Slajd 1

Makropierwiastki



stanowią ok. 99,4% masy ciała



należą do nich tlen, węgiel, wodór, azot, wapń, sód,

potas, chlor, siarka i magnez



tlen, węgiel i wodór – dostarczane są w diecie,

związane w białkach, tłuszczach i węglowodanach



zapotrzebowanie na pozostałe makropierwiastki

wynosi więcej niż 100 mg w ciągu doby

Mikropierwiastki



występują w niewielkich stężeniach (g/g, ng/g tkanki)



zapotrzebowanie na mikropierwiastki wynosi mniej

niż 100 mg w ciągu doby

Mikropierwiastki



pierwiastki istotne (niezbędne):

żelazo, cynk, miedź,

jod, mangan, molibden, kobalt, selen, chrom, fluor



przypuszczalnie istotne

: nikiel, cyna, wanad, krzem



nieistotne

: glin, bor, german, kadm, aresen,

antymon, bizmut, ołów, rtęć, rubid, srebro, tytan

Pierwiastki śladowe

– niezbędne dla organizmu,

niedobór spowodowany niedostatecznym dostarczaniem

z dietą, prowadzi do zaburzeń funkcjonowania organizmu;

podawanie pierwiastków w dawce fizjologicznej

zapobiega im lub je usuwa

Mikropierwiastki

Istotne pierwiastki mogą wchodzić w skład:

–

enzymów –



Cu – dysmutaza ponadtlenkowa, oksydazy

aminowe



Zn – anhydraza węglanowa



Mn – arginaza, glikozylotransferaza



Se – peroksydaza glutationowa

–

hormonów

- I - trijodotyronina

–

witaminy B12

- kobalt

–

metaloprotein



Fe w hemoglobinie i mioglobinie



Cu w ceruloplazminie

Specyficzność działania

pierwiastków śladowych

Działanie pierwiastków śladowych

in vivo

jest całkowicie

specyficzne.

Niedobór pierwiastka może być usunięty tylko przez ten sam

pierwiastek.

Specyficzność wynika z właściwości:

wartościowość,

potencjał redox,

promień jonowy,

liczba koordynacyjna,

geometria koordynacji

powinowactwo do ligandu

W warunkach

in vitro

specyficzność ta jest zdecydowanie

mniejsza.

Wchłanianie i przenoszenie

pierwiastków śladowych w

ustroju

Wchłanianie pierwiastków odbywa się z udziałem

specyficznych białek transportowych



albuminy

– Cr, Cu, Mn, Se, Zn



globuliny

–

transkobalamina – Co

–

transferyna – Cr, Fe, Mn

–

ceruloplazmina – Cu



-makroglobulina – Mn, Zn



aminokwasy

– Cu, Se

Wchłanianie i przenoszenie

pierwiastków śladowych w

ustroju

Wchłanianie w przewodzie pokarmowym zależy od:



związków chelatujących -

fitany, szczawiany



białka



włóknika



tłuszczy

Wydalanie pierwiastków



mocz –

Co (++), Cr (++), Mo (+), Se (+), Zn (+)



żółć –

Cu (++), Mn (++), Mo (+), Se (+), Zn (++)



sok trzustkowy –

Zn (++)



pot

– Zn (+)



martwe komórki śluzowe -

Fe (+)

Funkcje jonów metali

w organizmach żywych -

katalityczna

Metaloenzymy

–

określona ilość jonów metalu

silnie

związanych z

apoenzymem



jon metalu nie zmienia stopnia utlenienia w czasie katalizowanej

reakcji

, Mn

, Ni

, Mg

, Cu

- w reakcjach hydrolizy,

dekarboksylacji, transaminacji



jon metalu ulega procesom redox

+/2+

i Fe

+2/+3

- w cytochromach

Enzymy aktywowane przez jony metali

–

wiązanie między jonem metalu a apoenzymem jest

słabe

Funkcje jonów metali

w organizmach żywych

Strukturalna –

jony wapnia

hydroksyapatyt:

(PO

)

(OH)

[ 3 Ca

(PO

)

Ca(OH)

]

Przekazywanie sygnałów

hormonalnych

jony wapnia

: śródkomórkowy przekaźnik w mechanizmie

działania hormonów, np. wazopresyny

jod stanowi

integralną część trijodotyroniny i tyroksyny

(hormonów tarczycy)

Funkcje jonów metali

w organizmach żywych

Udział w obronie antyoksydacyjnej



dysmutaza ponadtlenkowa



katalaza



peroksydaza glutationowa

Udział w strukturze leków



cis-platyna



tiojabłczan złota

Grupa 1 - litowce

Litowce: lit(Li), sód(Na), potas(K), rubid(Rb), cez(Cs),

frans(Fr)

Mają jeden elektron walencyjny zajmujący w stanie podstawowym

orbital ns

(dla litu n=2, dla sodu n=3, itd.), który jest łatwo

oddawany przez pierwiastki a atomy przechodzą w jony

jednododatnie. Wszystkie litowce są metalami. Niskie potencjały

jonizacyjne litowców powodują iż metale te są silnymi reduktorami.

Występowanie

Sód i potas są dość powszechnymi składnikami

litosfery (po ok. 2,5%); występują w postaci związków najczęściej

jako chlorki, siarczany, węglany, itd.

Właściwości chemiczne

Litowce, jak również ich tlenki, łatwo reagują z wodą tworząc

mocne zasady (NaOH i KOH).

Podczas spalania litowców w powietrzu lub tlenie tworzą tlenki, a

także nadtlenki i ponadtlenki.

Litowce reagują bezpośrednio z fosforem, arsenem i antymonem,

tworząc związki typu Me

Rola:

NaOH i KOH (chemia), NaCl i NaHCO

(przemysł spożywczy i farmacja),

NaNO

i KNO

(do prod. nawozów).

