Біологічна роль d–елементів та їх сполук, медичне застосування.

Ферум (Fe). Йони Феруму (II) та Феруму (III) мають важливе значення для життєдіяльності організму людини. Вони необхідні для процесів кровотворення, нормальної діяльності багатьох ферментів, перенесення кисню від легень до тканин, а також електронів у ланцюзі дихання. Загальний вміст Феруму в організмі становить 4-5г, причому 60 – 70% загальної маси цього елемента міститься в еритроцитах та нервових клітинах. Йони Феруму, що містяться в біосистемах, поділяють не гемові й негемові. Ферум (II), що входить до складу порфіри нових комплексів – гемоглобіну, метгемоглобіну, цитохромів, називають гемовим, а в складі всіх інших біологічно активних сполук – феритину, лактоферину тощо – негемовим.

Йони Феруму (III) входять до складу і таких важливих ферментів, як каталаза та пероксидаза. Каталаза захищає клітини від токсичної дії гідрогенпероксиду, а пероксидаза каталізує процеси окиснення різних органічних субстратів гідроген пероксидом.

Враховуючи велике значення йонів Fe(II) і Fe(III) для організму людини, добова потреба в ньому становить 20 – 30 мг. Цей біоелемент в достатній кількості міститься в різноманітних продуктах харчування (хліб пшенічний, крупа гречана, шпинат, яйця). У разі нестачі в організмі сполук Феруму розвиваються різні захворювання крові, так звані ферумдефіцитні анемії, внаслідок яких зменшується як загальна кількість еритроцитів, так і вміст у них гемоглобіну. Для лікування цих захворювань у медицині використовують різні препарати, що містять Ферум – фероплекс, фероплект, фероцерон та інші. У разі хронічної інтоксикації сполуками Феруму виникає хврорба під назвою «сидероз».

Купрум (Cu). Відомо більше 30 різних білків і ферментів, у складі яких виявлено йони Купруму (I) або Купруму (II), які, подібно до Феруму, виконують функцію перенесення кисню та електронів в окисно-відновних процессах.

У незначних кількостях Купрум міститься у клітинах майже всіх органів людини, проте переважно концентрується в печінці та головному мозку. Рівень цього мікроелемента змінюється при інфекційних захворюваннях мозку (зокрема енцефаліті, шизофренії та епілепсії). Тому сполуки Купруму використовують для зниження збудження ЦНС при психічних захворюваннях. Загальна потреба дорослої людини в цьому біоелементі становить 2-3 мг на добу. Вміст Купруму поповнюється за рахунок харчових продуктів, особливо круп, гороху, хліба, грибів, журавлини, м’яса та ін. При надлишку Купруму в організмі він нагромаджується в тканинах і викликає токсикоз (хворобу Вільямса).

Цинк (Zn) – один з найпоширеніших мікроелементів організму, оскільки займає друге місце після Феруму. За своїми фізико-хімічними характеристиками Цинк значно відрізняється від перехідних біметалів, оскільки в сполуках виявляє сталий ступінь окиснення +2 і характеризується високою здатністю до координації з амінними та сульфгідрильними групами, що й реалізується в біосистемах під час утворення металоферментів. Цинк входить до складу активних центрів понад 40 різних ферментів.

Цинк відіграє важливу роль у функціонуванні клітин головного мозку, тому його використовують для лікування психічних захворювань. Оскільки він сприяє загоєнню ран, то цинкові мазі здавна використовуються у дерматології. Біологічна роль Цинку значною мірою пов’язана з функціонуванням залоз внутрішньої секреції, в яких він концентрується. Вважають, що передміхурова залоза добре функціонує при достатній кількості Цинку в організмі. Крім того, йони Цинку істотно впливають на здатність інсуліну знижувати рівень глюкози в крові.

Здатність Цинку підвищувати загальний енергетичний рівень біохімічних процесів та посилювати захисні реакції організму відкриває перспективи застосування його як стимулятора багатьох фізіологічних процесів.

Манган (Mn) – важливий мікроелемент для життєдіяльності організму. Він міститься в організмі у вигляді катіонів (Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺), які в окисно-відновних реакціях переходять від одного ступеня окиснення до іншого. Йони Мангану необхідні для росту, утворення кісток, збереження репродуктивної функції організму, метаболізму глюкози та ліпідів, а також активування деяких ферментів. Переважно входить до складу ферментних систем, які прискорюють окисно-відновні реакції внутрішньоклітинного обміну речовин. Отже, ферменти, що містять Манган, каталізують складні процеси клітинного дихання, посилюють обмін вуглеводів, жирів, сприяють синтезу вітаміну С та обміну вітамінів групи В та Е. В організмі людини міститься приблизно 20 мг Мангану, причому в кістках – 43%, а решта – в тканинах і мозку. Він входить до складу продуктів харчування – крупи, борошно, малина, смородина, журавлина, капуста, горіх та ін..

