Chemia organiczna pierwiastki

Pierwiastki biogenne

występują w każdym organizmie żywym, pełniąc wyjściową rolę do przemiany materii, prawidłowego rozwoju i budowy tegoż organizmu. Są to: węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, siarka. Zaliczane są do makroelementów.

Składnikami mineralnymi

nazywa się te pierwiastki, które pozostają po spaleniu tkanek w postaci popiołu. Stanowią około 4% masy ciała dorosłego człowieka. Dzieli się je na dwie zasadnicze grupy: makro i mikroelementy

Makroelementy

ich zawartość w organizmie człowieka jest większa niż 0,01%, a zapotrzebowanie dzienne przekracza 100mg/osobę. Są to: wapń, fosfor, magnez, potas, sód, chlor, siarka

Mikroelementy (pierwiastki śladowe)

ich zawartość w organizmie człowieka jest mniejsza niż 0,01%, a zapotrzebowanie dzienne nie przekracza 100mg/osobę. Są to: żelazo, cynk, miedź, mangan, molibden, fluor, jod, selen i bor.

pierwiastki niezbędne dla organizmu człowieka

makro: H, Na, Mg, K, Ca, C, N, O, P, S, Cl
mikro: Mn, Mo, Fe, Co, Cu, Zn, B, F, Se, I
przypuszczalnie niezbędne mikro: V, Cr, Ni, Si, As, Br, Sn

procent masowy pierwiastków w organizmie człowieka

tlen 65%
węgiel 18%
wodór 10%
azot 3%
pozostałe:
Wapń: 1.5% Fosfor: 1% Potas: 0.4% Siarka: 0.3% Sód: 0.2% Chlor: 0.2% Magnez: 0.1% Reszta: <1%

związki (nie pierwiastki) niezbędne dla człowieka

woda 62-66%
zw. nieorg. 5%
węglowodany 0,3%
lipidy 13%
białka 15%
kwasy nukleinoweinowe

stężenie Na+ w osoczu, płynie tkankowym, płynie wewnątrzkomórkowym

osocze: 140 mmol/l płyn tkankowy 140 mmol/l płyn wewnątrzkomórkowy 10 mmol/l

stężenie K+ w osoczu, płynie tkankowym, płynie wewnątrzkomórkowym

osocze: 4 mmol/l płyn tkankowy 4 mmol/l
płyn wewnątrzkomórkowy 150 mmol/l

stężenie Cl- w osoczu, płynie tkankowym, płynie wewnątrzkomórkowym

osocze 100 mmol/l
płyn tkankowy 114 mmol/l
płyn wewnątrzkomórkowy 0-3 mmol/l

sumaryczne stężenie anionów i kationów w osoczu, płynie tkankowym, płynie wewnątrzkomórkowym

kationy:
w osoczu 146
płynie tkankowym 149
płynie wewnątrzkomórkowym 180
aniony:
w osoczu 151
płynie tkankowym 153,5
płynie wewnątrzkomórkowym 200

Rola pierwiastków w organizmie człowieka

1) działanie regulacyjne- np. Mg2+ przemiana węglowodanów, Na+ i K+ regulacja gospodarki wodnej
2) rola budulcowa- np. Ca2+ — budulec kości; C, H, N, O — tworzą białka
3) reakcje enzymatyczne- np. Mn — aktywator enzymów metabolizmu glukozy, syntezy glikogenu i mocznika
4) przeniesienie ładunku- Fe — przenoszenie elektronów przez cytochromy; K+ , Na+ , Cl- — polaryzacja błon komórkowych
5) przeniesienie tlenu- Fe — składnik hemoglobiny, mioglobiny

WĘGIEL

— budulec organizmu; długie łańcuchy, stanowiące szkielet związków organicznych

TLEN

budulec organizmu; w postaci cząsteczkowej wydzielany jest podczas fotosyntezy; w oddychaniu tlenowym ostatni akceptor elektronów łańcucha oddechowego

WODÓR —

budulec organizmu; ważne procesy życiowe, takie jak fotosynteza, oddychanie

AZOT

zasady azotowe będące składnikami kwasów nukleinowych i układu przenośników energii typu ATP/ADP, białka, witaminy

SIARKA

budulec organizmu; wchodzi w skład aminokwasów (cysteina, metionina)

FOSFOR

składnik budulcowy kości i zębów, ATP i kwasów nukleinowych

SÓD

jeden z najważniejszych pierwiastków płynu pozakomórkowego, zapewnia prawidłową czynność mięśni i nerwów, bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej, ciśnienia osmotycznego.