Lit (Li)

Lit występuje we wszystkich tkankach . Lit podlega koncentracji w emalii

zębów i przypuszczalnie zapobiega próchnicy. Nagromadza się on też w

nerkch i trzustce oraz w innych organach miąższowych, a jego stężenie w

surowicy jest wskaźnikiem niedoboru.

Własności

Sole litu są stosowane w leczeniu depresji. W czasie leczenia należy utrzymać

stężenie litu we krwi w terapeutycznych granicach 0,6 -1,5 mmol/l. Stężenie

toksyczne wynosi ponad 2 mmol/l.

Działanie toksyczne

Objawy toksyczne mogą dotyczyć wielu narządów: układu nerwowego -

drżenie mięśni, zmiany w EEG, nerwu wzrokowego, niezborność, zawroty

głowy, układu pokarmowego - nudności, wymioty, biegunka, obrzęk

ślinianek, bóle brzucha, śliniotok, wzdęcia brzucha) układu moczowego -

cukromocz, białkomocz, skóry - trądzik, suchość, wypadanie włosów,

owrzodzenia, obrzęki), układu endokrynnego - nadczynność gruczołów

przytarczycznych, impotencja), układu krwiotwórczego - zwiększona

leukocytoza.

Potas



Główny kation płynu śródkomórkowego



Udział w czynności nerwów, mięśni i ATP-azy



Metabolizm – regulowany przez aldosteron



Wchłanianie wymaga białek transportowych



Transport i magazynowanie składników

mineralnych wymaga swoistych białek.



Wydalany jest z kałem (nie wchłonięte składniki

pokarmowe), moczem, potem lub żółcią.

Potas (K)

Sód i potas sterują całą gospodarką elektrolitów i mają wpływ

na równowagę kwasowo-zasadową organizmu, odgrywają

główną rolę przy przewodzeniu bodźców we wszystkich

komórkach nerwowych. Potas bierze udział w regulacji

czynności serca i funkcji nerek.

Własności

Potas jest jonem wewnątrzkomórkowym, wpływającym na

prawidłowe utrzymanie gospodarki wodno-elektrolitowej

organizmu. Jest niezbędny do syntezy białek, bierze także

udział w metabolizmie węglowodanów. Wpływa na prawidłowe

funkcjonowanie układu nerwowego i mięśniowego. Ogrywa

zasadniczą rolę przy aktywności mięśnia sercowego.

Wewnątrzkomórkowe stężenie potasu spełnia wiele

metabolicznie ważnych funkcji, łącznie z biosyntezą białek.

Potas i sód odgrywają główna rolę przy przewodzeniu bodźców

we wszystkich komórkach nerwowych. Od potasu zależy:

dotlenienie mózgu, działanie mięśni, funkcjonowanie i

zaopatrzenie komórek, funkcjonowanie nerek, gospodarka

wodna organizmu, prawidłowa czynność serca, przemiana

węglowodanowa. Potas jest wyjątkowo ważny przy skurczach

włókien mięśniowych, syntezie białek, glikogenu oraz

przemianach glukozy.

Grupa 2 - berylowce

Berylowce: beryl (Be), magnez (Mg), wapń (Ca), stront (Sr),

bar (Ba), rad (Ra)

W stanie podstawowym wykazują konfigurację elektronów

walencyjnych ns

. Z powodu mniejszych promieni od litowców,

berylowce posiadają nieco większą gęstość, twardość, mniejszą

lotność i wyższe potencjały jonizacyjne

Występowanie:

Metale 2 grupy spotykane są w przyrodzie praktycznie wyłącznie w

związkach na drugim stopniu utlenienia, głównie jako dwudodatnie

jony.

Właściwości chemiczne:

Spalone w powietrzu lub w tlenie tworzą odpowiednie tlenki. Wapń,

stront i bar reagują już z zimną wodą, wydzielając z niej wodór.

Berylowce z wyjątkiem berylu, ogrzewane z węglem tworzą węgliki

MeC

. Najbardziej znanym jest CaC

(karbid), z którego otrzymuje

się acetylen.

Rola:

Ca – w budownictwie,

Be, Mg – do produkcji stopów,

Mg jest składnikiem chlorofilu.

Występowanie

Magnez jest jednym z najpospolitszych pierwiastków, występuje w skorupie ziemskiej w
ilości 2,74% pod postacią minerałów: dolomitu, magnezytu, kizerytu,

. W wodzie morskiej występuje w ilości około 1200 ppm, w

postaci roztworu soli Mg2+.
Produkty spożywcze, będące najlepszymi źródłami magnezu (w 100g produktu):
pestki

dyni

- 520 mg

kakao

gorzkie - 420 mg

koper

- 377 mg

natka

- 291 mg

- 257 mg

- 250 mg

- 218 mg

orzechy - 130-190 mg

fasola

biała - 169 mg

jabłka

ze skórką - 104 mg

czekolada

Magnez (Mg)

Potrzebny do syntezy białek, odgrywa bardzo ważną rolę przy skurczach

mięśni, chroni naczynia włosowate mięśni przed zniszczeniem, bierze udział

w syntezie znacznej ilości enzymów, odgrywa kluczową rolę w

biochemicznych przemianach energetycznych cukru we krwi.

