Біологічна роль марганцю

Глава 1. Теоретичні основи фізико-хімічної біології

1.1 Історія розвитку фізико-хімічної біології

1.2 Хімія природних сполук

1.3 Біохімія

1.4 Молекулярна біологія

1.5 Фармакологія

Глава 2. Біологічна роль марганцю

2.1 Марганець - хімічний елемент

2.2 Властивості марганцю

2.3 З'єднання марганцю в біологічних системах

2.4 Марганець у мінеральному живленні рослин

2.5 Вплив марганцю на освіту дубильних речовин і алкалоїдів в картоплі

Висновок

Список літератури

Введення

Актуальність: Хімічні елементи, які, входячи до складу організмів рослин, тварин і людини, беруть участь у процесах обміну речовин і володіють вираженою біологічною роллю, отримали назву біогенних елементів. До числа біоелементом відносяться: азот, водень, залізо, йод, калій, кальцій, кисень, кобальт, кремній, магній, марганець, мідь, молібден, натрій, сірка, стронцій, вуглець, фосфор, фтор, хлор, цинк.

Значна кількість хімічних елементів, постійно виявляються в організмах, надає певний вплив на перебіг процесів обміну речовин і на ряд фізіологічних функцій в експерименті, проте ще не відомо, яку роль ці елементи відіграють в організмах в природних умовах, і тому їх биогенное значення поки сумнівно. До таких елементів відносяться алюміній, барій, берилій, бром, вісмут, галій, германій, кадмій, літій, миш'як, нікель, олово, радій, ртуть, рубідій, свинець, срібло, сурма, титан, уран, хром, цезій.

Кількісний вміст біоелементом, що входять до складу організмів, сильно варіює залежно від середовища проживання, способу харчування, видовий приналежності й т.п.

Основну масу живої речовини (99,4%) становлять так звані макроелементи: О, С, Н, Са, N, К, Р, Мg, S, Cl, Na.

До числа мікроелементів, вміст яких в організмі обчислюється тисячними і навіть трильйонними частками відсотка, належать: залізо, кобальт, марганець, мідь, молібден, цинк, кадмій, фтор, йод, селен, стронцій, берилій, літій та ін

Мікроелементів, незважаючи на їх мале кількісний вміст в організмах, належить значна біологічна роль. Крім загального сприятливого впливу на процеси росту і розвитку, встановлено специфічний вплив ряду мікроелементів на найважливіші фізіологічні процеси - наприклад, фотосинтез у рослин.

Зв'язок між роллю елемента в живому організмі і положенням його в періодичній системі добре простежено для багатьох мікроелементів, проте далеко ще не всі сторони цієї залежності вивчені в достатній мірі.

Потужне вплив мікроелементів на фізіологічні процеси і організмі пояснюється тим, що вони вступають в найтісніший зв'язок з біологічно активними органічними речовинами - гормонами, вітамінами. Вивчено також їх зв'язок з багатьма білками і ферментами. Саме зазначеними взаємовідносинами та визначаються основні шляхи залучення мікроелементів в біологічні процеси.

В даний час твердо встановлено зв'язок між мікроелементами і вітамінами. Показано, що марганець необхідний для утворення в ряді рослин вітаміну С (аскорбінової кислоти), що оберігає людину і, деяких тварин від захворювання на цингу. Є дані, що показують, що введенням марганцю можна викликати утворення аскорбінової кислоти в організмі тих видів тварин, які зазвичай не здатні до вироблення цього вітаміну. Марганець, мабуть, потрібен і для дії вітаміну D (антірахітного) і B1 (антіневрітного).

Мета курсової роботи - вивчити біологічну роль марганцю

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити ряд завдань:

дослідити теоретичні основи фізико-хімічної біології

вивчити хімічні і фізичні властивості марганцю

виявити біологічну роль марганцю

Об'єкт дослідження - марганець в рамках фізико-хімічної біології

Предмет дослідження - біологічна роль марганцю

Структура курсової роботи: робота складається зі вступу, двох розділів, висновків та списку використаної літератури. Всього розглянуто 24 джерела.

