Химия документы. Неорганическая химия. Шпаргалки_А.А. Дроздов, М.В. Дроздова_2008. М. В. Дроздова, А. А. Дроздов Неорганическая химия. Шпаргалки

• Название: М. В. Дроздова, А. А. Дроздов Неорганическая химия. Шпаргалки
• Анкор: Химия документы
• Дата: 09.11.2019
• Размер: 0.6 Mb.
• Имя файла: Неорганическая химия. Шпаргалки_А.А. Дроздов, М.В. Дроздова_2008.doc
• Тип: Документы; #94218
• страница: 12 из 13

37. Биологическая роль s-элементов IА-группы (натрий, калий)

Содержание натрия в организме человека массой 70 кг составляет около 60 г (2610 ммоль) – 0,08%. Из этого количества 44% натрия находится во внеклеточной жид–кости и 9% – во внутриклеточной. Остальное количест–во натрия находится в костной ткани, являющейся местом депонирования иона Na в организме. Около 40% натрия, содержащегося в костной ткани, участвует в обменных процессах, и благодаря этому скелет яв–ляется либо донором, либо акцептором ионов Na, что способствует поддержанию постоянства концентрации ионов Na во внеклеточной жидкости.

Натрий является основным внеклеточным ионом. В ор–ганизме человека натрий находится в виде его раство–римых солей, главным образом – хлорида, фосфата и карбоната водорода. Натрий распределен по всему организму: в сыворотке крови, спинномозговой жид–кости, глазной жидкости, пищеварительных соках, жел–чи, почках, коже, костной ткани, легких, мозге.

Ионы Na играют важную роль в обеспечении постоян–ства внутренней среды человеческого организма, участ–вуют в поддержании постоянного осмотического дав–ления биожидкости (осмотического гомеостаза). Ионы Na участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов. Вместе с ионами K, Mg, Ca, Cl ион Na участвует в передаче нервных импульсов и поддер–живает нормальную возбудимость мышечных клеток. При изменении содержания натрия в организме происхо–дят нарушения функций нервной, сердечно—сосудис–той и других систем, гладких и скелетных мышц. Хлорид натрия NaCl служит основным источником соляной кислоты для желудочного сока.

В организм человека натрий поступает в основном в виде поваренной соли. Истинная ежедневная потребность организма в натрии составляет 1 г, хотя среднее потребление этого элемента достигает 4—7 г. Непрерывное избыточное потребление NaCl способствует появлению гипертонии.

При воздействии щелочей на микробные клетки про–исходит осаждение клеточных белков и вследствие этого – гибель микроорганизмов.

Сульфат натрия (глауберова соль) Na₂SO₄  × 10H₂O применяют в качестве слабительного средства.

Тетраборат натрия Na₂B₄О₇ × 10H₂O применяют на–ружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний.

Гидроксид натрия в виде 10%-ного раствора входит в состав силамина, применяемого в ортопедической практике для отливки огнеупорных моделей при изго–товлении цельнолитых протезов из кобальтохромово-го сплава.

Содержание калия в организме человека массой 70 кг составляет примерно 160 г (4090 ммоль) – 0,23%. Ка–лий является основным внутриклеточным катионом, со–ставляя 2/3 от общего количества активных клеточных катионов.

Из общего количества калия, содержащегося в орга–низме, 98% находится внутри клеток и лишь около 2% – во внеклеточной жидкости. Калий распространен по всему организму. Его топография: печень, почки, сердце, костная ткань, мышцы, кровь, мозг и т. д. Ионы К играют важную роль в физиологических процессах – сокраще–нии мышц, нормальном функционировании сердца, про–ведении нервных импульсов, обменных реакциях. Ионы К являются важными активаторами ферментов, находя–щихся внутри клетки.

38. Биологическая роль s-элементов IIА-группы. Их применение в медицине (бериллий, магний, кальций)

Бериллий находится в растениях, а также в организ–мах животных. Содержание бериллия в живых орга–низмах составляет 10-7 %, т. е. он является примесным ультрамикроэлементом. Биологическая роль берил–лия изучена недостаточно. Соединения бериллия ток–сичны и вызывают ряд заболеваний (бериллиевый ра–хит, бериллиоз и т. д.). Особенно токсичны летучие соединения бериллия. Отрицательное влияние Ве2 + на физиологические процессы объясняется его химиче–скими свойствами.