Własności

Magnez bierze udział w różnych procesach metabolicznych. Odgrywa ważną

rolę w procesie skurczu mięśni (w tym mięśnia sercowego), - utrzymuje

normalny rytm serca. wpływa na pobudliwość nerwowo-mięśniową

(antagonista wapnia). Wpływa także korzystnie na proces krzepnięcia krwi -

jest stabilizatorem płytek krwi i fibrynogenu. Stymuluje mechanizmy obronne

organizmu, wpływa na prawidłowy rozwój układu kostnego, a także wywiera

działanie uspokajające. Magnez jest makroelementem niezbędnym do

prawidłowego funkcjonowania komórek; Witamina B6 (pirydoksyna) zwiększa

syntezę GABA, który pełni funkcję neuroprzekaźnika w organizmie, ale

ułatwia wchłanianie magnezu z przewodu pokarmowego. Dzięki

synergicznemu działaniu obu składników preparat usuwa stany niepokoju o

podłożu psychicznym lub somatycznym, nie upośledzając zdolności uczenia

się i koncentracji. Zapobiega także stresom, bólom i zawrotom głowy. Magnez

jest konieczny dla właściwego metabolizmu wapnia i witaminy C Magnez

wywiera wpływ na metabolizm sodu, potasu, i wapnia. Magnez potrzebny jest

do syntezy białek, chroni naczynia włosowate mięśni przed uszkodzeniem,

bierze udział w syntezie znacznej ilości enzymów, odgrywa kluczową rolę w

biochemicznych przemianach energetycznych cukru we krwi. Wymienione

procesy podlegają zaburzeniom przy niedoborze magnezu, który jest

przyczyna także innych dysfunkcji metabolicznych w organizmie, głównie w

komórkach mięśni gładkich i mięśnia sercowego. Magnez spełnia rolę w

profilaktyce i terapii różnych chorób oraz zapobiega nadpobudliwości

nerwowej, depresji i wegetatywnej dystonii.

Brak

Niedobór magnezu objawia się wzmożonym napięciem

mięśniowym, drżeniem mięśniowym, skurczami mięśni, w

skrajnych przypadkach osłabieniem, nudnościami i wymiotami,

napadami tężyczki, zaburzeniami rytmu serca, zmianami

psychicznymi - objawami depresyjnymi, drażliwością, stanami

lękowymi, omamami, zaburzeniami snu.Zapotrzebowanie

dobowe na magnez wynosi około 300 mg i wzrasta przy

przyspieszonym pasażu przez przewód pokarmowy, nadmiernym

spożyciu alkoholu, sytuacjach stresowych, nadmiernym wysiłku.

Przy deficycie występują biegunka, dolegliwości kostne, mdłości,

nerwowość, niepokój, stan zgubienia, osłabienie mięśni, stany

depresyjne, ubytki w zębach, uczucie mrowienia w rękach i

nogach, zakłócenia w prawidłowej czynności serca. Do

zapewnienia prawidłowej pracy serca niezbędny jest magnez.

Objawami niedoboru są również: zaburzenia wzrostu i rozwoju

psychicznego, osłabienie, skurcze mięśni, depresja, zaburzenia w

pracy serca, nerwowość.

Dawka

Dawkowanie: Mężczyźni: 370mg Kobiety: 300mg. Dzienne

zapotrzebowanie magnezu przez człowieka wynosi 300-400

mg/dobę. Przyswajalność magnezu dla organizmu jest

zróżnicowana i kształtuje się na poziomie 40% dawki w

pożywieniu. Stopień przyswajalności zależy od właściwości

organizmu oraz od antagonistycznego wpływu innych

pierwiastków.

Znaczenie biologiczne

Magnez wchodzi w skład

chlorofilu

, jony magnezu odgrywają też dużą

rolę w utrzymywaniu

ciśnienia osmotycznego

krwi i innych tkanek,

oraz uczestniczą w przekazywaniu sygnałów w układzie nerwowym.

Zapotrzebowanie na magnez u osób dorosłych wynosi 300-400 mg na

dobę i chociaż w naturalnym środowisku bogato występuje w

spożywanych przez człowieka pokarmach, jest go coraz mniej w

wyniku nawożenia chemicznego

gleby

związkami zawierającymi

potas

oraz stosowania nadmiernej ilości konserwantów żywności. Inne

przyczyny niedoboru magnezu to: nadużywanie alkoholu, picie kawy,

stosowanie hormonalnych środków antykoncepcyjnych,

stres

spożywanie nadmiernych ilości tłuszczów, niewydolność

nerek

Objawami niedoboru magnezu mogą być: nagłe zawroty głowy,

bolesne skurcze łydek, uczucie odrętwienia i mrowienia w

kończynach, wzmożone wypadanie włosów, łamanie się paznokci,

próchnica zębów, rozdrażnienie, lęki, trudności w koncentracji,

zaburzenia snu, nocne poty, kołatanie serca,

arytmia

, bóle głowy,

mdłości,

biegunki

, drganie jednej z powiek.

Magnez.



stanowi do 0,5% masy ciała



ok. 60% magnezu przypada na kości



jest on aktywatorem wielu enzymów



wraz z jonami sodu i potasu, stabilizuje zwartą strukturę

polianionowych makrocząsteczek



tworzą one kompleksy z kwasami nukleinowymi

zobojętniając ich ujemnie naładowane grupy

fosforanowe.



stabilizuje strukturę rybosomów

Magnez

Jony magnezowe



regulują procesy oksydoredukcji,



mają wpływ na gospodarkę lipidową oraz



poziom katecholamin i przepuszczalność błon komórkowych.

Niedobór magnezu zaburza procesy prowadząc do dysfunkcji

metabolicznej, głównie komórek mięśni gładkich i mięśnia

sercowego.

Magnez spełnia istotną rolę w profilaktyce i terapii

różnych chorób, w tym zapobiega nadpobudliwości

nerwowej i depresji.



Wapń

(

łac.

calcium

) -

pierwiastek chemiczny

z grupy

metali ziem alkalicznych

układzie okresowym



Izotopy stabilne wapnia to 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca.



Wapń i jego związki znane były od starożytności.

Humphry

Davy

1808

r. wyizolował go w stanie czystym i udowodnił

analitycznie, że jest pierwiastkiem.



Wapń występuje na górnych warstwach Ziemi w ilości 3,54%.

Główne minerały to

, anhydryt, dolomit, fluoryt, apatyt oraz wiele krzemianów.



Wapń jest dość aktywnym metalem i w odpowiednich warunkach

reaguje z wodą, ale nie tak gwałtownie jak metale alkaliczne.

Gwałtownie reaguje z większością kwasów mineralnych i wieloma

organicznymi.



Najważniejsze związki wapnia to tlenek wapnia,

nadtlenek

wapnia

, wodorotlenek wapnia oraz wiele soli jak np: węglan

wapnia, azotan wapnia czy węglik wapnia.

