Патологічні зміни живих організмів від надлишку та нестачі молібдену

/

ПАТОЛОГІЧНІ ЗМІНИ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ ВІД НЕСТАЧІ ТА НАДЛИШКУ МОЛІБДЕНУ

Молібден - хімічний елемент, позначається як Мо, в періодичній таблиці елементів його атомний номер 42, ат.м. 95,94. t_пл = 2620 °С; t_кип = 4600 °С. Сріблясто-сірий тугоплавкий метал. Густина 10200 кг/м³. Окиснюється на повітрі. Зустрічається у вигляді мінералу молібденіту. М. - мало поширений елемент. Кларк 1,1·10-4 % за масою. Варіації концентрацій в породах різного складу незначні - (0,4-3,5)·10-4 % за масою. Основні мінерали М. - молібденіт, молібдит і повеліт.

Молібден був відкритий К. Шеєле в 1778 р., але почав використовуватися тільки в ХХ ст. Основна галузь його застосування - металургія (85-90%), де він входить до складу легованих сталей і сплавів з V, W, Cu, Ni і Co (стеліти), а також з С (карбіди). Леговані сталі і сплави використовуються для станкобудування, нафтогазової, хімічної і електротехнічної промисловості і транспортного машинобудування, а також для виробництва броньових плит і бронебійних снарядів. Крім того, молібден використовується в електротехніці, радіотехніці, термотехніці, хімічній і нафтопереробній промисловості і як мікроелемент добрив. Важливий конструкційний матеріал електровакуумної, ракетної, авіаційної техніки, ядерної енергетики. Осн. сировина для виробництва М., його сплавів і сполук - молібденітові концентрати, що містять 45-52% Мо, 28-32% S і домішки ряду хім. елементів. Технічними умовами на молібденовий концентрат передбачено, що при вмісті Мо 47-50% кількість Cu не повинна перевищувати 0,5-2,0 %, Р - 0,07-0,15%, As - 0,07%, Sn - 0,07%, кварцу - 5-9%. Молібден отримують з молібденових, вольфрам-молібденових, мідно-молібденових і уран-молібденових руд.

На даний час молібден за своїм практичним значенням висунуто на одне з перших місць поміж інших мікроелементів, тому що цей елемент виявився досить важливим фактором у вирішенні двох кардинальних проблем сучасного сільського господарства - забезпеченні рослин азотом, а сільськогосподарських тварин білком. Зокрема визнано необхідність молібдену для росту рослин взагалі. За умови дефіциту молібдену в тканинах рослин накопичується велика кількість нітратів і порушується нормальний азотний обмін. Молібден бере участь у вуглеводневому обміні, в обміні фосфорних добрив, у синтезі вітамінів і хлорофілу, впливає на інтенсивність окислювально-відновлювальних реакцій. Після обробки насіння молібденом у листках підвищується вміст хлорофілу, каротину, фосфору й азоту. Встановлено, що молібден входить до складу ферменту нітратредуктази, що здійснює відновлення нітратів у рослинах. Активність цього ферменту залежить від рівня забезпеченості рослин молібденом, а так само від форм азоту, застосовуваних для їх живлення. При дефіциті молібдену в живильному середовищі різко знижується активність нітратредуктази. Нітратредуктаза за участю молібдену каталізує відновлення нітратів і нітритів, а також за участю молібдену відновлює нітрати до аміаку. Цим і пояснюється позитивна дія молібдену на підвищення вмісту білків у рослинах. Адже під впливом молібдену в рослинах збільшується також вміст вуглеводів, каротину та аскорбінової кислоти, підвищується вміст білкових речовин, збільшується вміст хлорофілу і підвищується інтенсивність фотосинтезу. Фізіологічна роль молібдену пов'язана з фіксацією атмосферного азоту, редукцією нітратного азоту в рослинах, участю в окисно-відновлювальних процесах, вуглеводному обміні, в синтезі хлорофілу й вітамінів.

Молібден бере участь у синтезі амінокислот і білків, регулює процес трансформації азоту в рослині. Він відіграє важливу роль у фіксації молекулярного азоту з атмосфери бульбочковими та вільноіснуючими азотфіксуючими бактеріями. Молібден входить до складу нітроредуктази і бере участь у відновленні нітратів до нітритів та нітрогенази - ферменту, що відповідає за зв'язування азоту атмосфери при біологічній фіксації. За нестачі цього елементу бульбочки на коренях бобових розвиваються слабше, знижуються обсяги азотфіксації.

