Загадочный элемент

[grihan]

В различных биохимических процессах человеческого организма участвует чуть-ли не половина таблицы Менделеева. У нас есть фтор в зубах, йод в щитовидке, кальций и в костях, фосфор в ДНК, железо в гемоглобине, сера в двух аминокислотах, магний, бор, селен, хром, марганец, кобальт, никель, цинк, молибден, стронций и ещё чего-то там в энзимах. И при этом чиорд побьери там натурально почти нет КРЕМНИЯ. (upd: если крысам (и людям тоже) давать еду без кремния - им будет херово. Но почему именно - неизвестно)



Что, никто не удивлён? А зря. В таблице кремний сидит прямиком под углеродом, который как известно главный элемент живого. С углеродом кремний делает довольно прочные связи, и ни сам по себе, ни в большинстве известных соединений вовсе не обладает какой-либо токсичностью, есть несколько кремнесодержащих лекарств разрешённых FDA. Более того, это второй по распостранённости (после кислорода) химический элемент на Земле. Неужели молекулы, постепенно самособираясь в первую клетку в лужице первичного бульончика, умудрились пренебречь элементом, которого вокруг как грязи? То есть кoторый собственно и является грязью?



А ведь кремний умеет много чего, чего углеро почти икогда не умеет - например легко давать пяти и шести координационные структуры, кремний может индуцировать некоторые органические реакции, как никто кроме него, имеет физические свойства, которые вовсю используются в полупроводниках, солнечных батареях, разделительных колоннах, итд, итп - полезная штука вобщем полюбому.


Пример реакции гексавалентного кремния отсюда
Углерод так не умеет

Может быть есть какая-то фундаментальная особенность, которая не даёт природе интегрировать его в биохимию? Как будто специально чтоб посмеяться над нами, тому существует почти единственное в своём роде опровержение: диатомные водоросли. Эти мелкие твари, составляющие вообще-то основную массу фитопланктона, умеют биохимически полимеризовать кремниевую кислоту и делать из неё себе красивейшие силиконовые сиськи панцири. (upd 2) Кроме них это умеют делать ещё 75% видов губок и парa видов радиолярий. Ещё кремний ограниченно используется в некоторых растениях. Вроде всё.


Разнообразие панцирей диатомей, иллюстрация из книги
Эрнста Геккеля «Kunstformen der Natur», 1904

Согласно имеющимся данным, диатомы эволюционировали из красных водорослей то ли в мелу, то ли в юрском периоде, то ли сами развив биохимию силики, то ли позаимствовав у кого-то соответствующие гены. В любом случае, скорее всего умение эффективно связывать соединения кремния распостранилось гораздо позже, чем скелеты из кальция. А то не исключено, что сегодня мы бы сами себе натурально наращивали силикон.

А ещё мне кажется, что отсутствие в природе развитой биохимии кремния является сильным аргументом в пользу того, что жизнь таки занесло на Землю метеоритами. Или инопланетянами.

Comments

[haritonoff.livejournal.com]

Кремний дохрена участвует в метаболизме животных и еще больше растений. Хороший обзор например тут: http://www.inbi.ras.ru/ubkh/41/kolesnikov.pdf

[grihanm.livejournal.com]

Чота я очкую... Я на самом деле проработал в (довольно ведущей) группе кремнеорганической химии почти 10 лет - тут чота както нечисто...

Вполне возможно что кремний находится повсюду и в живых организмах тоже, но роль в биохимии высших животных никак не определена и он не считается необходимым элементом питания - в этом я уверен.

В ссылке ещё напрягают упоминания гомеопатии и изобилие довольно старых ссылок на русскоязычные журналы.

Я немного поправлю, но пока меня не переубедили, сорри.

[haritonoff.livejournal.com]

А зечем нам обязательно животные, да еще и высшие, если речь в посте о диатомовых водорослях как чуть ли не единственном исключении? Что касается высших животных - то кремний вроде участвует в синтезе человеческих эластина и коллагена, нет?

[grihanm.livejournal.com]

1) ну как зачем - тут интересно почему

2) если и участвует, то (по имеющимся данным) потому что может, а не потому что нужен

[haritonoff.livejournal.com]

1. Я не об этом - растения его вовсю используют.

2. В смысле, попадает как случайная примесь? Точно?? А вот физиологи пишут, что это таки регулятор синтеза коллагена костной ткани. Или вот перечисление: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medicine/18885/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8B

[grihanm.livejournal.com]

Похоже там использован тот же источник, что и в первой ссылке :(

Я в англоязычной литературе и близко ничего подобного не встречал

[haritonoff.livejournal.com]

Так возрастает концентрация кремния в зоне роста кости или не возрастает? ) Участвует кремний в связях кератин-кератин и кератин-пигмент? Или есть доказательства того, что это заговор косметологов и фармацевтов?

[grihanm.livejournal.com]

Ну какой заговор - зачем так? В твоей ссылке нет высказываний фармацевтов и косметологов а есть какая-то информация, написанная кем-то, кто не очень в биохимии сечёт.

Например "Суточная потребность в диоксиде кремния SiO2" - это нонсенс, потому что диоксид кремния это песок, y него нулевая растворимость,
в нём не может быть никакой потребности - потребность может быть в кислоте H4SiO4 или в ионах этой кислоты.

У нас в группе (не лично я) в статьях и грантах всегда писали, что достоверного участия кремния в биохимии (человека) не обнаружено.

