Химия биогенных элементов d -блока 1 Общая

Химия биогенных элементов d -блока 1

Общая характеристика элементов d-блока • Заполнение d-орбитали: от 1 до 10 электронов • Для образования химической связи используют электроны не только внешнего, но и предпоследнего энергетического уровня, а также свободные d-орбитали • В организме d-элементы представлены как микроэлементы; существуют в виде ионов и комплексных соединений • К «металлам жизни» относятся: Zn, Cu, Fe, Mn, Co, Mo 2

• Все d-элементы – микроэлементы • Жизненно необходимые элементы Mg, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Ni • Примесные элементы Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb 3

Степени окисления d-элементов в организме • Низшая – обусловливает основные и восстановительные свойства (катионная форма d-элементов) • Промежуточная степень окисления – амфотерные свойства • Высшая степень окисления – кислотные и окислительные свойства 4

Комплексообразующая двойственная способность d-элементов • Лиганд – донор e-, металл – акцептор е[Cr(OH)6]3 • Лиганд – акцептор е- (имеет свободные dорбитали), а металл – донор e[Cd. Cl 4]2 • «Двойственные» возможности dэлементов обусловливают высокие комплексообразующие способности, более высокие, чем у s- и p-элементов 5

Понятие о биокластерах • Биокластеры – бионеорганические комплексы d-элементов с белковыми молекулами – Внутри биокластера находится полость. В нее входит металл, который взаимодействует с донорными атомами связывающих групп: –ОН, –SH, –СОО-, -NH 2 белков, аминокислот 6

Схема биокластера 7

Группы биокластеров • Транспортные – доставляют организму кислород и биометаллы (биокомплексы миоглобин и ферритин, содержащие Fe) • Аккумуляторы (накопители) • Биокатализаторы инертных процессов 8

Железо Содержание в организме • В организме взрослого человека содержится в среднем 4 -5 г Fe: – 70% - в составе гемоглобина – 5 -10% - в составе миоглобина – 20 -25% - резервное Fe (в связанной форме с белками, которые его переносят) – 0, 1% - в плазме крови • Суточная потребность в ионах Fe: 10 -30 мг • При недостатке Fe – железодефицитная анемия 9

Обмен Fe • Поступление с пищей в сутки составляет 13 (9 -20) мг • У взрослых людей всасывание Fe колеблется от 3% до 5 -10% в зависимости от рациона • Выводится с калом, мочой, с клетками эпидермиса, волосами, ногтями и потом • Количество Fe в кале практически равно содержанию его в пищевом рационе 10

Роль Fe • Входит в состав дыхательных ферментов (цитохромы) • Участвует в процессах связывания и переноса О 2 к тканям • Стимулирует функцию кроветворных органов • Применяется в качестве лекарственного средства при анемиях и других патологических состояниях 11

Важнейшие продукты, содержащие Fe • Основной источник – продукты животного происхождения Продукты Телятина Рыба Растения Фасоль Чернослив (сушеный) Печень говяжья Мясо (говядина) 12, 4 мг / 100 г 15, 0 9, 4 2, 6 -2, 8 Судак 0, 4 % усвояемого Fe 20% 1 -6% 12

Cтроение гема • Гемоглобин – сложный по составу белок, содержащий небелковую (простетическую) группу – гем • Простетическая группа – бионеорганический комплекс Fe (II) с полициклическим органическим веществом – порфирином • Гем имеет плоскостное строение 13

Гем-содержащие белки HHb. O 2 14

Соединения гемоглобина • Оксигемоглобин – с O 2 [Hb. Fe 2+] + O 2 = [Hb. Fe 2+· O 2] • Карбоксигемоглобин – с CO [Hb. Fe 2+] + CO = [Hb. Fe 2+· CO] • Карбаминогемоглобин – с CO 2 [Hb. Fe 2+] + CO 2 = [Hb. Fe 2+· CO 2] • Метгемоглобин – при отравлении окидами азота и др. его соединениями Hb. OH 15

Элементы, способствующие кроветворению • Никель и кобальт – принимают участие в процессе кроветворения • Медь участвует в кроветворении Дефицит меди в организме приводит к разрушению эритроцитов • В процессе кроветворения синергистами являются Mn, Co, Zn, Ni, Fe, Cu. 16

Кобальт Содержание в организме • Содержание в организме 1 -1, 5 мг • Суточная потребность примерно 40 -70 мкг • Накапливается в печени, почках, лимфатических узлах 17

Обмен Co • Суточное поступление – с пищей и жидкостями: 300 мкг – с воздухом < 0, 1 мкг • Всасывание из ЖКТ: 0, 2 -0, 95 • Выделяется с мочой, калом, потом и значительные количества теряются с волосами 18

Роль Co • Стимулирует процессы кроветворения • Способствует усвоению Fe • Активатор некоторых ферментативных реакций • Входит в состав цианкобаламина (витамина В 12) 19

Витамин B 12 • Переносчик метильных СН 3 -групп (реакции метилирования) • Участвует в реакциях переноса ионов водорода и сам при этом восстанавливается Со 3+ Со 2+ • Выполняя эти функции, кобальт влияет на углеводный, минеральный, белковый и жировой обмен, а также принимает участие в процессе кроветворения 20

Никель Содержание в организме • Содержание в организме человека 5 -10 мг • Суточная потребность взрослого человека: 0, 63 мг • Концентрируется в органах и тканях, богатых митохондриями: в печени, надпочечниках, поджелудочной, щитовидной железах 21

Обмен Ni • С водопроводной водой в организм поступает 14 мкг Ni в сутки • Поступление с пищей: 200 -600 мкг/сут • Всасывается в верхних отделах тонкого кишечника • Выводится главным образом с калом, а также с мочой 22

