БИОГЕННЫЕ d-ЭЛЕМЕНТЫ У атомов d-элементов заполняется электронами dподуровень

БИОГЕННЫЕ d-ЭЛЕМЕНТЫ У атомов d-элементов заполняется электронами dподуровень предвнешнего уровня: ns(1→ 2) (n– 1)d 1→ 10.

Марганец, Mn 4 s 23 d 5. 25 Степени окисления +2 +3 +4 +6 +7 Оксиды Mn. O Mn 2 O 3 Mn. O 2 Mn. O 3 Mn 2 O 7 Кислотноосновные свойства Основной оксид Амфотерный оксид Кислотный оксид Гидроксид ы Mn(OH)3 Mn(OH)4, H 2 Mn. O 3 H 2 Mn. O 4 HМn. O 4 Соли Mn. SO 4 K 2 Mn. O 4 KМn. O 4 ОВсвойства Слабый восста новите ль 2 Mn 2(SO 4)3 ОВдвойственн ость ОВдвойствен ность Сильный окислите ль

Основные и восстановительные свойства Mn 2+ n n n Mn. O+H 2 SO 4+5 H 2 O=[Mn(H 2 O)6]SO 4 Mn. SO 4+2 Na. OH=Mn(OH)2 +Na 2 SO 4 Mn(OH)2+O 2+H 2 O Mn(OH)4 Mn. O 2 +H 2 O Качественная реакция на Mn 2+ : n 2 Mn(NO 3)2+5 Na. Вi. O 3+16 HNO 3= 2 HMn. O 4+5 Вi(NO 3)3+5 Na. NO 3+7 H 2 O фиолетовое окрашивание

Mn. O 2 - окислительновосстановительная двойственность: n 2 Mn. O 2+3 Na. Вi. O 3+12 HNO 3 => 2 HMn. O 4+3 Вi(NO 3)3+3 Na. NO 3+5 H 2 O восстановительные свойства; n Mn. O 2+4 HCl=>Mn. Cl 2+2 H 2 O окислительные свойства.

KМn. O 4 - сильный окислитель n при отравлениях обезвреживание идет за счет окислительно-восстановительной реакции: n 2 KMn. O 4+5 H 2 O 2+6 CH 3 COOH => 2 Mn(CH 3 COO)2+2 CH 3 COOK+5 O 2+8 H 2 O

Зависимость ОВР от p. H: n в кислой среде 0 Mn. O 4 -/Mn 2+ = 1, 52 В 2 KMn. O 4+5 K 2 SO 3+3 H 2 SO 4=2 Mn. SO 4+6 K 2 SO 4+3 H 2 O n в нейтральной среде 0 Mn. O 4 -/Mn. O 2 = 0, 6 В 2 KMn. O 4+3 K 2 SO 3+H 2 O=2 Mn. O 2+3 K 2 SO 4+2 KOH n в щелочной среде 0 Mn. O 4 -/Mn. O 42 - = 0, 56 В 2 KMn. O 4+K 2 SO 3+2 KOH=2 K 2 Mn. O 4+K 2 SO 4+H 2 O

Mn in vivo n В организме человека содержится около 12 мг марганца, ω(Mn) = 10 -5 %, микроэлемент. n Топография: кости (43%), мышцы, печень, ногти, поджелудочная железа, мозг, лёгкие, селезёнка.

Биороль n В составе фермента аргиназы марганец участвует в цикле мочевинообразования. На последнем этапе синтеза мочевины аргиназа катализирует расщепление аргинина на мочевину и орнитин.