Магний формально относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме – 0,027% (около 20 г). Топография магния в организме человека такова: в наибольшей степени магний концентрируется в ден–тине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается он также в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце. У взрослого человека суточная потребность в магнии составляет около 0,7 г. Ион Mg, так же как и ион K, является внутриклеточным катионом.

В биологических жидкостях и тканях организма маг–ний находится как в виде акваиона, так и в связанном с белками состоянии в количестве < 10^-2%, т. е., в сущ–ности, это микроэлемент. Концентрация ионов Mg внут–ри клеток примерно в 2,5—3 раза выше, чем во вне–клеточных жидкостях. Ионы магния играют важную биологическую роль в организме человека. Вследствие меньшего радиуса иона и большей энергии ионизации Mg²⁺ образует более прочные связи, чем ион Ca, и по–этому является более активным катализатором фермен–тативных процессов. Входя в состав различных фер–ментативных систем, ион Mg является их незаменимым 38б компонентом и активатором (такие ферменты, как карбоксипептидаза, холинэстераза и некото–рые другие, являются специфическими для иона Mg). Гидролиз АТФ, сопряженный с рядом ферментативных реакций, в результате которых образуется гидрофос–фат-ион НРО2- и выделяется большое количество энер–гии, проходит при избытке Mg²⁺.

Кальций относится к макроэлементам. Общее содер–жание его в организме – 1,4%. Кальций содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная мас–са кальция находится в костной и зубной тканях. В сред–нем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г каль–ция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Кальций, вводимый с пищей, только на 50% всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в желудочно-кишечном тракте труднорастворимых фосфата кальция Са₃(РO₄)₂ и каль–циевых солей жирных кислот. В организме концентра–ция ионов Са регулируется гормонами.

В костях и зубах взрослого человека около 1 кг каль–ция находится в виде нерастворимого кристаллическо–го минерала – гидроксилапатита Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ , образование которого происходит при взаимодействии ионов Са с фосфат-ионами. В крови и лимфе кальций на–ходится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии – в соединениях с белками, углеводами и др. Механизм свертывания крови состоит из ряда эта–пов, зависящих от наличия ионизированного Са. Ионы Са принимают участие в передаче нервных импульсов, со–кращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы.

Концентрация ионов Са внутри и вне клетки соответ–ственно составляет 10^-6 и (2,25—2,8) 10^-3 моль/л. По–скольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного мате–риала в организме – в костях, зубах. Скелет – основ–ное хранилище кальция в организме.

39. Биологическая роль d-элементов VIB-группы. Их применение в медицине

Хром обнаруживается в растительных и животных организмах. В организме взрослого человека содер–жится примерно 6 г Сг (0,1%).

Металлический хром нетоксичен, а соединения Сг (III) и Cr (VI) опасны для здоровья. Они вызывают раздраже–ние кожи, что приводит к дерматитам.

Есть предположение, что производные хрома (VI) обладают канцерогенными свойствами. 0,25—0,3 г дихромата калия вызывают летальный исход. Соедине–ния хрома (VI) применяются как фунгициды (протра–вливающие вещества, fungus – «гриб», caldere – «уби–вать»). Соединения хрома (III) благоприятно влияют на рост растений.

Молибден относится к «металлам жизни», являясь одним из важнейших биоэлементов. Его особенное положение было отмечено 20—25 лет назад Ф. Крином и Л. Орилом. Эти ученые выдвинули идею, что возни–кновение жизни на Земле происходило не эволюцион–ным путем, а что она была занесена неведомой циви–лизацией из космоса с молибденовых звезд, где жизнь существовала задолго до нас.

В биохимических процессах молибден участвует в сте–пенях окисления VиVI. В этих состояниях он создает устойчивые оксоформы.

Молибден образует устойчивые оксокомплексы и, ви–димо, поэтому входит в состав ферментов, обеспечи–вающих перенос оксогрупп. В крови преобладает Mo (VI); если лигандом является кислород, то образуются устой–чивые изополимолибдат-ионы.