При дефіциті цього мікроелемента порушується фосфорно-кальцієвий обмін, що призводить до виникнення рахіту, як і при нестачі в організмі вітаміну D. Манган прискорює процес утворення антитіл, які знешкоджують чужі для організму білки (віруси, бактерії), посилює синтез гормонів щитоподібної залози, позитивно впливає на засвоєння йоду. Враховуючи багатогранну фізіологічну дію Мангану, його сполуки використовують у медичній практиці при невритах (у комплексі з полівітамінами) і в разі захворювання кровотворних органів (разом зі сполуками Кобальту та Купруму). Завдяки протимікробним властивостям калій перманганату KMnO₄ його використовують у вигляді розбавлених розчинів як антисептичний засіб для промивання ран, а також в разі отруєння шлунку.

Кобальт (Со). В організмі людини міститься дуже мало Кобальту (всього 1, 2 мг), але його біологічна роль достатньо вивчена. Як незамінний мікроелемент він входить до складу металопротеїнів, які знаходяться в тканинах внутрішніх органів: печінки, нирок, підшлункової залози, а також в еритроцитах крові. Його біологічна роль пов’язана з функціонуванням деяких ферментів і гормонів, зокрема, Кобальт бере участь у синтезі гормонів щитоподібної залози, активує ферменти. Кобальт (II) – іон утворює складний халатний комплекс, який називається вітамін В₁₂. Ця сполука є протианемічним засобом, оскільки впливає на утворення еритроцитів та синтез гемоглобіну в крові. Під впливом Кобальту посилюється всмоктування Феруму з кишок і використання його в процесах утворення гемоглобіну.

Молібден (Мо) є одним із важких металів, виявлених в організмі людини. Основна біологічна функція, яку виконує цей мікроелемент, полягає у зв’язуванні неорганічного азоту. Зв’язаний азот використовується в процесах біосинтезу білків, нуклеїнових кислот, ферментів та інших нітрогеновмісних органічних сполук. Дуже важливим чинником є баланс Молібдену в організмі. У мікродозах його сполуки впливають на імунний захист організму. При підвищенні рівня Молібдену розвивається подагра, яка зв’язана з утворенням і відкладенням сечової кислоти в тканинах, що призводить до деформування суглобів.

Хром (Cr). Цей біоелемент, що за вмістом в організмі належить до мікроелементів, відіграє важливу роль у функціонуванні біосистем. Він впливає на обмін вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот, активує дію інсуліну, входить до складу ферментів. Доведено, що вміст Хрому у крові знижується при старінні або виснаженні організму. Поліпшуючи загальний обмін речовин, його сполуки сповільнюють процес старіння організму. У медичній практиці для лікування діабету використовують препарати Хрому, які додають до комплексних препаратів з мікроелементами та полівітамінами. Багаті на Хром такі продукти харчування, як чай, шпинат, оселедці, вівсяна крупа, печінка, яловичина. Надлишок цього елемента в організмі викликає пошкодження легеневої тканини та розвиток злоякісних пухлин.

2. Роль комплексних сполук у біохімічних процесах дуже велика, адже переважна більшість хімічних елементів міститься в органах і тканинах у вигляді комплексів з різними біомолекулами. До комплексних сполук відносяться електроліти, до складу яких входить комплексний йон. Комплексні сполуки утворюються сполученням середніх солей в більш складні системи. Такі реакції називаються реакціями комплексоутворення Fe(CN)₂ + 4KCN → K₄[Fe(CN)₆] Комплексна сіль K₄[Fe(CN)₆] дисоціює у водному розчині на катіон калію та комплексний аніон: K₄[Fe(CN)₆] ↔ 4K⁺ + [Fe(CN)₆]^4- Комплексні іони можуть бути як позитивно зарядженими (катіонами), так і негативно (аніонами).

Згідно теорії А.Вернера, комплексний йон складається з центрального йона або комплексоутворювача, и зв’язаних з ним йонів або молекул, які називаються адендами або лігандами.

Комплексоутворювачем майже завжди є катіон металу, а лігандами найчастіше молекули NH₃, H₂O та аніони CN^-, NO₂^-, OH^- та інші. Число лігандів, що утримуються комплексоутворювачем, називається координаційним числом. Комплексоутворювач разом з лігандами утворює внутрішню сферу комплекса (комплексний йон), заключається в квадратні скобки. Йони, що входять до складу комплексної солі і утримуються комплексним йоном – зовнішня сфера комплексу.

Номенклатура. Комплексні (координаційні) сполуки називають за систематичною номенклатурою за певними правилами.

Велике значення в мають так звані внутрішньокомплексні сполуки, або хелати, в яких йон металу сполучений з органічними сполуками. Структура цих сполук циклічна. Наприклад, халатні комплекси утворюються в разі взаємодії йонів металів з амінокарбоновими кислотами, а також з порфіриновим і кориновим циклами. Такі сполуки, наприклад, гемоглобін, хлорофіл, вітамін В₁₂, мають велике біологічне значення.