NH 2 C NH CH 2 CH 2 CH COOH NH Аргинин CH 3 CH 2 CH COOH Орнитин NH 2 + H 2 O NH 2 + NH 2 C NH 2 O Мочевина АРГ Mn 2+

Биороль n n В составе фосфоглюкомутазы участвует в углеводном обмене. фосфоглюкомутаза Глюкоза – 1 – фосфат Глюкоза – 6 – фосфат n В составе фермента холинэстеразы участвует в процессе свертывания крови. n Ионы Mn+2 стабилизируют конформацию нуклеиновых кислот, подобно Mg+2 , образуют соединительные мостики. n Участвует в синтезе витаминов В и С.

n Установлено влияние марганца на образование гемоглобина. n Mn+2, подобно Mg+2, в составе активных форм АТФ и АДФ участвует в аккумуляции и переносе энергии в организме. n [АТФ Мn]2– +H 2 O→ [АДФ Мn]– +H 2 PO 4 -+ ∆H n Марганец способствует усвоению фосфора и кальция и влияет на образование костей, минеральный обмен, рост, размножение.

Избыток и недостаток: n Суточная потребность 5 -7 мг. Марганец содержится в печени, красной свекле, томатах, моркови, сое, горохе, картофеле. n Дефицит марганца вызывает снижение тонуса, замедление роста, нарушение в структуре нуклеиновых кислот. n Избыток марганца приводит к марганцевому рахиту из-за вытеснения кальция из костей.

Лекарственные препараты: n Mn. Cl 2, Mn. SO 4 в сочетании с солями железа, меди, кобальта используют для лечения анемии и при больших кровопотерях. n KMn. O 4 – наружное антисептическое средство; 0, 01 -5% для промывания ран; 5% как кровоостанавливающее.

Железо n Fe 4 s 23 d 6 26 n с. о. +2 и +3 n координационное число в комплексных соединениях 6.

Химические превращения (Fe 2+) n Fe+2 HCl=Fe. Cl 2+H 2 ; n Fe. Cl 2+2 Na. OH=Fe(OH)2 +2 Na. Cl; Fe(OH)2 проявляет основные и восстановительные свойства: n n Fe(OH)2+H 2 SO 4=Fe. SO 4+2 H 2 O; Fe(OH)2+O 2+H 2 О Fe(OH)3. Fe(OH)2 разлагается при нагревании с образованием соответствующего Fe. O: n Fe(OH)2 Fe. O+H 2 O.

Химические превращения (Fe 3+) n Fe(OH)3 проявляет амфотерные свойства, т. е. реагирует и с кислотами, и с основаниями: Fe(OH)3+3 HCl=Fe. Cl 3+3 H 2 O; n Fe(OH)3+3 Na. OH=Na 3[Fe(OH)6]. n

n Соли Fe 3+ легко гидролизуются с образованием малорастворимых основных солей, поэтому для перорального приема назначают препараты Fe 2+: n Fe. Cl 3+H 2 O Fe(OH)Cl 2 +HCl;

Fe in vivo n Содержание железа в организме около 5 г, ω(Fe) ≈ 10 -2 %, микроэлемент. n Топография: большая часть железа сосредоточена в гемоглобине (~70%), в печени (~5%), селезёнке, костном мозге, почках, плазме крови.

Биороль n Транспортные биокомплексы: а) гемоглобин (Hb) обратимо связывает кислород и переносит его от лёгких к тканям: [Hb. Fe+2] + O 2 [Hb. Fe+2 O 2]; n дезоксигемоглобин

б) миоглобин (Mb) осуществляет обратимый перенос кислорода в мышцах: [Mb. Fe+2] + O 2 дезоксиформа [Mb. Fe+2 O 2]; оксиформа

n в) трансферрин – железосодержащий белок, легко проходит через клеточную мембрану и доставляет Fe+3 от ферритина в костный мозг для синтеза гемоглобина.

Ферритин – является аккумуляторным биокластером, в его полости депонируется Fe+3, которое организм использует по мере необходимости.

