеостаз бұзылады. Мысалы, тағамда марганец артық мөлшерде болса, плазмада мыстың мөлшері көбейеді. Тағамда мырыш көбейсе темірі бар ферменттердің белсенділігі төмендейді. Сондықтан да тіршілікте маңызды болып саналатын минералды компоненттердің концентрациясы сәл ғана көбейсе олардың аз мөлшерінің өзі де улы болып табылады.
      Магний жүйке ұлпаларының жұмысын жақсартады, сүйек түзеуге түзуге қатысады. Адамға күніне шамамен 400мг магний керек. Қаңқаның мықтылығы оның құрамындағы элементтер фосфор мен кальцийдің мөлшеріне тығыз байланысты.
     Фосфордың мөлшері кальцийден бір жарым есе көп болуы керек. Ондай болмаған жағдайда тепе-теңдік мөлшерін белгілі бір деңгейде ұстап тұру үшін жеткіліксіз мөлшерін сүйектегі қордан алады. Бірақ Д витамині оның мөлшері барлық уақытта біркелкі болу керек. Фосфор нерв клеткаларының қызметі үшін де керек, сондай-ақ ол – күш – қуат көзі.
      Фтор, стронций адам тісінің мықты болуына әсер етеді. Адам ағзасында 250 – 300г NaCl болады, тамақпен 10-15 г күнделікті қайта толықтырылып отырады. NaCl –нің артық мөлшері ішкі ағзаларға (бауыр, бүйрек) әсер ететіндігі зерттелген.
       Микроэлементтердің ағза үшін физиологиялық маңызы өте жоғары.
       Мыс – денсаулыққа өте пайдалы микроэлементтердің бірі. Егер ағзада мыс жетіспесе, бауырда қорланған темір гемоглобинмен байланысқа түсе алмайды. Мыстың мөлшерінің аз немесе көптік шамасының көрсеткіші – адамның шашы. Мыстың мөлшері төмендеген кезде немесе жетіспеген жағдайда шаш ағарады. Мыс қанға оттектің өтуін қамтамасыз етеді. Соның нәтижесінде жасуша, ұлпалар оттекпен жақсы қамтамасыз етіледі. Мыс көптеген ферменттердің құрамына кіреді, ұлпалардағы тотығу реакциясын жылдамдатады.
       Темір элементінің рөлі денсаулық үшін өте зор. Егер темір жетіспесе, баршамызға белгілі анемия немесе қан аздық ауруы пайда болады. Бұл элементтің ағзадағы тәуіліктік мөлшері 11-30 мг. Адам қанында 3 г жуық темір бар. Оның мөлшері көрсетілген шамадан төмен болса, қанның қызыл клеткасының, яғни, гемоглобиннің түзілуі нашарлап, тыныс алу функциясы төмендейді. Темір ағзаға сырттан түседі, тамақтың құрамындағы темір ионы он екі елі ішектің жоғарғы бөлігінде қанға сіңеді.Темірдің ағзаға дұрыс сіңбеуі асқазандағы тұз қышқылының жетіспеуінен немесе  темірдің белокпен байланысының нашарлануынан болады.
Тұз қышқылының жетіспеуінен өзі бауыр  мен өт жолдарының дұрыс қызмет атқармауынан деуге болады, яғни, оларда әр түрлі тұздар тастар түрінде жиналады. Тастардың пайда болуы топырақ пен судың қоректің сапасына байланысты. Жоғарыда айтылған элементтердің тәуіліктік нормасын зерттеудің нәтижесінде мынадай қорытынды жасалады: ересек адамдар үшін микроэлементтердің тәуіліктік мөлшері: алюминий, бром, темір, марганец, мыс, молибден, никель, рубидий, фтор, мырыш.
Қоректік зат, оны пайдалану барлық тірі организмге тән қасиет. Қоректену нәтижесінде ағзада көптеген биологиялық, химиялық және физикалық үрдістер, яғни, көбею, өсу, даму, еңбек ету, т.б.жағдайлары болады. Адамның денсаулығы дұрыс болып қалыпты өмір сүру үшін ең қажеттісі – қоректік заттың мөлшері,сапасы, ағзаға ену мөлшері міндетті түрде тиісті деңгейде сақталуы керек. Әрбір қоректік заттың энергетикалық балансын сақтау ең басты шарт болып табылады. Қоректік заттың құрамындағы әр түрлі бөліктерінің мөлшері, сапасы (белоктер, майлар, көмірсулар, минералды заттар, макро және микроэлементтер, дәрумендер) саны белгілі ретпен бір –біріне тығыз байланыста болатындығы анықталған. 

