§ 50.3. Применение и биологическая роль металлов В-групп и их соединений
Биологическая роль металлов и их соединений
В отличие от элементов А-групп (C, H, O, N, P, K, Ca и др.) содержание металлов В-групп в живых организмах крайне невелико. Так, доля железа не превышает 10−2 %, а содержание Mn, Cu, Zn, Mo, V, Co, Ni, Cr составляет менее 10–3 %. Поэтому их называют микроэлементами. Тем не менее соединения металлов В-групп выполняют ряд биологических функций в организмах.
Микроэлементы входят в состав биологически активных соединений (ферментов, гормонов, витаминов), которые регулируют обменные процессы веществ и клеточную энергетику, тканевое дыхание и другие жизненно важные процессы.
Среди элементов В-групп имеются также опасные для здоровья металлы, такие как Cd, Hg и др. Их соединения токсичны. Соединения никеля вызывают аллергию.
Анализируя вопрос о том, необходимы для организма или, наоборот, опасны соединения металлов, следует иметь в виду, что физиологическое действие разных элементов зависит от их дозы. Поэтому при низкой концентрации соединение металла может действовать на организм как лекарство или выполнять жизненно нужные функции, тогда как при более высокой концентрации соединение этого же металла вызывает отравление.
Например, важность для жизни цинка заключается в активизации этим элементом работы более 50 ферментов. Необходимая суточная норма поступления его в организм человека составляет 12–15 мг. Однако доза в 150 мг станет ядом для человека.
Рассмотрим более подробно биологическое действие наиболее широко используемых переходных металлов.
Хром. В организме взрослого человека содержится около 5 мг в составе ферментов, которые ускоряют процессы обмена углеводов. При дефиците хрома повышается содержание в крови холестерина, сахара.
При высоком содержании соединения хрома проявляют канцерогенные свойства. В организме человека они вызывают генетические изменения в клетках.
Марганец. Этот металл содержится в количестве около 20 мг в организме человека в составе жизненно важных ферментов. Аналогичные ферменты имеются в организмах животных, в растениях. Соединения марганца применяются в качестве микроудобрений (чаще всего MnSО4 ∙ 5Н2О). Недостаток марганца в организмах животных приводит к ухудшению роста костей и понижению репродуктивной функции.
Разбавленные растворы (около 0,1 %) перманганата калия нашли широчайшее применение в медицине как антисептическое средство, для полоскания горла, промывания ран, обработки ожогов.
Медь. В организме человека содержится около 70–100 мг меди. Она активирует функцию ферментов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции. Недостаток меди вызывает слабость артерий, нарушение деятельности печени, анемию. Высокая концентрация меди может привести к отравлению, нарушению функции центральной нервной системы, поражению зубов и желудка.
Недостаток меди (содержание менее 2 мг/кг) негативно сказывается на продуктивности сельскохозяйственных растений. Этот факт обусловлен тем, что медьсодержащие белки и ферменты усиливают процесс связывания молекулярного азота атмосферы и усвоение азота почвы и удобрений. Поэтому в сельском хозяйстве применяют микроудобрения, содержащие соединения меди, чаще всего медный купорос. Однако при повышении содержания меди в верхнем слое почвы до 100 мг/кг почва становится токсичной для растений.
Ионы меди губительны для низших микроорганизмов, поэтому соединения этого металла входят в состав покрытий, которые наносят на корпуса судов для борьбы с биообрастанием (рис. 118.3).
Цинк. Цинк — важный микроэлемент для всех микроорганизмов, растений и животных. Его содержание в организме человека в 20 раз превышает содержание меди. Он функционирует более чем в 50 ферментах, которые оказывают влияние на углеводный, липидный и белковый обмен. Цинк необходим для полового созревания животных и человека.
Ежедневная рекомендуемая доза потребления цинка составляет 300 мкг/кг массы. Цинк содержится в говядине, свинине и баранине (20–40 мг/кг), морепродуктах (15–30 мг/кг), яйцах (15–20 мг/кг), фруктах, овощах, орехах.
Цинк относительно малотоксичен.