| Академия » Статьи » Болезни и лечение » Биохимия |
ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА - ЖЕЛЕЗО И КОБАЛЬТ
|
В организме человека содержится около 5 г железа и 1,2 мг кобальта. Большая часть железа (70 %) сосредоточена в гемоглобине крови; 14 % кобальта находится в костях, 43 % - в мышцах и остальная часть - в мягких тканях. Ежедневное потребление железа - 10-20 мг, а кобальта - 0,3 мг. Железо и кобальт - элементы 4 периода VIIБ группы периодической системы с электронными конфигурациями 26Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2; 27Co 1s22s22p63s23p63d74s2. Орбитальные радиусы, энергия ионизации и электроотрицательность для атомов Fе и Со составляют соответственно: rорб- 123 и 118 пм, ЕИ - 761 и 757 кДж/моль, ОЭО - 1,83 и 1,88. Наиболее характерные степени окисления для железа и кобальта +2 и +3. В водных растворах катионы Fе2+, Fе3+, Со2+ и Со3+ гидратируются с образованием шестикоординационных аквакомплексов. Аквакомплексы [Fе( H2О)6]3+ и [Со(Н2О)6]2+ устойчивы, [Fе( H2О)6]2+ малоустойчив из-за восстановительных свойств Fе2+, а [Со(Н2О)6]3+ неустойчив из-за сильных окислительных свойств Со3+: [Fе( H2О)6]2+ - е = [Fе( H2О)6]3+ [Со(Н2О)6]3++e = [Со(Н2О)6]2+ Таким образом, Fе2+ - достаточно сильный восстановитель, способный окисляться даже кислородом воздуха, а Со3+ — настолько сильный окислитель, что окисляет даже воду: 4Fе(ОН)2 + О2 + 2Н2О = 4Fе(ОН)3 2Со2(SO4)3 + 2Н2О = 4СоSO4 + 2Н2SO4 +O2 Оксиды и гидроксиды железа и кобальта независимо от степени окисления проявляют слабые амфотерные свойства с преобладанием основных свойств, особенно в случае двухвалентного состояния, когда взаимодействие протекает только с концентрированными растворами щелочей и при нагревании. Однако взаимодействие СоООН (устойчивая форма) с соляной или серной кислотой осложняется протеканием окислительно-восстановительной реакции из-за сильных окислительных свойств Со3+. Основные свойства: FеО + 2НСl = FеС12 + Н2О Fе2O3 + 6НС1 = 2FеС13 + Н2О СоО + 2НС1 = СоС12 + Н2O 2СоООН + 6НС1 = 2СоС12 + С12 + 4Н2O 4СоООН + 4Н2SО4 = 4СоSO4 + О2 + 6Н2О Кислотные свойства: Fe(OH)2+2NaOH(конц) = Na2[Fe(OH)4] Co(OH)2 + 2NaOH(конц) = Na2[Co(OH)4] Fe2O3 + 6NaOH + 3H2О = 2Na3[Fe(OH)6] Вследствие амфотерности оксидов железа и кобальте они образуют двойные оксиды Fе3O4(FeO*Fe2O3),Co3O4(CoO*Co2O3), которые можно рассматривать как соли Fе(FеО2)2 и Со(СоО2)2. Оксид Fе3О4, растворяясь в соляной кислоте, образует соли двух- и трехвалентного железа, а взаимодействие Со3O4 сопровождается образованием СоС12 и хлора: Fе3О4 + 8НС1 = FеС12 + 2FеС13 + 4Н2О Со3О4 + 8НС1 = 3СоС13 + С12+ 4Н2О Водные растворы железа и кобальта вследствие образования аквакомплексов окрашены по-разному: [Fе(H2О)6]2+ - бледно-зеленый, [Fе(H2О)6]3+ - желтый, [Со(Н2O)6]2+ - розово-красный, что используется в аналитической практике. Катионы железа и кобальта очень склонны к комплексообразоваиию. Для них наиболее вероятно координационное число шесть: FеSО4 + 6КСN = К2SО4 + К4[Fe(CN)6] - калий гексацианоферрат(II) (желтая кровяная соль); Fe(SO4)3+ KСN = К2SO4+ К3[Fe(CN)6]- калий гексацианоферрат(III) (краcная кровяная соль). Комплексообразование катионов железа и кобальта сильно, но по-разному влияет на их окислительно-восстановительные свойства в зависимости от соотношения устойчивости комплексов окисленной (М3+) я восстановленной (М2+) форм с одними а теми же лигандами. Эта особенность окислительно-восстановительных свойств ионов железа в их биокомплексах важна для понимания работы цитохромов и различий в их окислительно-восстановительных свойствах . Комплексообразование Со3+ с лигандами более активными, чем молекулы воды, делает его устойчивым в водных растворах. Биологическая роль железа. К наиболее важным железосодержащим биосубстратам относятся гемоглобин и различные его производные. Существует большая группа, около 50 видов, железосодержащих ферментов - цитохромов, которые катализируют процесс переноса электронов в дыхательной цепи за счет изменения степени окисления железа Fе3+ + е- = Fе2+. Железосодержащими ферментами также являются каталаза и пероксидаза, активные центры которых содержат железо в степени окисления +3. Каталаза чрезвычайно эффективно ускоряет разложение пероксида водорода: одна молекула каталазы за 1 с может разложить до 44 000 молекул Н2О2.Пероксидаза ускоряет реакции окислительного дегидрирования субстратов RH2 пероксидом водорода: 2H2O2 = 2H2O + O2 RH2 +H2O2 = R + 2H2O Таким образом, эти ферменты защищают клетку от H2O2 - продукта свободнорадикального окисления. В процессе эволюции природа создала замкнутый цикл использования железа. Все субстраты, содержащие гемовое железо (прежде всего, эритроциты), после использования разлагаются до катионов Fе3+, которые депонируются в виде молекул FеООН и FеО * Н2PO4 с помощью белка ферритина. Молекула ферритина имеет форму полой сферы диаметром 12-14 нм, в которой может находиться до 4500 таких молекул, упакованных очень плотно, почти как в кристаллической решетке. От ферритина железо переносится железосодержащим белком — трансферрином, который достаточно легко проходит через клеточную мембрану и доставляет железо в костный мозг, где образуется гемоглобин в новых эритроцитах. Важную роль в организме играют многоядерные комплексы ферредоксин, рубредоксин и другие железосеропротеины общей формулы [FеxSxРrоt]. Активный центр этих комплексов имеет структуру "клетки" , где кроме атомов железа (x = 1— 8) содержатся атомы серы двух типов: из остатков цистеина, входящих в состав протеина, и так называемая "лабильная сера", природа которой не выяснена, Железосеропротеины являются компонентами различных электроно-транспортных цепей и осуществляют перенос электронов за счет обратимых окислительно-восстановительных превращений. При недостатке железа в организме (или большой потере его) развивается железодефицитная анемия. Для пополнения запасов железа ежедневная необходимая доза составляет 1 мг, но поскольку из пищи поступает в организм только 10-20 % железа, то в продуктах питания содержание железа должно составлять 5—10 мг/сут. При слабости и истощении организма, а также для лечения железодефицитной анемии применяют аскорбинат железа(II), лактат железа(II), FеSО4*7H2О, "ферроплекс" (FеSО4 с аскорбиновой кислотой), глицерофосфат железа(III). Биологическая роль кобальта. Кобальт в организме в основном содержится в витамине B12, который является сложным азотсодержащим органическим комплексом Со3+ с координационным числом, равным шести. Витамин В12 необходим для нормального кроветворения и созревания эритроцитов, синтеза аминокислот, белков, РНК, ДНК и других соединений, без которых нормальное развитие организма невозможно. Накапливается витамин В12 в печени. Его недостаток в организме вызывает злокачественную анемию. Механизм действия витамина В12 заключается в том, что некоторые его формы образуют в качестве кофермента соединения с витамином В6 или с некоторыми ферментами. В этих случаях он выполняет две основные функции: является метилирующим агентом или осуществляет взаимный перенос атомов водорода и различных групп между соседними атомами углерода биосубстрата. |
| Вы можете прокомментировать статью | |