Wapń (Ca)

Dba o zdrowie, mocne kości i zęby, umożliwia przewodzenie

impulsów nerwowych, jest odpowiedzialny za skurcze włókien

mięśniowych, bierze udział w wielu procesach ezymatycznych,

odgrywa znaczącą rolę przy regulacji pracy serca, działa

przeciwalergicznie, uszczelnia błony biologicznie.

Własności

Wapń jest ważnym składnikiem mineralnym organizmu wpływającym

na prawidłowe funkcjonowanie wielu mechanizmów regulacyjnych.

Jest niezbędny w wielu procesach, m.in. przewodnictwie nerwowo-

mięśniowym, czynności mięśni, prawidłowym rozwoju układu

kostnego, procesach krzepnięcia krwi, aktywacji niektórych

enzymów, przepuszczalności błon. Wapń występuje w organizmie w

ilościach przekraczających znacznie ilości jakiegokolwiek innego

pierwiastka. Około 99% wapnia występuje w kośćcu. Zjonizowany

wapń odgrywa ważną rolę w krzepnięciu krwi, w utrzymaniu

właściwej pobudliwości serca, mięśni i nerwów. Bierze udział w

przepuszczalności błon komórkowych. Od wapnia zależy działanie

wielu enzymów, funkcjonowanie mięśni, gojenie się ran, hormonalna

transmisja bodźców, mocne kości, odprężone nerwy, optymizm,

entuzjazm, pogodny, wyrównany nastrój, prawidłowa czynność

serca, prawidłowa krzepliwość krwi, przyswajanie żelaza w

organizmie, zdrowe zęby, zdrowy sen. Wapń umożliwia przewodzenie

impulsów nerwowych, jest odpowiedzialny za skurcze włókien

mięśniowych, bierze udział w wielu procesach enzymatycznych,

odgrywa znaczącą rolę przy regulacji pracy serca, działa

przeciwalergiczne, uszczelnia błony biologiczne..

Brak

Przy deficycie wapnia mogą wystąpić odznaki jak: skurcze

mięśni, uczucie mrowienia i drętwienia w rękach i nogach,

ból w stawach, zwolnienie tętna. Następnymi objawami są:

bicie serca, krwotoki, zaburzenia snu, stany lękowe,

zaburzenia chodu, złamania kości, zaburzenia wzrostu u

dzieci. Objawami niedoboru są : krzywica u dzieci,

osteoporoza u dorosłych.

Dawka

Uwalnianie jonów wapnia wymaga kwaśnego środowiska.

Środowisko takie zapewnia sok żołądkowy. Po czterdziestce

organizm człowieka wytwarza często coraz mniej kwasu

żołądkowego. Zjedzenie kęsa sera nie musi być wcale

równoznaczne z dostatecznym wykorzystaniem zawartego

w nim wapnia. Sensowniej jest bogate w wapń produkty

spożywać razem z większymi posiłkami. Stosunkowo duża

masa głównego posiłku pobudza wytwarzanie kwasu

żołądkowego. Nadto żołądek opróżnia się w wolniejszym

tempie, w związku z czym możliwe jest pełniejsze

wykorzystanie zasobów wapniowych. Na tej samej zasadzie

w wielu przypadkach nie jest zbyt skuteczne łykanie

tabletek wapniowych. Minerał choć go dużo, nie zostaje

uwolniony, przechodzi do jelita i zostaje bezużytecznie

wydalony. Dawkowanie: Dorośli: 900mg/dobę

Produkt

Zawartość Ca

mg/100 g

Produkt

Zawartość Ca

mg/100 g

Mleko

110–120

Brokuły

Jogurt

130–170

Brukselka

Kefir

103

Jarmuż

157

Maślanka

110

Kapusta

46-77

Sery

podpuszczkowe

390-1380

Fasola (sucha)

163

Sery twarogowe

55-96

Fasola

szparagowa

Sery topione

370

Jaja kurze całe

Lody

125-155

Podsumowanie

Prawidłowe zaopatrzenie organizmu w wapń ma istotne znaczenie w
prawidłowym rozwoju oraz w profilaktyce szeregu chorób cywilizacyjnych,
takich jak osteoporoza, otyłość, cukrzyca typu 2, nadciśnienie tętnicze,
niektóre nowotwory. Najlepszym sposobem zapewnienia właściwej podaży
tego makroelementu jest odpowiednio wysokie spożycie mleka i jego
przetworów (jogurty, kefir, maślanka, sery twarogowe i podpuszczokwe). Jak
wskazują badania jest to najlepsze i najefektywniejsze źródło wapnia.
Wyrabianie w dzieciach nawyku spożywania mleka oraz produktów
mlecznych jest istotnym i ważnym elementem profilaktyki wymienionych
schorzeń. Obserwacje Sawickiego i wsp. [20] wykazują, że zwyczaj ten
zostaje zachowany w póź-niejszych okresach życia.

Stront (Sr)

Nawet małe dawki tego pierwiastka pokrywają dzienne

zapotrzebowanie organizmu. Istotnym czynnikiem jest stosunek

Ca/Sr, przy obniżeniu, którego zachodzą deformacje kośća lub

inne zespoły chorobowe.

Własności

Rola tego pierwiastka nie jest do końca wyjaśniona.

Prawdopodobnie stront odgrywa rolę w procesach wzrostu kości,

ma też zapobiegać próchnicy zębów. Być może ma udział w

procesach energetycznych komórek. We krwi zawartość strontu

wynosi 0,4ą0,1umol/l.

Dawka

Dawka dzienna dostarczana z pożywieniem wynosi ok. 200

ug i różni się w zależności od regionu geograficznego.