S – элементтер

      S – элементтерге периодтық жүйеде ІА және ІІА топтары элементтері жатады. Сыртқы қабатының электрондық конфигурациясы сәйкесінше ns және ns. Сутек химиялық қатынаста тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та бола алады. Сілтілік және сілтілік жер металдары күшті тотықсыздандырғыш болып келеді. Сутектің маңызды қосылыстары сутек және сутек пероксиді болып табылады. Жануар және адам ағзаларында сілтілік металдар кальций және магний тек қана ион түрінде ғана болады. Бұл иондар гидролизге ұшырамайды, іс жүзінде комплексті қосылыстар түзбейді. Натрий және калийдің тұздарының көбісі суда жақсы ериді. Тірі ағза шарттарында тек қана натрий зәр қышқылымен аз еритін тұздар – ураттар түзеді. Кальций мен магний көптеген ерімейтін қосылыстар: оксалаттар, карбонаттар, фторидтер, фосфаттар түзеді. Кальций тұздары магний тұздарына қарағанда аз ериді.
     Тіршілік қызметінің барлық процестері су ертіндісіне жүретін айналымдармен тығыз байланысты. Су орта болып қана қоймайды, сонымен қатар ол химиялық процестерге активті қатысады. Тірі ағзалардың сусыз өмір сүруі мүмкін емес. Натрий, калий, магний және кальций хлормен бірге ағзаның электролиттік фонын құрайды; кейбір ферменттердің активаторлары болып табылады; кальций сүйек ұлпасының бейорганикалық заттарының құрамына кіреді, қанның ұю процесіне қатысады, бұлшық еттің жиырылуында маңызды роль атқарады. Медецина мен ветеринарияда s– элементтер кеңінен қолданылады: Н2О2
      – сутек пероксиді, жасушаларда олардың тіршілік қызметі кезінде түзіледі, оның артық мөлшері каталаза ферментімен айырылады. Бактерицидтік әсері бар, 3% ертіндісі дезинфекциялық зат ретінде шаю және жуу үшін қолданылады. NaCl – натрий хлориді ағза көп сұйықтығынан айырылғанда және дәрілерді сұйылту үшін физиологиялық (0,9%) ертінді ретінде пайдаланылады. KCl – калий хлориді скелет бұлшық еттерінің жиырылуын арттыру, жүрек қызметін жақсарту үшін қолданылады. NaBr6 KBr – тыныштандыратын зат ретінде; натрий және калий иодтері қалқанша без ауруларын емдеуге қолданылады. Калий перманганаты және тетребораты (бура) антисептиктер ретінде пайдаланылады.
       [3(*2Ca] – кальцийдің апатиті-гидроксиді сүйек ұлпасының басты минералбды компоненті болып табылады. Өт және зәр жолдарында тастың байлануы, қан тамырларында склеротиттік өзгерістердің болуы кальцийдің нашар еритін қосылыстарының түзілуімен байланысты. Кальций иондары кальция өзінің өлшемдері бойынша жақын стронций иондарымен алмасып кетуі мүмкін. Әсіресе стронцийдің  радиоактивті изотопы – стронций-90 өте қауіпті. Сүйекке түсіп, ол сүйек ұлпасын сәулелендіреді және канцерогенді активтілік көрсетеді. Магний оксиді – қышқылдық жоғары болғанда; кальций гидроксиді (сөндірілген ізбес) – санитарлық практикада қазылған шұңқырларды дезинфекциялау үшін; магний сульфаты Mg*7O –ішті айдайтын зат ретінде қолданылады; кальций сульфаты 2Ca*O - гипс, сынықты емдеу кезінде қолданылады; барий сульфаты рентгеноскопияда; кальций карбонаты – тіс пасталарын және ұнтақтарын дайындауда; кальций хлориді – тыныштандыратын және суық тигенге қарсы зат ретінде қолданылады.
      S – элементтер периодтық жүйенің ІА және ІІА топтарын құрып, сілтілік және сілтілік жер металдар деп аталады.
      Биологиялық ролі бойынша олар биогенді элементтер болып табылады.
      Органикалық заттардың жасушасы периодтық жүйедегі 6 элементтен тұрады – C, H, O, N, P, S – аминқышқылдарда оларды органогендер не макробиогенді деп атайды.
      7  элемент – Fe, Co, Mn, Na, K, Ca, Mg – биогенді деп аталады.
      Органикалық қосылыстарға аз мөлшерде Cu, Zn, Mo, Ni, V, Cl, Br, J, Li, Be, B, Si, F қажет, оларды микробиогенді деп атайды.
      99% ұлпа құрамында 4 элемент бар – H, C, O, N.
     Әр элемент органикалық қосылыста тірі ағзада өз ролін атқарады.
      Биогендік элементтердің өсімдік және жануар ағзаның тіршілігінде маңызды орын алады – олар фотосинтез процесіне қатысады (, ), клеткадағы қанттардың және крахмалдардың құрам деңгейін ұстап тұрады (), қан тамырларының қысым тұрақтылығын () және жүрек жұмысын интенсивтілігін (), саңырауқұлақ және батериалбді ауруларға қарсы тұру қабілетін () реттеуге қатысады.
     Бұл элементтерінің жетіспеушілігі өсімдіктердің және малдардың ауруына әкеледі.
     ІА топ элементтерінің атомдарының сыртқы энергитекалық деңгейінде 1 s– электроннан болады:
     ІІА топ элементтердің атомдарының сыртқы энергетикалық деңгейінде 2 s– электроннан болады:
     s– элемент атомдары бос күйінде, Н және Не газдарынан басқалаы, күшті тотықсыздандырғыштар болады. Оларда валенттілік электрондар тек s– электрондары ьолады. s– элементтердің атомдары тек электрондарының доноры болады және оң тотығу дәрежесіне ие:
      ІА топ элементтері үшін +1
      ІІА топ элементтері үшін +2