POTAS

jeden z najważniejszych składników płynów wewnątrz i zewnątrzkomórkowych. Bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej, ciśnienia osmotycznego, w utrzymaniu równowagi organizmu, prawidłowego rytmu serca

Pompa sodowo-potasowa (ATP-aza Na+/K+)

jest enzymem białkowym uczestniczący w aktywnym transporcie kationów sodu i potasu. Ich transport wbrew gradientowi stężenia ma podstawowe znaczenie dla komórek zwierzęcych, utrzymując potencjał błonowy niezbędny do pobudzenia nerwów i mięśni a także utrzymania odpowiedniej objętość komórki. Dodatkowo potencjał błonowy wykorzystywany jest do transportu aktywnego cukrów oraz aminokwasów. Siłą napędową tego enzymu jest hydroliza ATP.

WAPŃ

99%znajduje się w układzie kostnym i zębach, 1%we krwi, płynach międzykomórkowych i wewnątrz komórek. Utrzymuje prawidłową czynność układu sercowo – naczyniowego wpływa na gospodarkę hormonalną, krzepnięcie krwi, utrzymanie właściwego napięcia i pobudliwości mięśni szkieletowych oraz mięśnia sercowego. Bierze udział w metabolizmie żelaza, uczestniczy w przekazywaniu impulsów w obrębie układu nerwowego. Jest przekaźnikiem sygnału II-rzędu.

MAGNEZ

aktywuje ponad 300 enzymów, wiążąc się z nukleotydami bierze udział w replikacji DNA, syntezie RNA, biosyntezie białek, budowie białek strukturowych, funkcyjnych, bierze udział w przemianach energetycznych wiążąc się z ATP, wpływa na względną przepuszczalność błony komórkowej wiążąc się z fosfolipidami, bierze udział w odbudowie potencjału membranowego w pobudzonych komórkach, utrzymuje pobudliwość neuromięśniową. Magnez wykazuje antagonistyczne działanie w stosunku do wapnia („endogenny antagonista wapnia”) przez co regulują przewodnictwo nerwowe, tłumi pobudliwość nerwowo-mięśniową, wykazuje działanie kardioprotekcyjne, stabilizuje aktywność płytek krwi. Wspiera funkcjonowanie układu nerwowego- niedobory magnezu prowadzą do depresji, stanów lękowych, apatii, dezorientacji.

ŻELAZO

— porfirynowe związki żelaza (grupy hemowe) są istotnymi składnikami hemoglobiny spełniającymi rolę przenośników tlenu we krwi; transport elektronów w łańcuchu oddechowym (centra żelazowo-siarkowe)

MIEDŹ

składnik wielu metaloenzymów biorących udział w reakcjach oksydoredukcyjnych;

CYNK

kofaktor enzymów proteolitycznych (metaloproteinazy) oraz anhydrazy węglanowej, dysmutazy ponadtlenkowej, dehydrogenazy alkoholowej. W połączeniu z insuliną przedłuża jej działanie, stymuluje aktywność wit. A magazynowanej w wątrobie

MANGAN

aktywator enzymów regulujących metabolizm glukozy i innych węglowodanów

MOLIBDEN

składnik enzymów biorących udział w procesach wiązania azotu i redukcji azotanów, składnik oksydaz m.in. oksydaza ksantynowa.

Labilna pula żelaza

Głównym nośnikiem Fe jest hemoglobina (67% ogólnej ilości w organizmie).
W komórkach żelazo związane jest z białkiem ferrytyną (27% ogólnej ilości) Fe3+ a
w krwioobiegu jony transportowane są poprzez transferynę.
Jony żelaza w postaci niezwiązanej z białkami są toksyczne dla organizmu w wyniku ich wysokiego potencjału oksydoredukcyjnego. W obecności tlenu generują rodnik hydroksylowy (poprzez reakcję Fentona), będący jedną z najbardziej reaktywnych chemicznie cząsteczek w przyrodzie, co przyczynia się do nasilenia stresu oksydacyjnego w komórkach.
Labilna pula żelaza jest stałą frakcją żelaza we wszystkich komórkach, w której jony Fe2+ i Fe3+ związane są w formie chelatów z różnymi niskocząsteczkowymi ligandami, które wykazują niskie powinowactwo do jonów żelaza. Powoduje to że labilna pula żelaza stanowi główne źródło Fe w reakcji Fentona.