Избыточное содержание молибдена в пище нару–шает метаболизм Са²⁺ и РО₄ , вызывая снижение проч–ности костей – остеопорозы.

Возможно, происходит связывание в фосфорно-молибденовые комплексы. Такие комплексы можно рас–сматривать как кислотные остатки гетерополимолибденовых кислот. С кальцием эти остатки дают не–растворимые кристаллики. Не исключено, что эти кристаллики инициируют отложение солей мочевой кислоты и вызывают заболевание подагрой. Подагра деформирует суставы, оправдывая свой буквальный перевод – «капкан для ног».

Кроме кислородных комплексов, молибден образует галогенидные (Hal), тиоцианатные (NCS) и цианидные (CN) комплексы.

Молибден входит в состав различных ферментов. В ор–ганизме человека к ним относятся альдегидогидрокси-дазы, ксантиндегидрогеназы, ксантиноксидазы.

Молекулярная масса ксантиноксидазы (КОКС) – 250 000 а. е. м. Это молибденсодержащий фермент млекопитающих. Он может катализировать окисление ксантина и других пуринов, а также альдегидов.

Превращение гипоксантина и ксантина в мочевую кис–лоту катализируется ксантиноксидазой.

Предполагается, что в ходе каталитического процесса молибден образует связь с азотом и кислородом ксантина.

Молибден является важнейшим микроэлементом растений, так как биологически активные вещества с его участием обеспечивают мягкую фиксацию азота: пре–вращают его в аммиак или азотосодержащие продукты.

По сравнению с другими промышленно важными ме–таллами молибден малотоксичен.

Потребление молибдена с продуктами питания – 0,1 – 0,3 мг/сут, но необходимое дневное поступление не уста–новлено. Дефицит молибдена вызывает уменьшение ак–тивности ксантиноксидазы в тканях. Избыточное содер–жание молибдена вызывает остеопорозы.

Вольфрам – микроэлемент. Его роль в организме изучена недостаточно. Анионная форма вольфрама легко абсорбируется в желудочно-кишечном тракте. Металлический вольфрам и его катионные формы не абсорбируются в организме. О гомеостазе вольфрама у млекопитающих сведений нет.

40. Биологическая роль соединений марганца. Их применение в медицине

Из элементов VIIB-группы только марганец является биогенным элементом и одним из десяти «металлов жизни», необходимых для нормального протекания про–цессов в живых организмах.

В теле взрослого человека содержится 12 мг. Мар–ганец концентрируется в костях (43%), остальное – в мягких тканях, в том числе и в мозге.

В организме марганец образует металлокомплексы с белками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, АДФ, от–дельными аминокислотами. Содержат марганец ме-таллоферменты аргиназа, холинэстераза, фосфоглю-комутаза, пируваткарбоксилаза.

Связывание аммиака – токсичного продукта превра–щения аминокислот в организме млекопитающих – осуществляется через аминокислоту аргинин. Аргина–за – фермент, катализирующий в печени гидролиз аргинина. В результате аргинин расщепляется на мо–чевину и циклическую аминокислоту орнитин.

Мочевина – нетоксичное, растворимое в воде ве–щество. Оно потоком крови доставляется в почки и выво–дится с мочой.

Атомный радиус марганца 128 пм. Это объясняет то обстоятельство, что марганец может замещать маг–ний (атомный радиус 160 пм) в его соединении с АТФ, существенно влияя на перенос энергии в организме.

Ионы Mg и Mn осуществляют также активацию фер–ментов – нуклеаз. Эти ферменты катализируют в две–надцатиперстной кишке гидролиз нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В результате эти биополимеры расщеп–ляются на мономерные единицы – нуклеотиды. В част–ности, такой нуклеазой является дезоксирибонуклеаза, которая катализирует гидролиз ДНК только в присутствии Mg²⁺ или Мп²⁺.

Марганец может входить и в состав неорганических соединений организма. Это, например, малораство–римый пирофосфат марганца-магния MnMgP₂O₇. Кристаллы этой соли локализуются на внутренней по–верхности мембраны везикул.