Ферментативные комплексы железа: а) цитохромы(ЦХ) катализируют перенос электронов в дыхательной цепи за счёт изменения степени окисления железа: [ЦХ ∙ Fe+3] + ē [ЦХ ∙ Fe+2]

б) каталаза, активный центр которой содержит Fe+3, ускоряет процесс разложения токсичного пероксида водорода: n каталаза 2 Н 2 О 2 2 Н 2 О + О 2

Избыток и недостаток n Суточная потребность железа составляет 1 мг, но из пищи усваивается только 10 -20%, поэтому должно поступать 10 мг (мужчины), 20 мг (женщины). n Железо содержится в печени, рыбе, изюме, гранатах, лесной землянике.

n При недостатке железа в организме (или большой его потере) развивается железодефицитная анемия (малокровие). n У беременных женщин невынашиваемость, недоразвитость плода, патологические роды. У детей- нарушение психики, отсутствие внимания, повышение заболеваемости.

Железодефицитная анемия

Лекарственные препараты: Fe. Cl 2, Fe. SO 4 · 7 H 2 O, “феррамид” (комплекс Fe с никотиновой кислотой), аскорбинат железа (II), лактат железа (II), “ферроплекс” (Fe. SO 4 с аскорбиновой кислотой), глицерофосфат железа (III) применяются для лечения анемии.

Fe. Cl 3 (слабый окислитель) – применяют наружно как дезинфицирующее и кровоостанавливающее средство

Кобальт n Co 4 s 2 3 d 7 27 с. о. +2 и +3 координационное число в комплексных соединениях 6.

Co in vivo n Содержание в организме 1, 2 мг кобальта, микроэлемент. n Топография: мышцы (43%), кости (14%), печень.

Биороль n Биороль кобальта связана с витамином В 12, который является порфириновым комплексом Со+³ и в организме выполняет две основные функции: n В реакциях метилирования переносит СН 3 – группы (синтез холина, лецитина, тимина, метионина, ДНК)

n Осуществляет перенос Н+, кобальт при этом восстанавливается: +ē n HR · Со+3 ē - R· Со+2+ H+ n Кобальт в составе витамина В 12, выполняя указанные функции, влияет на минеральный, углеводный, белковый и жировой обмен, а также участвует в кроветворении (синергизм с железом).

Избыток и недостаток n Суточная потребность составляет 0, 3 мг кобальта. Витамин В 12 содержится в мясе, печени, почках, рыбе, молоке, яйце. n Недостаток витамина В 12 в организме вызывает злокачественную анемию.

B 12 дефицитная анемия

Лекарственные препараты: n Витамин В 12 – для лечения анемии, нервных заболеваний n Коамид (комплекс кобальта с никотиновой кислотой) – для лечения анемии Изотоп радиоактивного кобальта 60 Со – для лечения злокачественных опухолей. n

Медь n Электронная формула: Сu 4 s 13 d 10, 29 с. о. +1 , +2 координационные числа 2 и 4.

Химические свойства 2 Сu+O 2=2 Cu. O+Cu=Cu 2 O+2 HCl=2 Cu. Cl+2 NH 3=[Cu(NH 3)2]Cl

Cu. O+H 2 SO 4=Cu. SO 4+H 2 O Cu. SO 4+2 Na. OH=Cu(OH)2 +2 Na. Cl.

Химические свойства n Cu(OH)2 обладает амфотерными свойствами, т. е. реагирует и с кислотами, и с основаниями, образует комплексные соединения с координационным числом 4. Cu(OH)2+2 HCl=Cu. Cl 2+2 H 2 O Cu(OH)2+2 Na. OH = Na 2[Cu(OH)4] Cu(OH)2+4 NH 3 = [Cu(NH 3)4](OH)2.

n Все соединения Cu ядовиты, даже сама металлическая Cu, т. к. на ее поверхности образуется ядовитый зеленый налет гидроксокарбоната меди: 2 Cu+O 2+CO 2+H 2 O = (Cu. OH)2 CO 3.

Cu in vivo n В организме взрослого человека содержится около 100 мг меди, микроэлемент. n Топография: печень, головной мозг, кровь.