Działanie toksyczne

Toksycznych stężeń strontu w organizmach

zwierzęcych nie odnotowano. Nadmiar strontu może wywoływać

zaburzenia metabolizmu wapnia i fosforanu a także miedzi i

kobaltu. Ważnym czynnikiem jest stosunek Ca/Sr, przy jego

obniżeniu może dojść do deformacji kośćca i innych zespołów

chorobowych. Zatrucie strontem-90 prowadzi do uszkodzeń kości

i szpiku kostnego

Znaczenie biologiczne - żadne. Pierwiastek ten może być tak

samo przyswajany jak wapń przez organizm i zastępować go

we wszystkich funkcjach, np. wbudowywując się w tkankę

kostną. Gdy wchłaniane są jego izotopy stabilne, wówczas nie

ma to żadnego wpływu na fukcjonowanie organizmu. Gdy

jednak jest to izotop 90Sr, wówczas pozostaje on długo w

organizmie i napromieniowuje go od wewnątrz przez długie

lata uniemożliwiając skuteczne przeprowadzenie odkażenia

organizmu po jego wchłonięciu.

Stront jest srebrzystoszarym, miękkim metalem. Na jego

powierzchni, tak jak to jest w przypadku glinu, tworzy się

ochronna warstwa tlenków. Oczyszczona powierzchnia jest

jednak bardzo reaktywna - czysty stront reaguje wybuchowo

z wodą i może zapalić się na powietrzu.

Stront w czystej postaci jest stosowany jako dodatek do

niektórych gatunków szkła - np. stosowanych do produkcji

ekranów telewizyjnych. Ze względu na to, że barwi płomień

intensywnym, karmino-czerwonym kolorem jego sole są

dodawane do

ogni sztucznych

rakiet sygnałowych

Bar jest metalem, bardziej miękkim niż cynk lecz twardszym

niż ołów. Naturalny pierwiastek jest mieszaniną siedmiu

izotopów trwałych: 130Ba, 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba,

137Ba i 138Ba. W przyrodzie występuje przede wszystkim w

postaci minerałów, takich jak baryt (BaSO

) oraz witeryt

(BaCO

Wolny bar jest bardzo aktywny chemicznie. Na powietrzu

szybko utlenia się do tlenku BaO i nadtlenku BaO

. W

związkach występuje na +II stopniu utlenienia. Rozkłada

wodę, tworząc wodór i wodorotlenek Ba(OH)

, który jest

mocną zasadą; nasycony roztwór tego wodorotlenku zwany

jest wodą barytową.

Sole baru są bezbarwne, zawierają kation Ba

Rozpuszczalne sole baru są silnie trujące.

Bar (Ba)

Własności

Zawartość we krwi człowieka wynosi 0,5 -2,4 ug/l. W

organizmie człowieka najwięcej baru gromadzi się w kościach

(70 ug/g).

Pierwiastek ten może być silnie toksyczny jeśli występuje w

łatwo rozpuszczalnych w wodzie związkach: chlorku baru

BaCl2, azotanu baru Ba(NO3)2 czy węglanu baru BaCO3.

Związki trudno rozpuszczalne w wodzie jak np. siarczan baru

nie są szkodliwe dla organizmu i są wykorzystywane jako tzw.

papka barytowa w rentgenologii do prześwietlenia żołądka

czy jelit.

Toksyczną dawką dla człowieka jest 200 mg baru, a dzienna

pobierana w pożywieniu ocenia się na 600-750 ug. Wysokie

stężenie baru w wodzie można łączyć z wystąpieniem

wysokiego ciśnienia krwi i chorobami serca. Zatrucie barem w

początkowym stadium objawia się zaburzeniami żołądkowo-

jelitowymi, następnie niedowładem mięśni, zwłaszcza

kończyn górnych i szyi, ponadto trudnościami w oddychaniu.

Bar działa także hamująco na proces mineralizacji kości, w

których jest łatwo odkładany. Mechanizm toksycznego

działania tego pierwiastka polega na wypieraniu potasu i

wiązaniu anionów siarczanowych.

Grupa 13 - glinowce

Glinowce: bor(B) – półmetal, glin (Al), gal(Ga), ind(In),

tal(Tl).

Pierwiastki 13 grupy mają trzy elektrony

wartościowości, dwa sparowane w orbitalu s i jeden

niesparowany w orbitalu p - (s

p).

Występowanie:

Al jest bardzo rozpowszechniony w przyrodzie, stanowi on 7,5%

ogólnej masy pierwiastków wchodzących w skład skorupy

ziemskiej. Występuje w przyrodzie jedynie w postaci różnych

połączeń z innymi pierwiastkami, głównie jako składnik

glinokrzemianów i tlenku glinowego.

Właściwości chemiczne:

Czysty glin jest bardzo reaktywny (pokrywa się Al

)

Tworzy związki na +III stopniu utlenienia, tlenek i wodorotlenek

mają charakter amfoteryczny

Rola:

Al – w przemyśle chemicznym, elektrycznym,

pozostałe – dodatki do stopów.

Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0009%.

Ważniejsze minerały boru to: boraks,

kernit

kolemanit

aszaryt

Z punktu widzenia odżywiania, bogatym źródłem boru są

świeże warzywa i owoce, a wśród tych ostatnich przede

wszystkim orzechy.

Bor (B)

Wpływa na metabolizm wapnia, fosforu i fluoru oraz na wiele procesów

enzymatycznych. Bor podnosi poziom hormonów sterydowych u człowieka,

dzięki czemu wpływa na przyswajalność wapnia i zapobiega osteoporozie. Ma

wpływ na aktywność komórek mózgowych oraz na cały system

immunologiczny.

Własności

Bor nie jest jeszcze zaliczany do pierwiastków niezbędnych dla

człowieka i zwierząt, ale korzystne oddziaływanie na funkcjonowanie

organizmów wskazuje na potrzebę uwzględniania jego zawartości w

pożywieniu i paszy. Fizjologiczna rola boru nie jest dokładnie zbadana.