Почти одинаковое значение атомного радиуса мар–ганца и железа объясняет способность марганца за–мещать железо в порфириновом комплексе эритро–цита. По той же причине марганец может замещать и цинк в цинкзависимых ферментах, изменяя при этом их каталитические свойства.

Перманганат калия КМпО₄ – наиболее известное соединение марганца, применяемое в медицине. Ис–пользуют водные растворы с содержанием КМпО₄ 0,01—5%. В качестве кровоостанавливающего средст–ва применяют 5%-ный раствор. Растворы перманганата калия обладают антисептическими свойствами, кото–рые определяются его высокой окислительной способ–ностью.

Из других соединений марганца следует отметить сульфата марганца (II) и хлорид марганца (II), которые используют при лечении малокровия.

О наличии технеция в живых организмах данных нет. Однако соединения технеция с бисфосфонатами ис–пользуют для радиоизотопного метода диагностики.

41. Биологическая роль соединений железа. Гемоглобин

Железо – биогенный элемент, содержится в тканях животных и растений. Общая масса железа в организ–ме взрослого человека примерно 5 г, что составляет 0,007%. Металлическое железо малотоксично, а сое–динения Fe (II), Fe (III) и Fe (VI) в больших количествах опасны для здоровья.

Миоглобин, цитохромы, каталаза обеспечивают клеточное дыхание.

Все эти белки состоят из собственно белковых частей и связанных с ними активных центров. Активный центр представляет собой макроциклическое комплексное соединение – гем. В качестве макроциклического ли-ганда выступает соединение – порфирин. Донорные атомы азота расположены по углам квадрата, в центре которого расположен ион Fe. В целом комплекс имеет октаэдрическую конфигурацию. Пятая орбиталь через азот аминокислоты (гистидина) используется для связи гема с белком.

Гемоглобин состоит из 4 белковых молекул (субъеди–ниц), которые образуют единый макромолекулярный агрегат. Каждая субъединица по строению аналогична молекуле миоглобина. Таким образом, гемоглобин может одновременно связывать четыре молекулы О₂ , а миоглобин – 1.

В тканях имеется также несколько негемовых желе–зосодержащих белковых комплексов. Это, например, ферменты – оксидазы, а также белки – накопители (депо) и переносчики железа. Избыток железа перено–сится с кровью белком трансферрином и накапливает–ся в виде белка ферритина в различных тканях и орга–нах, особенно в печени, селезенке, костном мозге.

Ферритин состоит из 24 белковых молекул (субъ–единиц), которые образуют сферу диаметром 12—14 нм. Каждая субъединица содержит полость диа–метром 7 нм, вмещающую до 4500 атомов железа. Та–ким образом, каждый агрегат ферритина может хранить запас примерно 100 000 атомов железа, обеспечивая многочисленные реакции метаболизма с участием это–го элемента.

На основе законов химического равновесия нетруд–но понять функционирование гемоглобина как пере–носчика кислорода от легких к тканям.

Гемоглобин без кислорода (дезоксигемоглобин) представляет собой слабую кислоту и его химическую формулу можно представить в виде HHb⁺. Присоедине–ние кислорода сопровождается отщеплением протона и образуется оксигемоглобин HbO_2- . При этом имеет место равновесие:

HHb⁺ + O₂ → HbO₂ + Н⁺.

При поступлении бедной кислородом венозной крови в легкие, где парциальное давление кислорода велико (до 20 кПа), его растворимость возрастает согласно за–кону Генри. Это приводит в соответствии с принципом Ле Шателье к смещению равновесия вправо и образо–ванию оксигемоглобина. Дополнительное смещение равновесия вправо обусловлено тем, что в легких зна–чение рН повышено (до 7,5). В результате в легких дезоксигемоглобин практически полностью (до 97%) на–сыщается кислородом и переходит в оксигемоглобин. В капиллярах, пронизывающих периферические ткани, парциальное давление кислорода снижается до 5 кПа, а значение рН снижается до 7,2. В результате равнове–сие смещается влево. В оттекающей с периферии кро–ви гемоглобин насыщен кислородом лишь на 65%.