                                       Р – элементтер
      Р – элементтерге ІІІА – VІІІА топ элементтері жатады. Олардың ішінде металдар да болады. р – элементтерде сыртқы энергитекалық деңгейінің
р – деңгейшелері электрондармен толады. Сыртқы электрондық қабатының формуласы , мұнда m мәні 1 –ден  6–ға дейін, яғни р–деңгейлерінде  1– ден 6 дейін электрондар орналаса алады.
      ІІІА -
      IVA -
      VA -
      VIA -
      VIIA -

      Периодтық жүйеде 30 p – элементтер бар. Олар өздеріне сыртқы электрондық деңгейі бар топтарды құрайды.
      Көптеген p – элементтерге оң тотығу дәрежесі ғана емес, сонымен қатар теріс тотығу дәрежесі де тән (гидридтер, сульфидтер, нитридтер, оксидтер, силицидтер фосфидтер, галогенидтер). Жұп топ элементтері көбінесе жұп тотығу дәрежесін, ал тақ топ элементтеріне – тақ тотығу дәрежесін көрсетеді. Ең жоғары (максимал) тотығу дәрежесі элементтің орналасқан тобының нөміріне сәйкес келеді. Период бойынша солдан оңға қарай атомдардың радиусы кішірейеді, тотықтырғыштық қасиет артады, тотықсыздандырғыштық қасиет кемиді. Топтарда ретік нөмері өскен сайын тотықсызданғыштық қасиет артады.
      p – элементтердің көбісі нағыз бейметалдар болады және организмдердің тіршілігіне маңызды роль атқарып, жоғарыда айтқандай, Р, С, N, O және т.б.органогенді элементтер болып табылады.
      Азот ақуыздардың құрлымын құрайды. Азотсыз ақуыздар болуы мүмкін емес, ал ақуызсыз өмір болуы мүмкін емес.
      Фосфор фосфат – анионы түрінде нуклеин қышқылдардың құрамына кіреді. Ал нуклеин қышқылдарында бүкіл тұқымқуалаушылық қасиеттері жазылған.
      Күкірт өсімдік және жанурлар белоктарының құрамына кіреді, ал ет, балық, жұмыртқа шіру нәтижесінде түзілетін күкіртсутек белоктық қосылыстардың ыдырауы нәтижесінде бөлінеді.
      Оттектің биологиялық ролі бәріне белгілі, оттекпен барлық организмдердің тыныс алу, фотосинтез, тотығу – тотықсыздану процестері байланысты.

      ІІІА топ элементтері. Осы топ элементтері ішінде медициналық – биологиялық маңызы зор бор, алюминий және таллий. Бордың өсімдіктер үшін қажеттілігі бұрыннан белгілі. Ол көмірсулардың алмасуына, нуклеин қышқылдарының синтезіне әсер етеді. Адамдарда және жануарларда сүйектерде, тіс эмалінде болады және паратгормонның белсенділігін реттей отырып, кальций, магний мен фосфор алмасуына әсер етеді, Тамақпен бірге бордың көп мөлшері түсе, бороздалар пайда болуы мүмкін. Медицинада және ветеринарияда антисептік ретінде бор қышқылы және натрий тетрабораты (бура) сыртқы қолданылады.
     Алюминий –нағыз амфотерлік металл, оның оксидтері және гидроксидтері амфотерлік қасиет көрсетеді. Қосылыстардағы алюминийдің тотығу дәрежесі тұрақты (+3). Органикалық және де бейорганикалық лигандалармен тұрақты комплексті қосылыстар түзеді: [Al , [Al. Ағзаларда және ұлпаларда алюминий артық болса, алюминоз ауруы пайда болады. Алюминий ағза үшін нейротоксикалық әсері бар (энцефалопатия, Алцгеймер ауруы). Дәрі – дәрмек ретінде:  Al - гастрит және жара ауруында жараны тез бітейтін зат ретінде; O – ашудас, қан тоқтататын зат ретінде қолданылады.
      Талий – уытты элемент. Оның қосылыстары жеміргіштерді жою үшін пайдалынады. Медицинада таллий пластрі (таллий ацетаты бар) дәрілік депилляция (шаштарды құрту үшін) ретінде қолданылады.

            Ағзаға қажетті негізгі қоректік заттар