Крім того, молібден активізує проходження окислювально-відновлювальних процесів у рослинах, бере участь у вуглеводному, азотному і фосфорному обмінах, синтезі вітамінів і хлорофілу, підвищує інтенсивність фотосинтезу.

Внесення молібдену під небобові культури сприяє кращому засвоєнню азоту з добрив і ґрунту, зменшує втрати азоту внаслідок вимивання нітратів і процесу денітрифікації.

Поліпшення азотного живлення, своєю чергою, збільшує обсяги засвоєного азоту і фосфору, поліпшує живлення рослин кальцієм, покращує засвоєння заліза. Підвищує вміст білка в зерні та сіні бобових трав, вітамінів і цукрів у овочах тощо.

Найбільш чутливі до нестачі молібдену бобові культури, деякі з родини хрестоцвітих (особливо ріпак і гірчиця), цукрові буряки. Позитивно реагують на внесення цього елементу пшениця, кукурудза, овес, гречка, льон, картопля, помідори.

Зовнішні ознаки нестачі молібдену в рослинах подібні до азотного голодування. Спочатку проявляються блідо-зелені плями між жилками листка, листки світло-зеленого кольору, потім вони буріють і відмирають. Послаблюється ріст рослини, затримується цвітіння. У разі великої нестачі молібдену точка росту відмирає. Симптоми дефіциту можуть виявлятися уже на сім'ядолях, а пізніше на інших органах.

В озимих зернових молібден інтенсифікує процес фотосинтезу за нижчих температур повітря і слабшій сонячній інсоляції. Впливає на утворення та стабільність хлорофілу. Підвищує стійкість до холоду, нестачі вологи. Ознаками нестачі молібдену є сповільнення росту, деформація листкової пластинки, поява некротичних плям, пожовтіння листя.

Перешкоджають засвоєнню молібдену високий вміст у ґрунті іонів Мn, Fе, Сu, SO4, NO3, висока кислотність ґрунту. Сприяють - кислотність у межах рН 6,8-8,5 та оптимальний вміст іонів Р, Са. Частково піддається процесові реутилізації зі старих органів рослин.

Молібдену рослинам потрібно менше, ніж бору, марганцю, цинку чи міді. Підвищує доступність молібдену фосфор.

Особливо ефективним є застосування молібдену на кислих ґрунтах, піщаних, з високим вмістом заліза, бідних на фосфор, інтенсивно удобрених мінеральними добривами.

Недолік молібдену виявляється в першу чергу на кислих грунтах. Оскільки при недоліку молібдену знижується вміст хлорофілу в тканинах, то на листках з'являються жовті плями, між жилками або на краю листка. Краї листя закручуються і сохнуть. У квітучих рослин утворюються квітки потворних форм. Надлишок молібдену приводь до порушення засвоюваності міді, відповідно ознаками недоліку цього елемента.

Хоча молібден знайдений в таких мінералах, як вульфеніт (PbMoO₄) та повеліт (CaMoO₄), головним промисловим джерелом молібдену є молібденіт (MoS₂). Молібден видобувається безпосередньо, а також як побічний продукт видобутку міді. Молібден присутній у рудах від 0,01 % приблизно до 0,5 %. Сукупно Китай, США та Чилі володіють більш ніж двома третинами світових запасів молібденових руд.

Як з'ясовано, молібден відіграє значну роль у біології всіх класів організмів. Це виявлено для двох груп ферментів, нітрогеназ та ферментів molybdopterin (молібдоптеріноксидоредуктоза).

Нітрогенази знайдені в бактеріях, і залучені у зв'язування азоту.

Бактерії можуть бути знайдені всередині рослин. Атом молібдену присутній в кластері (див. хімію кластерів), який включає атоми сірки та заліза. Назва molybdopterin уводить в оману, оскільки група ферментів включає утримуючі вольфрам ферменти, і слово 'molybdopterin' фактично не звернуте до атому металу. Група може також згадуватися як 'одноядерні ферменти молібдену', оскільки атом металу відсутній в кластері. Ця група ферментів залучена в різні процеси, як частина глобальних сірчаних, азотних та вуглецевих циклів, та, як правило, залучена як частина процесу в переміщення атому кисню.

