Токсичные металлы Таблица Менделеева длиннопериодная Взаимодействие

Токсичные металлы

Таблица Менделеева (длиннопериодная)

Взаимодействие человечества и металлов в различные исторические эпохи Эпохи Временные рамки (века и годы) «Каменные века» Более 4 тыс. до н. э. -палеолит, мезолит, неолит Главный признак ½ Литосферы - Алюмосиликаты (полевые шпаты) (М+)n(Al. O 4)5 -n(Si. O 4)4 -n, где М – металлы 1 группы «Медный век» энеолит 4 – 3 тыс. до н. э. Cu «Бронзовый век» 35/33— 13/11 вв. до н. э. Cu, Sn, Zn «Железный век» 11 в. до н. э. – ХХ в. Fe, Ti, Co, Al, W и др. «Нанотехнологии ХХ в. – настоящее Li, Be, Sc, V, Ti, Ga, Ge, As, Sr, время Nb, Y, Zr, Hf, Ta, La, Ce, Nd, Sm, » Eu, Gd и др.

Равнозначное единство минеральной и органической частей в метаболизме М О

Современное состояние БНХ в мире Ø Ø Ø 1. С 1995 г создано Society & Journal of BIC. Издано несколько десятков учебников за последние 15 лет, последний (Ivano Bertini) в 2006 г. 2. Регулярно проводятся международные конференции. В 2007 г была 13. Следующая будет в Японии в 2009 г. 3. Лаборатории оснащены приборами, использующими весь диапазон электромагнитного спектра, от γ-излучения до радиоволн. 4. То же с хроматографией и микроволновыми печами. 5. За работы в разных аспектах БНХ присуждено 15 Нобелевских премий по химии и медицине, то есть половина за последние 15 лет. 6. В России такой специальности не было до 2009 г.

Разделы БНХ (13 ICBIC-892) 1. Металлы в медицине (166); 2. Металлопротеины (271); Ø 3. Взаимодействие металлов с ДНК/РНК/нуклеотидами и другими биомолекулами (70); Ø 4. Биоинспирированная координационная химия (135); Ø 5. Биоинспирированный катализ (76); Ø 6. Транспорт металлов и его регуляция (36); Ø 7. Перенос электронов и радикалов (47); Ø 8. Химия окружающей среды, связанная с металлами (15): Ø 9. Биоминерализация (8); Ø 10. Бионеорганические кластеры и наночастицы (9); Ø 11. Сенсоры металлов в биологии (27); Ø 12. Биофизические и теоретические расчеты (28); Ø 13. Бионеорганическая пребиотическая химия (4).

Координационная химия Частная элементология Биолиганды Биомембраны, ионные насосы Клиника Медицинская Бионеорганическая Химия

Бионеорганика 1950. «Приложение принципов координационной химии металлов к биологическим проблемам» . Ø 1972 «Открытая изотермическая система, состоящая из большого числа связанных друг с другом реакций, ускоряемых катализаторами (ферментами), которые производит сама клетка» Ø 1979. Теория лигандной патологии (МЛГ) Ø М+Л+М 1+Л 1 МЛ+М 1 Л+МЛ 1 +М 1 Л 1 Ø

«Металлические» болезни Ø «Сатурнизм» (Pb) l 5 тыс. лет у греков и арабов. SH-, HPO 3 -, OH-группы. Почки, ЦНС, ССС, анемия. Ø «Итаи-итаи» (Cd) – «ох-ох» . l Остеомалация (72 перелома одновременно). SH-группы. Печень, почки. Ø «Болезнь Минамата» (Hg)– «меркуриализм» . l SH-группы и С 5 -пиримидины. ЦНС.

Закономерности взаимодействия элементов Ø 1. «Закон замещения» . Правые элементы периода замещают элементы слева в тех же лигандах. Ø 2. Следствие закона замещения (принцип обратных связей). Избыток левых элементов периода вытесняет элементы справа из био-хелатов. Ø 3. Все металлы в «свободной» ионной форме токсичны. Правила Мертца (диапазоны экс-позиции). Правило фракционного порога. Ø 4. Следствие для медицины. Опасно исполь-зовать биологически активные препараты длительно и бесконтрольно из-за возможного индуцированного патоморфоза микроэлементозов.