Глава 1. Теоретичні основи фізико-хімічної біології

1.1 Історія розвитку фізико-хімічної біології

Сучасне людське суспільство живе і продовжує розвиватися, активно використовуючи досягнення науки і техніки, і практично немислимо зупинитися на цьому шляху або повернутися назад, відмовившись від використання знань про навколишній світ, якими людство вже володіє. Накопичення цих знань, пошуком закономірностей у них і їх застосуванням на практиці займається наука. Людині як об'єкту пізнання властиво розділяти і класифікувати предмет свого пізнання (ймовірно, для простоти дослідження) на безліч категорій і груп; так і наука в свій час була поділена на декілька великих класів: природничі науки, точні науки, суспільні науки, науки про людину та пр. Кожен з цих класів ділиться, у свою чергу, на підкласи [2, с.15].

Але серед цього різноманіття наук є науки "лідери" і науки "відстаючі". Одними із сучасних наук "лідерів" і є біологія і медицина.

"Друга половина нашого століття відзначено стрімким прогресом біологічних знань та їх додатків у різноманітних сферах життя сучасного суспільства. По суті, інтерес людини до живої природи ніколи не згасав, але лише останні десятиліття дозволили наблизитися до розуміння дивних таємниць життєдіяльності і на цій основі зробити рішучий крок у використанні новітніх біологічних відкриттів. " (Віце-президент АН СРСР Ю. А. Овчинников, 1987)

П'ятдесяті роки стали часом початку ренесансу біології, яка "зуміла заглянути всередину клітини і розібратися в молекулярних механізмах народженнями розвитку організмів" [14, с.25].

Існує думка, що XXI століття стане століттям біології, а всі інші науки відійдуть на другий план. Збулося передбачення великого фізика сучасності Н. Бора, який у 50х роках неодноразово заявляв, що в найближчому майбутньому найбільш інтенсивне проникнення в таємниці природи стане прерогативою не фізики, а саме біології. Більша частина сучасної природничо літератури в тій чи іншій мірі присвячена дослідженню саме живої природи. Біологічними проблемами займаються зараз десятки наук. Дуже продуктивними виявляються і науки, пов'язані з перетворенням новітніх біологічних відкриттів в життя [13, с.43].

Можна без перебільшення сказати, що однією з таких галузей програми біології багато хто з нас зобов'язані здоров'ям і навіть життям. Мова йде про медицину, яка на справжні роки переходить не тільки до використання ліків нового покоління і застосування в практиці нових матеріалів, але до таких методів лікування, які дозволяють впливати на хворобу на самому її початку, а то й до початку. Це стало можливим у зв'язку з дослідженням молекулярних механізмів розвитку безлічі захворювань і корекцією порушень не звичним методом введення в організм відсутніх речовин, а шляхом впливу на природні процеси біорегуляції (за допомогою спеціальних біорегуляторів або на генетичному рівні). Вирішення багатьох ключових проблем сучасності, таких як виробництво продуктів харчування, багатьох ліків та інших речовин пов'язане з активним впровадженням в життя біотехнологій [12, с.11].

Настільки відчутний поступ біології був би неможливий без її активної взаємодії з іншими науками. Але парадокс сучасного стану науки полягає в тому, що безліч досліджень виявляється "на стику наук", для продуктивного розв'язання проблеми доводиться залучати вчених різних спеціальностей, більше того, багато вчених в даний час, у вік вузької спеціалізації, змушені опановувати суміжні професії, і безліч сучасних досліджень з працею можна віднести до якої-небудь однієї галузі науки. При вирішенні біологічних проблем тісно переплітаються ідеї та методи біології, хімії, фізики, математики та інших областей знання. Саме проблема взаємодії хімії з біологічними дисциплінами і їх додатками в медицині і буде нас цікавити.

Хіміки другої половини XX століття дуже активно займалися дослідженнями живої природи. 1996), 21 премия (больше половины , а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем. На користь цієї тези може свідчити хоча б той факт, що з 39 Нобелівських премій по хімії, вручених за останні 20 років (1977 - 1996), 21 премія (більше половини, але ж галузей хімії дуже багато) була отримана за вирішення хіміко-біологічних проблем.