Биороль n В биохимических процессах медь участвует в виде комплексов Сu+ и Сu 2+ с биолигандами. Известно около 25 медьсодержащих белков и ферментов.

n Медьсодержащие ферменты оксигеназы [ОКГ Сu+] активируют молекулу кислорода в процессе окисления органических соединений: O n n [ОКГ Сu+] + О 2 → [ОКГ Сu 2+ ] O O ] + RCH 2 OH → RCOOH + [ОКГ Сu+] + H 2 O O

Биороль Фермент супероксиддисмутаза [СОД Сu 2+] ускоряет реакцию разложения токсичного супероксид-иона ·О 2 - n [СОД Сu 2+] +·О 2 - → [СОД Сu+] + О 2 [СОД Сu+] + ·О 2 - + 2 H+ →[СОД Сu 2+] + Н 2 О 2

n Фермент цитохромоксидаза [Fe 2+ЦХОСu+], катализирует перенос электронов на кислород на конечном этапе тканевого дыхания: 2[Fe 2+ЦХОСu+] + О 2 + 4 H+ → 2[Fe 3+ЦХОСu 2+] + 2 H 2 O

Биороль Медьсодержащий белок плазмы крови церулоплазмин [ЦП]: а)катализирует окисление Fe+2 в Fe+3 в процессе кроветворения: Fe+2 + [ЦПСu 2+] → Fe+3 + [ЦПСu+]

б)восстановленная форма церулоплазмина [ЦПСu+] катализирует восстановление кислорода в воду: О 2+4[ЦПСu+] +4 H+ → 2 H 2 O + 4 [ЦПСu 2+]

в)осуществляет транспорт меди в органы, регулирует баланс меди и обеспечивает выведение её избытка из организма: [ЦПСu 2+]→[органы Сu 2+]+ [ЦП] Медь вместе с железом участвует в кроветворении, способствует синтезу гемоглобина, образованию новых эритроцитов.

Избыток и недостаток Суточная потребность 4 -5 мг. Медь содержится в печени телят и ягнят, белых грибах, черной смородине, абрикосах, устрицах. n

Дефицит меди может привести к разрушению эритроцитов (медная анемия), а также нарушению остеогенеза с изменениями в скелете (экзотическая атаксия) и др.

Избыток меди возможен при нарушении синтеза церулоплазмина. Медь накапливается в печени, нервных клетках, разрушая их (болезнь Вильсона-Коновалова)

ЦИРРОЗ ПЕЧЕНИ ПРИ БОЛЕЗНИ ВИЛЬСОНА-КОНОВАЛОВА

Лекарственные препараты: n Cu. SO 4 - наружно как антисептик, вяжущее, прижигающие n Cu. SO 4 - в микродозах для лечения анемии. n Cu 2 O и Cu. O - в стоматологии в составе фосфатных бактерицидных цементов как пломбировочный материал.

Цинк Электронная формула: 30 Zn 4 s 23 d 10 с. о. +2 координационное число 4.

Химические свойства: n 2 Zn+O 2=2 Zn. O n Zn. O+H 2 SO 4=Zn. SO 4+H 2 O n Качественная реакция на ион Zn 2+ - образование белого осадка сульфида цинка Zn. S: Zn. SO 4+H 2 S=Zn. S +Н 2 SO 4 n Zn. SO 4+4 NH 3=[Zn(NH 3)4]SO 4 n Zn. SO 4+2 Na. OH=Zn(OH)2 +Na 2 SO 4.

Амфотерность Zn(OH)2 n Zn(OH)2 является амфотерным гидроксидом, реагирует и с кислотами, и с основаниями: Zn(OH)2+2 HCl=Zn. Cl 2+2 H 2 O n Zn(OH)2+2 Na. OH=Na 2[Zn(OH)4]. n

Zn in vivo n В организме взрослого человека содержится 1, 4 – 2, 3 г цинка, микроэлемент. n Топография: мышцы (65%), кости (20%), кровь (9%), печень, половые железы, поджелудочная железа, сетчатая оболочка глаз.