КЛИНИКА ВНУТРЕННИХ БОЛЕЗНЕЙ И МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ • Артериальная гипертония • Подагра • Гипохромная анемия СВИНЕЦ • Болезнь Вильсона-Коновалова МЕДЬ • Гемохроматоз • Анемия • Хронические диффузные болезни печени ЖЕЛЕЗО • Дилатационное поражение миокарда КОБАЛЬТ • Тубулоинтерстициальные нефропатии КАДМИЙ • Терминальная почечная недостаточность АЛЮМИНИЙ

Распределение 197 пациентов с АГ по уровню Pb в крови Классы накопления свинца (Centers for Disease Control, CDС) (мкг/дл) 1 < 10 76, 1% 2 а 10 -14 13, 7% 2 в 15 -19 4, 1% 3 20 -44 6, 1% 4 45 -69 нет 5 > 69 нет

Смертность среди рабочих, занятых на производстве свинцово-кадмиевых аккумуляторов, в период наблюдения с 1947 по 1980 г. Ожидаемая смертность Наблюдаемая смертность Гипертония ( в т. ч. с поражением почек) 6, 6 21 Хронический нефрит 9, 0 20

Взаимодействие элементов Zn утриклеточный вторичный мессенджер Са антагонизм синтез м. РНК ДНК-, РНК-полимеразы кальцитонин I селенопротеины Сu Sе АЛАсинтаза регуляция синтеза АТФ F Fe усвоение Mg Mn B 12 Mo Co

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАЗМЕ И ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ 3 ПУЛА • Элементы клеток (Fe, K, Ni, V, Zn) • Элементы плазмы (Ag, Ca, Cu, In, Li, Na, Se, Si, Sr) • Элементы крови (Al, Ba, Bi, Mg, Mo, P, S, Ti, W, др. ) ü Зависимости коэффициентов распределения от атомной массы или от внешней электронной оболочки (s-, p-, d-, f-) не обнаружено ü Коэффициент распределения всех тяжелых металлов зависит от радиуса иона

1. С увеличением ионного радиуса щелочных металлов и полуметаллов увеличивается содержание элемента в клетках крови 2. С увеличением ионного радиуса металлов в каждой группе таблицы увеличивается их содержание в плазме

ВАРИАНТЫ ПОРАЖЕНИЯ ПОЧЕК ПРИ ИНТОКСИКАЦИЯХ ЛИТИЕМ ü Хронический тубулоинтерстициальный нефрит ü Почечный несахарный диабет ü Почечный канальцевый ацидоз ü Нефротический синдром ü Острая почечная недостаточность

DNA replication

Прионы (С. Прусинер, НЛ 1997) Ø 1. Небольшие белковые молекулы Ø 2. Д-р Джекил и м-р Хайд Ø 3. Фатальной Семейной Бессонице (FFI) Бычьем Губковидном Encephalitis (BSE) Creutzfeldt-Jakob Болезнь (CJD) KURU и Gerstmann. Sträussler. Scheinker (GSS)

Влияние курения на кристаллическую решётку кости Cd PO 4 Ca Ca Sr Ca Размер фосфата 165 пм, Са 2+ 106, Ковал. Са. 174, Cd 141, Sr 192 pm

Синтез АТФ Paul D. Boyer. John E. Walker. Jens C. Skou 1997

Строение цепей альгината конформация кресла цепочка d-маннуроновой кислоты конформация ванны цепочка l-гулуроновой кислоты

Квантовая химия Координационная химия металлов Катализ Химическая технология молекулярные основы морфогенеза Аналитическая химия Хроматография электрофорез фотосинтез фиксация азота Гибридная техника Спектрохимия Молекулярная Биология (НК) Генетическая инженерия биоэнергетика мембранология Бионеорганика (КХМ) энзимология Медицинская бионеорганика

Рекомендации CDC (центр по профилактике болезней и контролю за ними) 1. До 2004 г было рекомендовано проводить анализ элементного состава с помощью АА-СФ, ИСП-ОЭС, ИСП-МС. Ø 2. С 2004 г остались только АА-СФ и ИСП-МС. Ø 3. ИСП-МС производят несколько фирм, в основном Шелтек( «ЕЛАН ПРС II» ), Интерлаб ( «Аджилент 7500» ), Термосци ( «Элемент2» ) и Вариан. Ø 4. Лучшим по соотношению цена/качество является «Елан» . Ø

ИСП-МС Ø

ICP-MS Ø

Пределы обнаружения ICP-MS Элемент Ø Пределы обнаружения (PPT) U, Cs, Bi менее 10 Ag, Be, Cd, Rb, Sn, Sb, Au 10 -50 Ba, Pb, Se, Sr, Co, W, Mo, Mg 50 -100 Cr, Cu, Mn 100 -200 Zn, As, Ti 400 -500 Li, P 1 -3 частей на миллиард Ca менее 20 частей на миллиард

Производительность «Елан» Пропускная способность прибора в сутки – 100 проб, Ø - количество определяемых элементов - 70, Ø - количество пробы для анализа - 10 мг, Ø - стоимость определения одного из 26 обычных элементов - 450 – 600 руб. , а редкоземельных элементов и драгоценных . металлов до 300 у. е. (20 днх10 месх50 опрх3000 р=30 млн. р) Ø

Что нужно для прибора 1. Помещение с вытяжкой для пробоподготовки (микроволновые печи), с подачей чистого профильтрованного воздуха; Ø 2. Помещение с вытяжкой для Елана ДРС II; Ø 3. Помещение с вытяжкой для хроматографии; Ø 4. Помещение для приёма проб и оформления результатов; Ø 5. Схема лаборатории передана руководству. Ø

С п а с и б о за внимание!