Це й не дивно, адже жива клітина це справжнє царство великих і малих молекул, які безперервно взаємодіють, утворюються і розпадаються ... В організмі людини реалізується близько 100 000 процесів, причому кожен з них являє собою сукупність різних хімічних перетворень. В одній клітині організму може відбуватися приблизно 2000 реакцій. Всі ці процеси здійснюються за допомогою порівняно невеликого числа органічних і неорганічних сполук. Сучасна хімія характеризується переходом до вивчення складних елементорганічних сполук, що складаються з неорганічних і органічних залишків. Неорганічні частині представлені водою та іонами різних металів, галогенів і фосфору (в основному), органічні частини представлені білками, нуклеїновими кислотами, вуглеводами, ліпідами і досить великою групою низькомолекулярних біорегуляторів, таких як гормони, вітаміни, антибіотики, простагландини, алкалоїди, регулятори росту та т.д. [10, с.62].

Відомо, що з безлічі хімічних елементів до складу живих організмів входять тільки деякі елементи. Найбільш важливими іонами металів виявляються іони натрію, калію, магнію, кальцію, цинку, міді, кобальту, марганцю, заліза та молібдену. З неметаллоідов в живих системах практично завжди можна зустріти атоми водню, кисню, азоту, вуглецю, фосфору і сірки у складі органічних сполук і атоми галогенів і бору як у вигляді іонів, так і в складі органічних часток. Відхилення у змісті більшості з цих елементів у живих організмах часто призводить до досить важких порушень метаболізму [10, с. 19].

Велика частина хвороб зумовлена ​​відхиленням концентрацій якої-небудь речовини від норми. Це пов'язано з тим, що величезна кількість хімічних перетворень усередині живої клітини відбувається в кілька етапів, і багато речовини важливі клітці не самі по собі, вони є лише посередниками в ланцюзі складних реакцій, але, якщо порушується якась ланка, то вся ланцюг в результаті часто перестає виконувати свою передавальну функцію; зупиняється нормальна робота клітини з синтезу необхідних речовин.

У підтримці нормальної життєдіяльності організму дуже велика роль органічних молекул. Їх можна розділити по принципам, закладеним в їх конструкцію, на три групи: біологічні макромолекули (білки, нуклеїнові кислоти і їхні комплекси), олігомери (нуклеотиди, ліпіди, пептиди тощо) і мономери (гормони, антибіотики, вітаміни та багато інших речовин ) [3, с.71].

Для хімії особливо важливе встановлення зв'язку між будовою речовини та її властивостями, зокрема, біологічною дією. Для цього використовується безліч сучасних методів, що входять в арсенал фізики, органічної хімії, математики та біології.

У сучасній науці на кордоні хімії та біології виникло безліч нових наук, які відрізняються використовуваними методами, цілями і об'єктами вивчення. Всі ці науки прийнято об'єднувати під терміном "фізико-хімічна біологія". До цього напрямку відносять:

а) хімію природних сполук (біоорганічна і біонеорганічної хімія bioorganic chemistry and inorganic biochemistry відповідно);

б) біохімію;

в) біофізику;

г) молекулярну біологію;

д) молекулярну генетику;

е) фармакологію і молекулярну фармакологію і безліч суміжних дисциплін [14, с.55].

У більшій частині сучасних біологічних досліджень активно використовуються хімічні і фізико-хімічні методи. Прогрес в таких розділах біології, як цитологія, імунологія та гістологія, був безпосередньо пов'язаний з розвитком хімічних методів виділення і аналізу речовин. Навіть така класична "чисто біологічна" наука, як фізіологія, все більш активно використовує досягнення хімії і біохімії. У США Національні Інститути Здоров'я (National Instituts of Health USA) в даний час фінансують напряму медичної науки, пов'язані з суто фізіологічними дослідженнями, набагато менше, ніж біохімічні, вважаючи фізіологію "неперспективною і віджила своє" наукою. Виникають такі, що здаються на перший погляд екзотичними науки, як молекулярна фізіологія, молекулярна епідеміологія та ін З'явилися нові види медико-біологічних аналізів, зокрема, імуноферментний аналіз, за ​​допомогою якого вдається визначати наявність таких хвороб, як СНІД і гепатит; застосування нових методів хімії та підвищення чутливості старих методів дозволяє тепер визначати безліч важливих речовин не порушуючи цілісності шкірного покриву пацієнта, по краплі слини, поту або іншої біологічної рідини [15, с.65].