Pojawiają się informacje o jego wpływie na metabolizm wapnia, fosforu i

fluoru. Przypuszczalnie bor podnosi poziom hormonów sterydowych u

człowieka, dzięki czemu wpływa na przyswajalność wapnia i zapobiega

osteoporozie. Wspomina się o korzystnym oddziaływaniu boru w chorobach

reumatycznych. Bor jest łatwo wchłaniany zarówno przez przewód

pokarmowy i drogą oddechową i natychmiast następuje wzrost jego stężenia

w nerkach, a także mózgu, wątrobie i tkance tłuszczowej. Bor nie jest

kumulowany w organizmie człowieka i jest szybko wydalany. Najdłużej

zatrzymywany jest w komórkach nerwowych. W wątrobie nerkach i mózgu

stwierdzono zbliżone ilości.

Działanie toksyczne

Zatrucia borem zdarzają się wskutek nadmiernego

spożywania związków tego pierwiastka (używanego w przetwórstwie w

niektórych krajach). Objawy zatrucia to: niezborność ruchów, uszkodzenia

nerek, spadek hemoglobiny, zmiany skórne oraz zaburzenia przewodu

pokarmowego, podrażnienie błon śluzowych, uszkodzenia układu nerwowego.

Dawka

Dobowa dawka boru spożywanego w pokarmach wynosi od 0,3 do 3

mg. Głównym źródłe boru są rośliny strączkowe, orzechy oraz niektóre owoce

i warzywa.

Znaczenie biologiczne

Bor jest niezbędny do prawidłowego wzrostu roślin.

Odpowiada za transport związków organicznych w łyku

(głównie cukrów), wpływa na prawidłowy wzrost

łagiewki pyłkowej (jego brak powoduje zahamowanie

jej wzrostu), wpływa na wytworzenie elementów

płciowych u roślin. Jest pierwiastkiem, który bardzo

trudno przemieszcza się w roślinie. Jego niedobór może

powodować zgorzel liści sercowych i suchą zgniliznę

korzeni buraka.

Bor ma również wpływ na organizm człowieka, przede

wszystkim na jego kościec. Przypuszcza się, iż jest

niezbędny do prawidłowej gospodarki wapniowej

organizmu. Razem z wapniem, magnezem i witaminą D

reguluje metabolizm, wzrost, rozwój tkanki kostnej.

Jego niedobór powoduje utratę wapnia i

demineralizację

kości.

Znaczenie biologiczne

Glin dla zwierząt w nadmiarze może być rakotwórczy.

Podejrzewa się, iż powoduje chorobę Alzheimera u ludzi. Z

tych powodów gotowanie kwaśnych potraw w garnkach z

aluminium jest niewskazane, ponieważ kwas wzmaga

rozpuszczalność glinu. Codziennie w pożywieniu, między

innymi w warzywach i herbacie, przyjmujemy około 12 mg

glinu.

Wodorowęglan glinu

Al(HCO3)3, ortofosforan glinu AlPO4, oraz

krzemian glinu

Al2(SiO3)3, są stosowane jako leki przy

nadkwasocie.

Grupa 14 - węglowce

Węglowce: węgiel (C), krzem (Si), german (Ge), cyna (Sn),

ołów (Pb).

W stanie podstawowym mają konfigurację s

. Wykazują tendencje

zarówno do oddania jak i pobrania elektronów.

Wszystkie węglowce mogą tworzyć wiązania kowalencyjne. W grupie

ze wzrostem masy atomowej zmienia się charakter pierwiastków.

Węgiel jest typowym niemetalem, natomiast cyna i ołów są

typowymi metalami.

Występowanie:

Węgiel (CO

, węglany, węgliki) i krzem (krzemiany, glinokrzemiany)

odgrywają podstawową rolę w przyrodzie. Węgiel jest nieodzownym

składnikiem przyrody ożywionej, a krzem przyrody martwej.

Właściwości chemiczne:

C - możliwość tworzenia połączeń C – C i C – H, Si - możliwość

tworzenia połączeń Si – H (silany Si

2n+2

). Sn i Pb posiadają

właściwości typowo metaliczne.

Rola:

C – zastosowanie powszechne,

Si – półprzewodniki, składnik szkła

Grupa 15 - azotowce

Azotowce: azot (N), fosfor (P), arsen (As), antymon (Sb) i bizmut

(Bi).

W stanie podstawowym posiadają w zewnętrznej powłoce po pięć

elektronów o konfiguracji s

. Mogą przyłączać trzy elektrony i tworzyć

związki, w których występują na -III stopniu utlenienia lub w reakcjach z

bardziej od siebie elektroujemnymi pierwiastkami angażować w wiązania

pewną liczbę elektronów i uzyskiwać dodatnie stopnie utlenienia (do V).

Właściwości chemiczne:

Duże zróżnicowanie charakteru chemicznego: N i P są typowymi

niemetalami (tworzą tlenki kwasowe), As i Sb są pierwiastkami

półmetalicznymi, Bi jest typowym metalem (tworzy tlenki zasadowe).

W stanie wolnym pierwiastki V grupy posiadają stosunkowo małą

reaktywność chemiczną. W związkach występują na stopniu utlenienia V

(z wyjątkiem fosforowych) i mają charakter średnich lub silnych

utleniaczy.

Występowanie:

N, P – pierwiastki biogenne

Rola:

N – petrochemia, nawozy sztuczne,

tworzywa syntetyczne,

P - nawozy

Grupa 16 - tlenowce

Tlenowce: tlen (O), siarka (S), selen (Se), tellur (Te) oraz

polon (Po).

Atomy pierwiastków tej grupy mają na zewnętrznej

powłoce 6 elektronów o konfiguracji s

. Tworząc wiązania tlenowce

uzupełniają walencyjną powłokę elektronową do oktetu przyjmując

dwa elektrony, tworząc spolaryzowane wiązania atomowe.

Właściwości chemiczne:

Wszystkie tlenowce (z wyjątkiem O), tworzą w roztworach wodnych

samodzielnie istniejące aniony dwuujemne X

, natomiast nie tworzą

( z wyjątkiem Te i Po) jonów dodatnich. Najbardziej elektroujemny O

może posiadać najwyższy stopień utlenienia II (w związkach z

fluorem), natomiast pozostałe pierwiastki grupy mogą mieć

dodatnie stopnie utlenienia od II do VI.

