Биологическая роль фтора, хлора, брома и йода

По содержанию в организме человека хлор (0,15%) относится к макроэлементам, а остальные элементы этой группы (содержание 10^-5%) являются микроэлементами. Хлор и йод относятся к незамени­мым элементам, а остальные являются постоянными составными частями тканей.

В организме все галогены находятся в степени окисления -1, хлор и бром – в виде гидратированных ионов, а фтор и йод, глав­ным образом, в связанной форме входят в состав некоторых биоорганических соединений. Вследствие уменьшения электроотрицательности в ряду F - С1 - Br - I связь углерода с йодом наименее полярна, поэтому йод находится в живых организмах в виде элементооргани­ческих соединений (со связью С–I).

Фтор. В организме человека масса фтора составляет около 7 мг (10^-5%). Соединения фтора концентрируются в костной ткани, ногтях, зубах.

Недостаток фтора в организме приводит к кариесу зубов. В состав эмали зубов входит труднорастворимый фторапатит Ca₃(PO₄)₂∙CaF₂. Минеральную основу дентина составляют гидроксоапатит 3Ca₃(PO₄)₂∙Ca(OH)₂, хлорапатит 3Ca₃(PO₄)₂∙CaCl₂ и фторапатит 3Ca₃(PO₄)₂∙CaF₂.

Фторид ионы способствуют осаждению фосфата кальция, образуя защитный слой на поверхности зубов.

Под действием кислот, вырабатываемых бактериями, происходит растворение одной из минеральных основ тканей зубов – гидроксоапатита:

3Ca₃(PO₄)₂∙Ca(OH)₂ + 10H⁺ ® 10Ca²⁺ + 6H₂PO₄^- + 2H₂O

Причем очень часто разрушению подвергается не внешняя поверхность зуба, покрытая слоем эмали, а внутренние участки дентина. Пока эмаль повреждена незначительно (имеются предположения), введение NаF способствует образованию фторапатита, который облегчает реминерали­зацию начавшегося повреждения.

Хлор. Хлорид-ионы играют важную биологическую роль. Они акти­вируют некоторые ферменты, создают благоприятную среду для действия протеолитических ферментов желудочного сока. Для выработки соляной кислоты в желудке необходим NаСl. Помимо важной роли соляной кис­лоты в процессе пищеварения, NаС1 уничтожает различные болезне­творные бактерии (холеры, тифа). В форме соляной кислоты хлорид-ион является необходимым компонентом желудочного сока. Выделение соля­ной кислоты из клеток слизистой оболочки желудка можно описать следующим уравнением:

H₂CO₃(кровь) + Cl^- ® HCO₃^-(кровь) + HCl(желудок)

Соляная кислота желудочного сока необходима для перехода фермента пепсина в активную форму. Пепсин обеспечивает переваривание белков путем гидролитического расщепления пептидных связей:

R–CO–NH–R₁ + H₂O ® R–COOH + R₁–NH₂

Хлорид-ионы, образуя ионные слои по обеим сторонам клеточных мембран, участвуют в создании электрического мембранного потенциала, который регулирует ионные потоки через клеточные мембраны, перенос неоргани­ческих и органических веществ сквозь мембраны, участвуют в поддер­жании осмотического равновесия. Имея оптимальный радиус для проник­новения через мембрану клеток, хлорид-ионы совместно с ионами калия и натрия участвуют в создании определенного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена.

Бром локализуется преимущественно в железах внутренней секреции, в первую очередь в гипофизе. Биологическая роль соединений брома в нормальной жизнедеятельности организма еще недостаточно выяснена. Экспериментально установлено, что соединения брома угнетают функцию щитовидной железы и усиливают активность коры надпочечников.

Йод относится к числу незаменимых биогенных элементов, и его соеди­нения играют важную роль в процессах обмена веществ. Он влияет на синтез некоторых белков, жиров, гормонов. В организме человека йода содержится 25 мг (4´10^-5 %) и большая его половина находится в щитовидной железе (в виде гормонов). Щитовидная железа секретирует гормоны тироксин и трийодтиронин. Пониженная активность щитовидной железы (гипотиреоз) может быть связана с уменьшением её способности накапливать йодид-ионы, а также с недостатком в пище йода (эндеми­ческий зоб).

Таким образом, все р-элементы VII группы физиологически активны, хлор и йод незаменимы для нормальной жизнедеятельности организма. В организме галогены взаимозамещаемы, при этом наблюдаются как случаи синергизма, так и антагонизма. Антагонистами йода являются фтор и бром. Конкурируя с йодом, фтор может вытеснять его из йодорганических соединений и подавлять транспорт йода в организме. Поглощению йода щитовидной железой препятствует бром. К синергистам йода относится селен – при дефиците селена йод не усваивается.