При вирощуванні рослин існує потреба в наявності незначної кількості молібдену. Дефіцит молібдену призводить до непродуктивності ґрунтів. Рослини і тварини мають наявність молібдену в кількостях декількох частин на мільйон. У тварин молібден є діючим кофактором оксидази ксантину, ферменту, який залучений в розкладання пурину та формування сечової кислоти. У деяких тварин, додавання малих кількостей молібдену до їжі підсилює ріст.

Молібден є компонентом деяких ферментів (альдегідоксидаза, гідрогеназа, нітратредуктаза), каталізує в рослинах перехід нітратів у нітриті і присутній у всіх органах, в тому числі в коренях. Молібден бере участь у фіксації молекулярного азоту клубеньковими бактеріями з роду Rhizobium, бере участь у фосфорному та білковому обміні, у створенні пектину.

Недостатність молібдену веде до накопичення розчинних азотомістких сполук та гальмування створення фосфороорганічних компонентів у рослині. Кисла реакція ґрунтів дуже сильно зменшує його рухливість, а отже і засвоюваність рослинами. На торф'янистих ґрунтах, де багато нерозкладеної органічної маси, молібден сильно зв'язаний і недоступний для рослин.

На відміну від інших мікроелементів, молібден може накопичуватися в рослинах у доволі великих кількостях, не спричиняючи токсичної дії. Молібденове голодування може викликати зменшення створення аскорбінової кислоти, що тягне за собою зниження інтенсивності фотосинтезу в результаті падіння регенерації хлорофілу.

Ознаки дефіциту молібдену особливо помітні в капустяних (цвітна капуста). Листки зкручуються, зморщуються, набувають ланцетовидної форми, їх тканина буває тонкою і прозорою, тоді як колір листків стає брудно-зеленим.

Перша і друга пари справжніх листків томату жовтіють, закручуються краями вверх. Хлороз розповсюджується між прожилками на всю пластинку листка. В огірка хлороз спостерігається на краях листків. У бобових рослин і плодових культур на листках, як і при недостатності азоту, з'являються світло-зелені плями. Пил молібдену та його з'єднань, таких як триокис молібдену і молібдатів, що розчинюються у воді, можуть мати незначну токсичність при вдиханні або потраплянні всередину. Лабораторні тести свідчать, що такий молібден, у порівнянні з багатьма важкими металами, має відносно низьку токсичність. Гостра токсичність у людей малоймовірна, оскільки доза для ураження повинна бути винятково великою. Є ризик накопичення молібдену організмах працюючих в видобувній промисловості та на збагаченні руд, в хімічній промисловості, але досі не було повідомлень про такі ураження. Хоча розчинні у воді сполуки молібдену можуть мати невелику токсичність, ті, які є нерозчинними, типу мастильного дисульфіду молібдену, як видається, є неотруйними.

Однак, події в екологічних ланцюгах, які пов'язані з молібденом, можуть скінчитися серйозними наслідками для здоров'я. В 1996 році, внаслідок збільшення кислотних дощів поблизу Уппсали, Швеція відбулось виснаження в природних харчових продуктах американського лося в сусідніх сільських районах. Це змусило американських лосів вживати вівсяне зерно з полів фермерів, ґрунти яких були оброблені вапном з метою компенсування впливу кислоти. Вапно викликало зміни у рівнях кадмію та інших металів з невеликою кількістю в ґрунті, та привело до значного збільшення кількості молібдену у зерні вівса. Приймання в їжу вівса сотнями американських лосів викликало серйозне порушення відношення молібдену до міді в печінці, що призвело до виснаження, волосяного знебарвлення, виразки, діареї, конвульсій, сліпоти, остеопорозів і, в кінцевому результаті до зупинки серця.

молібден вуглеводний реакція дефіцит

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Ахметов Н.С. Загальна та неорганічна хімія. - 3-е видання, перероб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2008р.

2. Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет - Донецьк:'Вебер', 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0

3. Зелікман О.М. Молібден. Збірник, пров. з англ. - М., 2000р.

4. Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. -- Донецьк: Донбас, 2004. -- ISBN 966-7804-14-3.