Отже, чим же займаються всі вищеперелічені науки, які є різними гілками фізико-хімічної біології?

1.2 Хімія природних сполук

Основою хімії природних сполук стала традиційна органічна хімія, яка спочатку розглядалася як хімія речовин, що зустрічаються в живій природі. Сучасна ж органічна хімія займається усіма сполуками, що мають вуглецеві (або заміщені гетероаналоги вуглецю) ланцюжка, а біоорганічна хімія, досліджує природні сполуки, виділилася в окрему галузь науки. Хімія природних сполук виникла в середині XIX століття, коли були синтезовані деякі жири, цукру і амінокислоти (це пов'язано з роботами М. Бертло, Ф. Велера, А. Бутлерова, Ф. Кекуле і ін.) Перші подібні білкам поліпептиди були створені на початку нашого століття, тоді ж Е. Фішер разом з іншими дослідниками вніс свій внесок у дослідження цукрів. Розвиток досліджень з хімії природних речовин тривало наростаючими темпами аж до середини XX століття. Слідом за алкалоїдами, терпенами і вітамінами ця наука стала вивчати стероїди, ростові речовини, антибіотики, простагландини та інші низькомолекулярні біорегулятори. Поряд з ними хімія природних сполук вивчає біополімери та біоолігомери (нуклеїнові кислоти, білки, нуклеопротеїди, глікопротеїни, ліпопротеїни, гліколіпіди та ін.) Основний арсенал методів дослідження становлять методи органічної хімії, проте для вирішення структурно-функціональних завдань активно залучаються і різноманітні фізичні, фізико-хімічні, математичні та біологічні методи. Основними завданнями, розв'язуваними хімією природних сполук, є:

а) виділення в індивідуальному стані досліджуваних сполук за допомогою кристалізації, перегонки, різних видів хроматографії, електрофорезу, ультрафільтрації, ультрацентрифугування, протиточного розподілу і т.п.;

б) встановлення структури, включаючи просторову будову, на основі підходів органічної та фізичної органічної хімії із застосуванням мас-спектроскопії, різних видів оптичної спектроскопії (ІЧ, УФ, лазерної тощо), рентгеноструктурного аналізу, ядерного магнітного резонансу, електронного парамагнітного резонансу, дисперсії оптичного обертання і кругового дихроїзму, методів швидкої кінетики та ін;

в) хімічний синтез і хімічна модифікація досліджуваних сполук, включаючи повний синтез, синтез аналогів і похідних, з метою підтвердження структури, з'ясування зв'язку будови та біологічної функції, отримання препаратів, цінних для практичного використання;

г) біологічне тестування отриманих сполук in vitro та in vivo [2, с.32].

Найбільшими досягненнями хімії природних сполук з'явилися розшифровка будови і синтез біологічно важливих алкалоїдів, стероїдів і вітамінів, повний хімічний синтез деяких пептидів, простагландинів, пеніцилінів, вітамінів, хлорофілу і ін сполук; встановлені структури безлічі білків, нуклеотидні послідовності безлічі генів і т.д. і т.п.

1.3 Біохімія

Поява науки біохімії зазвичай пов'язують з відкриттям явища ферментативного каталізу і самих біологічних каталізаторів ферментів, перші з яких були ідентифіковані і виділені в кристалічному стані в 20х роках нашого століття. Біохімія вивчає хімічні процеси, що відбуваються у живих організмах і використовує хімічні методи в дослідженні біологічних процесів. Найбільшими подіями в біохімії з'явилися встановлення центральної ролі АТФ в енергетичному обміні, з'ясування хімічних механізмів фотосинтезу, дихання і м'язового скорочення, відкриття трансамінування, встановлення механізму транспорту речовин через біологічні мембрани [15, с. 20].