Вот нарыл ревью в уважаемом журнале, правда тоже довольно старую (1996):

http://www.sciencedirect.com.myaccess.library.utoronto.ca/science/article/pii/S0010854596900284

Silicon was confirmed as an essential element in experiments (1972) in which rats and chicks fed on a silicon-depleted diet showed reduced weight gains and pathological changes in the formation and structures of collagenous connective tissue and bone. The biochemical mechanisms underlying the effects of silicon deficiency have until recently been obscure, with no evidence for any organic binding of silicon.

Но мне и это кажется немного подозрительным - на неё плохо ссылаются + сколько не гуглил - нигде силикон не упоминается как essential element - ну хоть тресни. В вики ссылка на книжку (1999), в которой сказано "Arsenic, silicon, and vanadium have established, albeit specialized, biochemical roles as structural or functional cofactors in other organisms, and are possibly, even probably, used by mammals (including humans).

Надо флейворкемиста спросить.

[haritonoff.livejournal.com]

Про потребность в песке написал явно не тот, кто устанавливал участие кремния в оссификации и оволосении - он так же, как и я, взял эти сведения в каком-то источнике, у того, кто все-таки сечет в биохимии. ))) Во всяком случае, я ссылаюсь на него не как на бесспорного авторитета. а как на пример того, что - есть такая буква!

[grihanm.livejournal.com]

Мне кажется у нас не осталось серьёзных разногласий. :)

[haritonoff.livejournal.com]

Пожалуй, нет.

[grihanm.livejournal.com]

В пылу полемики зарапортовался. SiO2 + 2H2O --> H4SiO4

[grihanm.livejournal.com]

http://www.mii.org/periodic/lifeelement.html#si

Silicon is indeed a very common mineral that is required by our bodies. We use it, along with calcium, to grow and maintain strong bones. It is also important to the formation of connective tissues, like ligaments and tendons. Silicon is also important for the growth of hair, skin and fingernails. Unfortunately, despite the fact that silicon is important to the human body, there is comparatively little being done to learn more about why and exactly how it is important for good health.

It is possible that silicon is influential in preventing veins and arteries from getting hard and stiff, though there is no clear understanding of how this element affects artery hardening. Also, it is known that silicon reduces the effectiveness of aluminum in the body. It has been suggested that silicon may be able to delay or prevent Alzheimer’s disease. But once again, it is unclear how silicon may affect this degenerative disease of the brain. A form of silicon is actually a home remedy for problems with weakening bones, painful joints and aging skin, though there is no clear evidence that it actually helps such conditions.

[haritonoff.livejournal.com]

Я ж говорю! Кто ищет - тот найдет )

[grihanm.livejournal.com]

Unfortunately, despite the fact that silicon is important to the human body, there is comparatively little being done to learn more about why and exactly how it is important for good health.

there is no clear understanding of how this element affects artery hardening.

it is unclear how silicon may affect this degenerative disease of the brain.

there is no clear evidence that it actually helps such conditions

[haritonoff.livejournal.com]

Ну дак comparatively little being done - вот и no clear understanding. Еще много процессов детально неизучены. А саму зависимость автор отнюдь не отрицает, просто констатирует, что не знает, как именно.

[grihanm.livejournal.com]

(Продолжаю читать) это на самом деле ужас - там очень много мути... брррр...

[haritonoff.livejournal.com]

Мути, может и много - спорить, не буду, я не вчитывался ) Так, нагуглил статью пообширнее. Но и правильные вещи там есть.

И что вы о кремниевых губках так пренебрежительно - "пара видов" - их же полно http://www.apus.ru/site.xp/055057049055.html , а раньше еще больше было.

[grihanm.livejournal.com]

Да - про губки я таки прогнал, согласен. 75% видов - кремнёвые. Что опять же говорит о большой выгоде умения связывать кремний и непонятках отсутсвия йетого умения у большинства живых существ.

[haritonoff.livejournal.com]

Какая такая выгода по сравнению с кальцием? Да никакой. Полупроводниковыми свойствами губки не обладают (точнее, не в большей степени, чем "кальциевые" организмы), от солнечного света электричество не вырабатывают...

По мне так кальциевый скелет иметь наоборот выгоднее, поскольку растворимые соединения кальция добыть проще.

[grihanm.livejournal.com]

Если выгоднee - почему основная масса фитопланктона и 75% видов губок предпочитают кремний? :)

[haritonoff.livejournal.com]

А почему некоторые черви, предпочитают в основе дыхательного пигмента иметь цинк, все головоногие моллюски - медь, а все позвоночные - железо? Думаю, нипочему. Вряд ли их спрашивали, что бы они что-то "предпочли". Какая мутация оказалась удачной, привела к возникновению того или иного скелета или транспортного пигмента - та и закрепилась.

[grihanm.livejournal.com]

Тут не просто закрепилась, а оказалась чертовски выгодной...

Надо нарыть палеонтологические данные о наличии кальция в древних морях. Вполне возможно что его много сейчас, когда все его юзают, а в далёкие времена его в таких количествах не было.

[haritonoff.livejournal.com]

Я так и не услышал, чем выгодной-то? Какие преимущества по сравнению с кальциевым скелетом?

Как не было? Каким образом его было меньше от того, что его не юзали? )))

[grihanm.livejournal.com]

"чем выгодной-то?"
У диатомов и у губок спросить надо - они не всегда умели кремний юзать, а научились его юзать гораздо позже чем их предки юзали кальций. А когда научились - получили преимущество. Это факт.

Таким же образом, как когда-то в атмосфере не было кислорода :)