Роль Ni • Влияет на углеводный обмен • Является составной частью некоторых ферментов (например, аргиназы) • Присутствует в РНК • Препараты никеля проявляют гемопоэтический эффект, влияя на морфологический состав крови • Ni 2+ проявляют курареподобную активность 23

Марганец Содержание в организме • В организме взрослого человека содержится около 20 мг • Особенно много – в клетках, богатых митохондриями и меланином 24

Mn-содержащие продукты • Содержание в растительных пищевых продуктах: 8 -50 мг/кг – Свекла – Помидоры – Соя – Горох – Картофель • В продуктах животного происхождения – 0, 1 -2 мг/кг (кроме печени и почек) 25

Обмен Mn • Поступление – с пищей и жидкостями: 3, 7 мг/сут – с воздухом: 0, 002 мг/сут • Часто содержится в питьевой воде: 64 мкг/сут • Всасывается из пищи незначительно • Выделяется с калом, мочой, с потом, волосами и ногтями 26

Роль Mn • Необходим для эритропоэза и образования гемоглобина, стимулирует синтез холестерина и жирных кислот • Оказывает влияние на процессы размножения и клеточного деления • Влияет на антителогенез, ускоряя образование антител • КМn. O 4 применяется наружно как антисептическое средство в виде водных растворов различной концентрации, а также для промывания желудка при отравлениях 27

Mn-содержащие ферменты • Аргиназа – катализирует превращение аргенина • Холинэстераза – участвует в процессе свертывания крови • Фосфоглюкомутаза – участвует в углеводном обмене на стадии распада гликогена 28

Медь Содержание в организме • В организме взрослого человека содержится 100 -150 мг – Мышцы и кости: 50% – Печень: 10% – Большое количество содержат мозг, сердце и почки • У здоровых людей концентрация Cu в крови постоянна и увеличивается только при беременности и стрессе 29

Обмен Cu • Поступление: – с пищей и жидкостями: 0, 7 -5 мг/сут (в среднем 3, 5) – с воздухом: 0, 02 мг/сут • В кровь из ЖКТ всасывается 0, 5 мг (усваивается не более 30% поступившей Cu) • Выводится с калом, с мочой, с потом, волосами и ногтями, менструациями 30

Роль Cu • Незаменимый микроэлемент • Важная составная часть м. Еталлопротеидов, регулирующих окислительно-восстановительные процессы клеточного дыхания • Входя в состав гормонов, влияет на рост, развитие, воспроизведение, обмен, процессы гемоглобинобразования, фагоцитарную активность лейкоцитов 31

• Является компонентом аскорбинооксидазы, катализирующей окисление аскорбиновой кислоты • Выявлена взаимная корреляция между Cu и витаминами А и С, никотиновой кислотой, витаминами Е и Р • В местностях с недостатком Cu – анемия, «лизуха» и экзотическая атаксия ягнят 32

Cu-содержащие ферменты • Оксигеназы и гидроксилазы – катализируют взаимодействие кислорода с субстратом • Цитохромоксидаза (ЦХО) – катализирует завершающий этап тканевого дыхания • Церулоплазмин (ЦП) – участвует в окислении железа, катализирует восстановление кислорода 33

Цинк Содержание в организме • Общее содержание в организме: 10 -3% • Больше всего – в сетчатой оболочке глаза, предстательной железе, сперме, молочных железах, печени и мышцах • Суточная потребность: 10 -15 мг, увеличивается в период роста, полового созревания организма и во время беременности 34

Обмен Zn • Поступление: – с пищей и жидкостями: 13 мг/сут – с воздухом < 0, 1 мг/сут • Суточное поступление с питьевой водой: 0, 5 -1 мг • Выделяется с фекалиями, мочой, потом, волосами и ногтями, менструациями 35

Роль Zn • Входит в состав ряда важнейших ферментов, участвует в обмене нуклеиновых кислот и синтезе белков • Участвует в кроветворении, размножении, входит в состав инсулина • Недостаток – карликовость и гипогонадизм (задержка роста и полового созревания), анемия 36

Молибден Содержание в организме • Содержание в организме взрослого человека около 9 мг • Обнаруживается во всех органах млекопитающих, особенно печень и почки • В целом характерно равномерное распределение в организме и отсутствие способности к специфическому накоплению в органах 37

Обмен Mo • Поступление: – с пищей и жидкостями: 0, 3 мг/сут • Выводится в основном с мочой, а также с калом, с потом и незначительно с волосами 38

Роль Mo • Биомикроэлемент, входит в состав ферментов, принимающих участие в обмене азота, а также ферментов флавиновой группы • Оказывает влияние на обмен меди • Избыток в пище приводит к подагре и молибденозу • Длительное потребление избыточных количеств приводит к нарущению P-Ca обмена, деформации костей, слабости конечностей 39

Mo-содержащие ферменты • Карбоангидраза – катализирует процесс обратимой гидратации СО. 2 в живых организмах • Ксантиноксидаза (КОКС) – катализирует окисление ксантина кислородом в мочевую кислоту 40

Токсичность • Растворимые соединения Zn, Cd и Hg оказывают раздражающее действие на кожу • Вызывают нарушение фосфорно-кальциевого обмена (патологические изменения в костной ткани) • Вызывают нарушение белкового обмена (выведение белков плазмы крови через почки – протеинурия) При взаимодействии с SH-группами образуются нерастворимые соединения, что приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков • Наиболее токсичны растворимые в липидах формы (легко проникают через мембрану в клетку) 41

Конец лекции 42