1.4 Молекулярна біологія

Молекулярна біологія виникла на початку 50х років, коли Дж. Уотсон і Ф. Крик розшифрували структуру ДНК, що дозволило розпочати вивчення шляхів зберігання та реалізації спадкової інформації. Найбільші досягнення молекулярної біології відкриття генетичного коду, механізму біосинтезу білків у рибосомах, основи функціонування переносника кисню гемоглобіну.

Наступним кроком на цьому шляху стало виникнення молекулярної генетики, яка вивчає механізми роботи одиниць спадкової інформації генів, на молекулярному рівні. Однією з найактуальніших проблем молекулярної генетики є встановлення шляхів регуляції експресії генів переклад гена з активного стану в неактивний і назад; регуляція процесів транскрипції і трансляції. Практичним додатком молекулярної генетики є розробка методів генної інженерії та генотерапії, які дозволяють модифіковані спадкову інформацію, що зберігається в живій клітині, таким чином, що необхідні речовини будуть синтезуватися всередині самої клітини, що дозволяє отримувати біотехнологічним шляхом безліч цінних сполук, а також нормалізувати баланс речовин, порушена під час хвороби. Суть генної інженерії розсічення молекули ДНК на окремі фрагменти, що досягається за допомогою ферментів і хімічних реагентів, з подальшим з'єднанням; ця операція проводиться з метою вставки в еволюційно налагоджену ланцюг нуклеотидів нового фрагмента гена, що відповідає за синтез потрібного нам речовини, разом з так званими регуляторами ділянками ДНК, що забезпечують активність "свого" гена. Вже зараз за допомогою генної інженерії отримують багато лікарських препаратів, переважно білкової природи: інсулін, інтерферон, соматотропін та ін [18, с.3].

1.5 Фармакологія

Фармакологія - це наука про лікарські засоби, дії різних хімічних сполук на живі організми, про способи введення ліків в організми і про взаємодію ліків між собою. Молекулярна фармакологія вивчає поведінку молекул лікарських речовин всередині клітини, транспорт цих молекул через мембрани і т.д. Людина почала застосовувати лікарські речовини дуже давно, кілька тисяч років тому. Давня медицина практично повністю грунтувалася на лікарських рослинах, і цей підхід зберіг свою привабливість про наших днів. Безліч сучасних лікарських препаратів містять речовини рослинного походження чи хімічно синтезовані сполуки, ідентичні тим, які можна виявити в лікарських рослинах. Один з найбільш ранніх з дійшли до нас трактат про лікарські засоби був написаний давньогрецьким лікарем Гіппократом у IV столітті до нашої ери [11, с.87].

Зачатки хімії лікарських речовин з'являються в період панування алхімії. Сучасна хіміотерапія веде свій відлік з початку XX століття від праць П. Ерліха по протималярійних засобів і похідним миш'якової кислоти. В даний час синтезовані десятки і сотні тисяч лікарських речовин, і їх пошук триває. Але число активно застосовуваних ліків, звичайно, значно менше. Не всі речовини, синтезовані в якості потенційного нового лікарської речовини, знаходять своє застосування на практиці. Багато широко використовувалися раніше ліки витісняються зі сфери застосування через те, що з'являються більш ефективні аналоги, які впливають на причину хвороби набагато селективні, мають менше протипоказань та побічних ефектів. У 1995 році до застосування в Росії було дозволено понад 3 тисяч найменувань лікарських препаратів, що містять близько 2 тисяч різноманітних хімічних речовин синтетичного походження. Одним з великих успіхів фармакології другої половини нашого століття стало створення та впровадження в практику антибіотиків широкого спектру дії: сульфамідних препаратів, вітамінів, засобів, що впливають на діяльність центральної нервової системи транквілізаторів, нейролептиків, психотомиметиками та ін Багато хто з цих ліків були відкриті і вперше застосовані в нашій країні (фторофур, феназепам, циклодол, вітамінні препарати і багато ін.) [9, с.13].