Charakterystyczną cechą tlenowców, a zwłaszcza siarki i selenu,

jest zdolność tworzenia różnych krystalicznych odmian

alotropowych .

Występowanie:

O – ok. 50% składu chemicznego atmosfery, wód i skorupy

ziemskiej)

Rola:

O – pierwiastek biogenny, hutnictwo,

medycyna, S – pierwiastek biogenny,

przemysł chemiczny

Selen.



pierwiastek niezbędny dla organizmu



składnik enzymów oksydacyjno-redukcyjnych i cytochromów



występuje w peroksydazie glutationowej



w organizmie selen tworzy z metalami toksycznymi trudno

rozpuszczalne selenki



niedobór selenu powoduje:



uszkodzenie mięśnia sercowego,



choroby układu kostnego,



ograniczenie sprawności układu odpornościowego,



zwiększa także ryzyko choroby nadciśnieniowej i

nowotworów.

Grupa 17 - fluorowce

Fluorowce: fluor (F), chlor (Cl), brom (Br), jod (I), astat (At)

Mają w powłoce walencyjnej konfigurację elektronową s

. F

występuje jedynie na -I stopniu utlenienia. Pozostałe fluorowce mają

zdolność do tworzenia wiązań z wykorzystaniem orbitala typu d.

Dlatego w połączeniach występują na stopniu utlenienia od -I do VII.

Właściwości chemiczne:

Fluorowce są utleniaczami (F najsilniejszy). Wszystkie fluorowce

reagują z metalami, a także i z wieloma niemetalami. Wszystkie

fluorowce tworzą z wodorem fluorowcowodory typu HX (HF, HCl, HBr i

HI).

Wszystkie fluorowce tworzą połączenia z tlenem, tworząc różne tlenki.

Fluor



niemetal



masa atomowa 18,9984



konfiguracja elektronowa 1s



występuje w postaci cząsteczki F



stopień utlenienia -1



żółto-zielony gaz



13 miejsce pod względem

rozpowszechnienia w przyrodzie

Fluor – występowanie w

przyrodzie



fluoryt

Ca F



apatyt

3 Ca

(PO

)

CaF



kriolit

AlF

Fluor - wchłanianie



jama ustna – wchłania się nie więcej niż 1% całkowitej

ilości dziennie spożywanej ilości fluorków



40-50% pobranych związków ulega wchłonięciu w

żołądku



większość związków fluoru przyswajana jest w górnej

części jelita cienkiego.

Fluor – wchłanianie, interakcje



kationy wielowartościowe hamują wchłanianie

związków fluoru – Ca

, Mg

, Al



chlorek sodu ogranicza przyswajanie



substancje tłuszczowe ułatwiają wchłanianie

związków fluoru.

Fluor – występowanie w

organizmie



w osoczu krwi fluorki występują w postaci



jonowej



niejonowej



wysokie pH krwi oraz jej hematokryt powodują wzrost

stężenia fluorków



są obecne we wszystkich płynach ustrojowych: żółci,

ślinie, moczu, w ilościach zależnych od stężenia w

osoczu



są transportowane przez łożysko

Aktywność biologiczna

fluorków



głównym składnikiem nieorganicznym kości i zębów jest

hydroksyapatyt



(PO

)

(OH)

(PO

)

Ca(OH)



hydroksyapatyt związany jest z węglanami i cytrynianami.



stosunek wapnia do fosforanów w fazie krystalicznej

apatytu kości jest mniejszy niż w apatycie naturalnym.



fluorek zastąpuje grupę hydroksylową hydroksyapatytu

tworząc fluoroapatyt



w stosunku do hydroksyapatytu jest on znacznie bardziej

twardy, ale jednocześnie wzrasta jego kruchość.

Toksyczność fluorków



fluorki w dużych dawkach mają działanie teratogenne



fluor z metalami dwuwartościowymi tworzy fluorki



powoduje u dzieci zaburzenia rozwojowe



wpływa niekorzystnie na pobieranie i metabolizm jodu



ma działanie neurotoksyczne

Aktywność biologiczna

fluorków

– płytka bakteryjna

(1)

Fluorki obecne w w płytce nazębnej powodują:



hamowanie procesu deminaralizacji



wzmaganie procesu remineralizacji



redukcja gradientu protonowego (fluorki hamują

bakteryjną ATP-azę protonową)



zapobieganie tworzenia gradientu protonowego



zmniejszenie tolerancji komórek bakteryjnych na kwasy

Aktywność biologiczna

fluorków

– płytka bakteryjna

(2)

Fluorki obecne w w płytce nazębnej powodują:



zmniejszenie tolerancji komórek bakteryjnych na kwasy



oddziaływanie na przepuszczalność błony komórkowej



hamowanie enolazy – zmienia przemianę cukrów w

bakteriach



redukcja produkcji polisacharydów

zewnątrzkomórkowych



ograniczenie zapasów tłuszczów



zmiana stosunku glukany/fruktazy w płytce nazębnej.

Pierwiastki bloku d (pierwiastki przejściowe)

Charakteryzują się innymi cechami niż metale rodzin głównych.

Posiadają inne rozmieszczenie elektronów wartościowych. Elektrony te

występują nie tylko w powłoce zewnętrznej, lecz część znajduje się w

powłokach głębszych, w których liczba elektronów może dochodzić do

18 lub 32. Elektrony niekompletnych powłok wewnętrznych również

biorą udział w wiązaniach chemicznych,

Wszystkie pierwiastki przejściowe są metalami

. Zależnie

jednak od podgrupy, do której należą, różnią się właściowościami.

Energie jonizacji pierwiastków przejściowych mają wartości pośrednie

pomiędzy wartościami energii jonizacji pierwiastków bloku s i

pierwiastków bloku p.