Биороль Цинк входит в состав более 40 металлоферментов: а) карбоангидраза в эритроцитах катализирует обратимую гидратацию СО 2, тем самым влияет на процесс дыхания и газообмена организма: карбоангидраза СО 2 + Н 2 О Н 2 СО 3 ;

б) карбоксипептидаза КОПZn 2+ участвует в гидролизе пептидной связи белков: КОП Zn 2+ R 1 CO-NH R 2 + H 2 O R 1 COOH + R 2 -N H 2 в) дипептидазы катализируют реакции гидролиза дипептидов.

Биороль n Известное влияние цинк оказывает на углеводный обмен, входит в состав активной формы инсулина. n Активирует биосинтез витаминов В и С. n Стимулирует фагоцитарную активность лейкоцитов.

n Участвует в формировании спиральной структуры РНК. n Цинк влияет на рост, половое развитие, размножение, способствует делению клеток, в том числе раковых. Концентрация Zn 2+ в атипичных клетках возрастает, это можно использовать для диагностики рака на ранних стадиях.

Избыток и недостаток n Суточная потребность цинка около 20 мг компенсируется продуктами, которые употребляют в пищу. Наиболее богаты цинком мясо, печень, молоко, яйцо. n Дефицит цинка при недоедании или алкоголизме приводит к отставанию в росте, половом созревании, к поражению кожных покровов.

Лекарственные препараты: n Zn. Cl 2 – вяжущее, прижигающее и антисептическое действие – для лечения воспаления слизистых. n Zn. SO 4 – 0, 25 %-ный раствор в качестве глазных капель. n Zn. O, Zn. SO 4 – в стоматологии в качестве временного пломбировочного материала. n Zn. O – в дерматологии в виде мазей, присыпок, как вяжущее и противовоспалительное средство.

Токсическое действие Cd, Hg: Наиболее токсична метилртуть (CH 3 Hg+). Она образуется в водоемах из неорганических соединений ртути под действием ферментов микроорганизмов: Hg 2+ + CH‾ 3→ CH 3 Hg+ карбанион метилртуть

Метилртуть накапливается в рыбе, а затем с пищей попадает в организм человека, растворяется в липидах мембран и проникает в клетки. Накапливается в почках, мозге, эритроцитах, проникает через плаценту в плод и нарушает структуру ДНК и РНК.

Постепенно концентрируясь, она вызывает необратимые разрушения в организме и смерть. Отравление метилртутью вызывает болезнь Минамата (нервно-психические расстройства, нарушение координации движения).

Болезнь Минамата

Механизм токсического действия ртути и кадмия: n 1. Ионы Cd 2+ и Hg 2+ могут замещать Ca 2+ в соединениях, т. к. имеют близкие радиусы. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена является причиной патологических изменений в костной ткани. Cd 2+, замещая Ca 2+, вызывает болезнь итай-итай ( «страдание» ), кости становятся хрупкими и ломаются при кашле, наблюдается искривление позвоночника у детей.

n 2. У кадмия и особенно ртути ярко выражено химическое сродство к SH – группам. Блокирование SH – групп, приводящее к подавлению активности ферментов и денатурации белков, идет по схеме: SH S R + Hg 2+ R Hg + 2 H+ SH S n Антидоты: тетацин-кальций, унитиол, тиосульфат натрия.

Лекарственные препараты: n Hg. Сl 2 – в концентрации 1 : 1000 для дезинфекции и как антисептик. n Hg. О – в составе мазей для лечения глазных и кожных заболеваний. n Hg. S - для лечения венерических и кожных заболеваний. n Hg. NH 2 Cl – в дерматологии n Hg 2 Сl 2 - как слабительное в ветеринарии.