В даний час у світі існує безліч наукових центрів, провідних різноманітні хіміко-біологічні дослідження. Країнами-лідерами в цій галузі є США, європейські країни: Англія, Франція, Німеччина, Швеція, Данія, Росія та ін У нашій країні існує безліч наукових центрів, розташованих в Москві і Підмосков'ї (Пущино, Обнінськ, Черноголовка), Петербурзі, Новосибірську , Красноярську, Владивостоці ... Хоча, справедливості ради, треба відмітити, що і в цій області (як і в усій російській науці в цілому) спостерігається деякий "занепад", пов'язаний як з браком фінансування і загальною економічною кризою в РФ, так і з проблемою brain-drain / " витоку мізків "/ у більш економічно сприятливі країни. Однак багато дослідні інститути Академії Наук Росії, Російської Академії Медичних наук, Російської Академії Сільськогосподарських Наук, Міністерства Охорони здоров'я і медичної промисловості продовжують наукові розвідки (поки ще..), Хоча і не на повну потужність. Одні з провідних центрів по країні Інститут біоорганічної хімії ім. М.А. Шемякіна та Ю.А. Овчинникова, Інститут молекулярної біології ім.В.А. Енгельгардта, Інститут органічного синтезу ім. Н.Д. химической биологии МГУ им. Зелінського, Інститут фізико - хімічної біології МДУ ім. Петербурге можно отметить Институт Цитологии РАН, химический и биологические ф-ты Гос. Білозерського та ін У Санкт - Петербурзі можна відзначити Інститут Цитології РАН, хімічний і біологічний ф-ти Держ. Університету, Інститут експериментальної медицини РАМН, Інститут онкології РАМН ім. Петрова, Інститут особливо чистих біопрепаратів МЗіМП і т.п. [2,83]

Основними проблемами, вирішити в останні роки фізико-хімічної біологією, є синтез білків і нуклеїнових кислот, встановлення нуклеотидної послідовності генома багатьох організмів (у тому числі визначення повної нуклеотидної послідовності генома людини), спрямований транспорт речовин через біологічні мембрани, розробка нових ліків, нових матеріалів для медичного використання, наприклад, для біопротезірованія. Особлива увага приділяється розробці біотехнологій, які часто бувають більш економічно вигідні, ефективні, ніж традиційні "технічні", не кажучи вже про їх екологічну чистоту. Ведуться активні роботи з клонування рослин і тварин, а також з отримання окремих органів поза організмом. Особливо примітний нещодавній успіх швейцарських вчених (перші повідомлення у пресі з'явилися в кінці лютого 1997 р), що отримали шляхом клонування сільськогосподарське тварина вівцю, яка була вирощена з клітки вимені матері-вівці; дочірня генетична копія була названа Доллі [24, с.13].

Це свідчить про те, що клонування зі сфери суто наукових експериментів переходить у сферу практики. Необхідно згадати і про лікування захворювань новим методом генотерапії зміною спадковості. Лікувальний ефект досягається шляхом переносу "виправленого" гена або з допомогою ретровірусу, або впровадженням ліпосом, що містять генетичні конструкції. Генотерапевтіческіе методи тільки зароджуються, але саме з їх допомогою вже була вилікувана маленька дівчинка, хвора на муковісцидоз; особливо перспективним є використання генотерапії в лікуванні хвороб, що передаються у спадок або виникають під дією вірусів. Ймовірно, з залученням саме цих методів будуть переможені СНІД, рак, грип і безліч інших, менш поширених хвороб.

Крім того, постійно досліджуються механізми перетворень хімічних речовин в організмах і на основі отриманих знань ведеться безперервний пошук лікарських речовин. ), используя микроорганизмы (многие из которых являются продуктом генной инженерии), либо путем ставшего почти традиционным химического синтеза, либо с помощью физико-химических методов выделения из природного сырья (частей растений и животных) [24, с.15]. Велика кількість різноманітних лікарських речовин в даний час отримують або біотехнологічно (інтерферон, інсулін, інтерлейкін, рефнолін, соматоген, антибіотики, лікарські вакцини та ін.), Використовуючи мікроорганізми (багато з яких є продуктом генної інженерії), або шляхом стало майже традиційним хімічного синтезу , або з допомогою фізико-хімічних методів виділення з природної сировини (частин рослин і тварин) [24, с.15].