Reakcja Fentona

SELEN

składnik peroksydazy glutationowej (która zawiera resztę aminokwasową selenocysteinę), chroni przed utlenianiem lipidów błon komórkowych, współdziała z wit. E (tokoferolem), jest najważniejszym naturalnym antyutleniaczem przerywającym reakcje łańcuchowe generujące wolne rodniki.

JOD

składnik hormonów tarczycy: tyroksyny i trójjodotyroniny

bor

kumuluje się w kościach, współdziała z wapniem, zwiększa odporność kości na resorpcję

KADM

toksyczne działanie kadmu polega na zaburzeniu czynności nerek, chorobie nadciśnieniowej, zmianach nowotworowych (zwłaszcza gruczołu krokowego i nerek), zaburzeniach metabolizmu wapnia (deformacja szkieletu), zaburzeniach funkcji rozrodczych

RTĘĆ

akumuluje się w mózgu; zatrucie rtęcią powoduje: zaburzenia widzenia i świadomości, stany dezorientacji i zagubienia, nagminne zapominanie, nerwowość; pierwiastek silnie toksyczny, powoduje uszkodzenie nerek, nadciśnienie, deformację kości, zmiany nowotworowe

OŁÓW

akumuluje się w kościach, skąd może przechodzić do krwi; powoduje nadpobudliwość psychoruchową i agresję

Fluor- za i przeciw

Fluor służy zębom – czyni szkliwo odporniejszym na kwaśne środowisko jamy ustnej, sprawia też, że mikroorganizmy mnożące się w kamieniu nazębnym wydzielają mniej kwasów, a więc jama ustna jest "przyjaźniejsza" dla szkliwa. Fluor ułatwia też remineralizację zębów zmniejszając zagrożenie próchnicą.

Według opinii niektórych specjalistów fluor wypiera wapń z kości i zajmuje jego miejsce w strukturze kostnej. A tak zmieniona chemicznie nowa tkanka kostna, czy zębowa ma dużo gorsze parametry i w konsekwencji zamiast planowanego spadku liczby przypadków próchnicy, powoduje raczej niebezpieczną ucieczkę wapnia z organizmu, czyli wczesną osteoporozę. Fluor w dużych ilościach może niekorzystnie wpływać na nasze zdrowie fizyczne i psychiczne, doprowadzając do zatrucia – fluorozy. Wpływ nadmiaru fluoru na organizm: kumulując się w kościach, może blokować wchłanianie magnezu przez organizm, zwiększać ryzyko wystąpienia nowotworów: mózgu, układu kostnego i jelita grubego, powodować alergię i zmiany czynności tarczycy, prowadzić do kłótliwości i nadmiernego rozdrażnienia, wpływać niekorzystnie na układ nerwowy, uszkadzać układ odpornościowy, być przyczyną chorób twardzenia, powodować toczeń, zapalenie stawów

CYNK

w leczeniu trudno gojących się ran i przewlekłych stanów zapalnych skóry (stosowanie miejscowe), łamliwość włosów, zaburzeniu odporności. Stosowany w postaci siarczanu cynku (ZnSO4).

LIT

w leczeniu choroby afektywnej dwubiegunowej, przyjmowany doustnie w postaci węglanu litu. Dokładny mechanizm farmakologicznego działania jest złożony i obejmuje inhibicje wielu enzymów. Wykazuje względnie selektywne działanie w mózgu i nerkach. Charakteryzuje się wąskim oknem terapeutycznym (niewielka różnica pomiędzy dawką terapeutyczną a dawką toksyczną).

MAGNEZ

siarczan magnezu (MgSO4) (tzw. sól gorzka) jako osmotyczny środek przeczyszczający, trójkrzemian magnezu i wodorotlenek magnezu jako środki zobojętniające sok żołądkowy.

ŻELAZO

w leczeniu anemii, zwykle podawane doustnie jako siarczan żelaza(II) (FeSO4). W przypadku podawania pozajelitowego (złe wchłanianie u pacjenta, stan zapalny w obrębie układu pokarmowego) podaje się dekstran żelaza lub połączenie sacharozy z żelazem.

ZWIĄZKI PLATYNY

kompleksy platyny (cis-platyna, oksaliplatyna, karboplatyna) w terapii przeciwnowotworowej (rak płuc, rak jelita grubego, rak wątroby, rak szyjki macicy, rak pęcherza moczowego, rak trzustki). Ich działanie polega na utworzeniu krzyżowych wiązań między sąsiadującymi nićmi DNA oraz w obrębie tej samej nici. Tworzenie tych poprzecznych wiązań uniemożliwia replikację DNA i podział komórki co prowadzi do programowanej śmierci komórki