Charakterystyczną cechą pierwiastków przejściowych jest

ich zmienny stopień utlenienia, która może przyjmować

wszystkie wartości od II (lub I) do maksymalnej w danej

podgrupie.

W połączeniach z tlenem i wodorem metale grup pobocznych

tworzą zasady, związki amfoteryczne albo kwasy

Przy rzadko występującym wśród metali grup pobocznych stopniu

utlenienia I i stopniu utlenienia II mamy do czynienia ze związkami

typu zasad, a przy stopniu utlenienia III, IV związki mają charakter

amfoterów, a przy stopniu utlenienia V, VI, VII - kwasów.

4. Zasady zawierające metal grup pobocznych na stopniu

utlenienia I, o ogólnym wzorze MeOH, są związkami

nietrwałymi, rzadkimi i są z reguły mocnymi elektrolitami,

chociaż na ogół trudno rozpuszczalnymi w wodzie (np. AgOH).

Bardziej trwałymi są słabe zasady o wzorze ogólnym Me(OH)

Przy trój- i czterododatnim stopniu utlenienia metalu związki

mają charakter amfoteryczny, przy czym mogą mieć strukturę

ortozwiązków, np. Me(OH)

, Me(OH)

, H

MeO

, H

MeO

, albo

meta związków - HMeO

i H

MeO

W przypadku gdy metale grup pobocznych występują na VI i

VII stopniu utlenienia, tworzą się nietrwałe dość mocne kwasy

o wzorach ogólnych H

MeO

, HMeO

Ważną również cechą metali przejściowych, rzadziej

spotykaną u metali grup głównych jest zdolność

tworzenia związków zabarwionych.

Sole miedzi mają zwykle barwę zieloną lub niebieską, kobaltu

różową, niklu zieloną, nadmanganianu fioletową, sole chromu

od niebieskiej poprzez zieloną do żółtej.

Cynk



zawartość w organizmie wynosi ok. 1,5 – 2 g,



występuje on głównie wewnątrzkomórkowo.



stanowi centrum aktywne wielu enzymów



występuje w wielu białkach wiążących kwasy nukleinowe



poprawia metabolizm, przyspiesza gojenie się ran i poprawia

sprawność umysłową



niedobór cynku powoduje zaburzenia układu kostnego, funkcji

rozrodczych, stany zapalne skóry, sprzyja procesom miażdżycowym

Molibden



występuje głównie w tkance kostnej, a także w nerkach,

wątrobie i zębach



wchodzi on w skład centrów aktywnych enzymów

odpowiedzialnych za procesy oksydacyjno-redukcyjne.



ma zdolność do ulegania dwuelektronowym reakcjom

redoks na stopniach utlenienia między 6 a 4.



nadmiar jest toksyczny - powoduje:



deformacje kości podobne do gośćca,



skłonność do próchnicy zębów



zaburzenia gospodarki lipidowej i białkowej.

Kobalt.



w największych ilościach występuje w narządach

miąższowych i mięśniach



jest on składnikiem witaminy B12, która odgrywa rolę w:



w wytwarzaniu krwinek czerwonych



metabolizmie białek oraz



kwasów nukleinowych.



niedobór witaminy B12 powoduje niedokrwistość i zmiany

w narządach miąższowych



nadmiar kobaltu powoduje czerwienicę, uszkodzenie

narządów miąższowych – nerek, wątroby, uszkodzenie

osłonek mielinowych, kardiomiopatię.

Kadm.

charakteryzuje się wybitnymi właściwościami

akumulującymi



okres półtrwania w organizmie (10 – 30 lat) przyczynia się do

odkładania się, wraz z wiekiem, głównie w nerkach, gdzie gromadzi

się do 50% całego kadmu.



działa na systemy enzymatyczne komórek, wypierając i zastępując

inne fizjologiczne metale (Cu, Zn, Se) z metaloenzymów



wiąże się z grupami czynnymi –SH białek:



łatwo wiąże się z metalotioneiną, niskocząsteczkowym białkiem

cytoplazmatycznym, bogatym w reszty cysteinowe, która wiąże

dwuwartościowe kationy cynku, miedzi, selenu



nadmiar kadmu prowadzi do zaburzeń czynności nerek,

metabolizmu wapnia i funkcji rozrodczych, rozwoju choroby

nadciśnieniowej oraz zmian nowotworowych, głównie nerek i

gruczołu krokowego.

Ołów.



w organizmiei jest odkładany w postaci nierozpuszczalnych

związków ołowiu, w kościach i w tkankach miękkich



toksyczne działanie ołowiu ujawnia się na poziomie molekularnym,

hamuje wiele enzymów, w tym syntazę porfobilinogenową,

podstawowy składnik w syntezie hemu



wiąże się z kwasami nukleinowymi i aminokwasami białek



zakłóca metabolizm niezbędnych pierwiastków śladowych działając

antagonistycznie na inne metale m.in. przyspiesza wydalanie

miedzi i żelaza z organizmu



podwyższenie poziomu miedzi, wapnia i fosforu w diecie obniża

pobieranie ołowiu przez organizm



skutkami toksyczności ołowiu są zaburzenia w hematopoezie,

nadciśnienie tętnicze, neuropatie i uszkodzenia mózgu

Rtęć



źródłem wchłaniania tego pierwiastka przez ludzi są tkanki ryb skażonych

tym pierwiastkiem



pośrednim źródłem rtęci jest mięso zwierząt domowych karmionych

mączką otrzymaną ze skażonych ryb



toksyczne działanie rtęci wynika z jej dużego powinowactwa do grup -SH

-COOH i –NH

aminokwasów białek



ma działanie mutagenne i teratogenne



akilowe pochodne rtęci łatwo przedostają się do komórek mózgowych,

naruszając barierę krew-mózg, powodują uszkodzenia komórek

mózgowych i zaburzają metabolizm układu nerwowego



toksyczność może zmniejszać selen, ograniczając tworzenie połączeń

aminokwasów białek z rtęcią

Document Outline