Інший біологічної завданням хімії є пошук нових матеріалів, здатних замінити живу тканину, необхідних при протезуванні. Хімія подарувала лікарям сотні різноманітних варіантів нових матеріалів.

Крім безлічі ліків, в повсякденному житті люди стикаються з досягненнями фізико-хімічної біології в різних сферах своєї професійної діяльності і в побуті. З'являються нові продукти харчування або вдосконалюються технології збереження вже відомих продуктів. Виробляються нові косметичні препарати, що дозволяють людині бути здоровим і красивим, захищають його від несприятливого впливу навколишнього середовища. У техніці знаходять застосування різні біодобавки до багатьох продуктів оргсінтезу. У сільському господарстві застосовуються речовини, здатні підвищити врожаї (стимулятори росту, гербіциди та ін) або відлякати шкідників (феромони, гормони комах), вилікувати від хвороб рослин та тварин і багато інших ...

Всі ці перераховані вище успіхи були досягнуті із застосуванням знань і методів сучасної хімії. У сучасній біологи і медицині хімії належить одна з провідних ролей, і значення хімічної науки буде тільки зростати. "Стик наук" хімії та біології виявився на рідкість плідним [14, с.83].

Глава 2. Біологічна роль марганцю

2.1 Марганець - хімічний елемент

Марганець - d-елемент VII групи періодичної системи, з конфігурацією валентних електронів 3d54s2.

Деякі відомості про цей елемент наведені нижче:

Атомна маса 54,9380

Валентні електрони 3d54s2

Металевий атомний радіус, нм 0,130

Умовний радіус іона Mn2 +, нм 0,052

Умовний радіус іона Mn7 +, нм 0,046

Енергія іонізації Mn0 ® Mn +, еВ7, 44

Вміст у земній корі, мовляв. частки,% 3,2 · 10-2

Природні ізотопи 55Mn (100%)

На відміну від p-елементів, марганець утворює хімічні зв'язки за рахунок орбіталей як зовнішнього, так і предвнешнего квантових шарів, за рахунок 3d-, 4s - і 4p - орбіталей. Для марганцю характерні ступені окислення +2, +4 і +7, що відповідає стійкою не зв'язує електронної конфігурації d5 або d3, а також d0. Існують сполуки марганцю, в яких він проявляє ступені окислення 0, +3, +5 і +6. Для марганцю найбільш типові координаційні числа 6 і 4. Вплив ступеня окислення і відповідає їй електронної конфігурації атома на структуру комплексів (структурних одиниць) марганцю показано в таблиці 1.

Зі зростанням ступеня окислення у марганцю тенденція до утворення аніонних комплексів зростає, а катіонних падає (посилюється характер їх бінарних сполук).

Степени окисления и пространственная конфигурация Таблиця 1. Ступені окислення і просторова конфігурація комплексів (структурних одиниць) марганцю

Для хімії марганцю дуже характерні окисно-відновні реакції. При цьому кисле середовище сприяє утворенню катіонних комплексів Mn (II), а сільнощелочних середовище - аніонних комплексів Mn (VI). У нейтральному середовищі (а також слабокислою і слабощелочной) при окислювально-відновних процесах, утворюються похідні Mn (IV) (найчастіше MnO2) [23, с.10].

2.2 Властивості марганцю

Природні ресурси.

Марганець належить до досить поширеним елементам, складаючи 0,03% від загального числа атомів земної кори. Серед важких металів (атомна вага більше 40), до яких відносяться всі елементи перехідних рядів, марганець займає за поширеністю у земній корі третє місце слідом за залізом і титаном. Невеликі кількості марганцю містять багато гірські породи. Разом з тим, зустрічаються і скупчення його кисневих сполук, головним чином у вигляді мінералу пиролюзита - MnO2. Велике значення мають також мінерали Гаусманом - Mn3O4 і Браун - Mn2O3.