Шпаргалки по "Неорганической химии"

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%.

42. Биологическая  роль соединений железа. Моноксид  углерода СО.

Металлокомплексные свойства гемсодержащих бел–ков проявляются  при действии таких токсических  ве–ществ, как СО (угарный газ) и MCN (цианиды – соли синильной кислоты).

Наиболее важными с  физиологической точки зре–ния  являются железосодержащие белки: гемоглобин, миоглобин, цитохромы, пероксидазы, каталаза. Гемо–глобин – главная составная  часть эритроцитов, обес–печивает  внешнее дыхание, являясь переносчиком кислорода от легких к тканям.

Железо Fe и кобальт Со – необходимые микроэле–менты живых  организмов.

Моноксид углерода СО –  один из продуктов непол–ного сгорания топлива. Значительные количества этого  газа выделяются при работе котельных, двига–телей внутреннего сгорания, курении. При вдыхании СО с воздухом в легких параллельно с оксигемогло-бином HbO₂ образуется металлокомплексное соеди–нение – карбонилгемоглобин HbCO. Константа устой–чивости HbCO примерно в 200 раз больше, чем у HbO₂ –. Поэтому даже малые количества СО «перехватывают» значительную долю дезоксигемоглобина, в результате поступление кислорода к органам уменьшается. По–являются признаки гипоксии – кислородной недоста–точности. В первую очередь страдают нервные ткани. Для детоксикации (устранения отравляющего дей–ствия) моноксида углерода во многих случаях доста–точно прекратить его поступление и усилить кислород–ную вентиляцию – вывести пострадавшего на свежий воздух. При этом опять работает принцип Ле Шателье – равновесие смещается в сторону образования оксиге-моглобина.

При больших концентрациях  моноксид угле–рода блокирует гемсодержащие  белки клеточ–ного дыхания, и  трудно избежать летального исхода.

Аналогичен механизм действия цианидов, но их ток–сичность выше, чем  у СО. Поступление в кровь даже очень небольших количеств этих веществ приводит к остановке  дыхания и летальному исходу. Высокая  ток–сичность цианидов объясняется  высокой прочностью связи Fe—CN—, что  обусловливает большую устойчи–вость  цианидгемоглобина.

Кислородное дыхание приводит к образованию пероксида водорода H₂O₂ . Это вещество обладает высо–кой окислительной способностью. При его взаимо–действии с биоорганическими соединениями клеток образуются радикалы – очень активные молекуляр–ные частицы с ненасыщенной валентностью, и иниции–руется пероксидное окисление. Под действием ради–калов разрушаются важнейшие составные части клетки – мембраны и ДНК. В ходе биологической эво–люции природа выработала особый белок – фермент каталазу, которая разрушает пероксид водорода. Тем самым ограничивается избыточное накопление этого вещества, и предотвращается разрушение клетки.

Действие каталазы (CatFe²⁺ ) может быть предста–влено в виде каталитического цикла из двух последо–вательных реакций:

CatFe²⁺ + Н₂O₂ – CatFe²⁺ × Н₂O₂ ,

CatFe²⁺ × Н₂O₂ + Н₂O₂ → CatFe²⁺ + 2Н₂O₂ + O₂ .

В результате разрушаются 2 молекулы пероксида водорода, а молекула биокатализатора CatFe2+ осво–бождается и может вступать в следующий каталити–ческий цикл. Этот процесс очень быстрый. В течение секунды 1 молекула каталазы может осуществлять до 20 000 циклов.

43. Биологическая  роль соединений железа и кобальта 

При недостатке в организме  железа может развиться болезнь  – железодефицитная анемия (малокровие). Возникает тканевая кислородная  недостаточность, связанная с нехваткой  железа для синтеза гемоглоби–на. В результате доставка кислорода  к перифериче–ским органам снижается, и, соответственно, понижает–ся уровень  клеточного дыхания, замедляется обмен  веществ.

Введение в качестве лекарственных  препаратов хлорида железа (II) или  сульфата железа (II) ослабляет остроту  заболевания. Для этих же целей используется мелкодисперсный порошок металлического железа (железо восстановленное, до 1 г  на прием), который легко растворяется в соляной кислоте желудочного  сока. Поэтому действие этого препарата  аналогично действию хлорида железа (II). Однако более эффек–тивны препараты, представляющие собой бионеорга–нические комплексы железа с сахарами, никотинамидом  и другими органическими веществами. Такие комплексы хорошо всасываются  в кровь, с чем и связана  их фарма–кологическая эффективность.

Интересно отметить, что  с древних времен до настоя–щего  времени для лечения железодефицитной анемии применяют так называемое железное вино – напиток, который  получают путем настаивания виноградного вина на железных опилках. Очевидно, железо раство–ряется в вине (кислая среда) и образует комплексы с природными органическими веществами, которые  содержатся в нем в больших  количествах. Понятно, что механизм действия древнего напитка примерно тот же, что и у современных  препаратов.

Как и железо, кобальт  также является одним из важнейших  биогенных элементов. Общая масса  кобальта в организме взрослого  человека примерно 1,2 мг, что составляет менее 10%. Около 100 мг из этой массы находится  в форме цианкобаламина (жирораст–воримого  витамина В₁₂ ) и его аналогов. Это вещество, как и гем, представляет собой макроциклическое комп–лексное соединение.

В качестве макроциклического  лиганда выступает тетрадентатное соединение – порфин. R представляет собой сложный органический заместитель. В аналогах цианкобаламина вместо аниона CN– выступают раз–личные органические заместители.

Наиболее важную роль витамин  В₁₂ играет в разви–тии и формировании эритроцитов (эритропоэзе). Де–фицит витамина В₁₂ (поступление менее 3 мкг в сутки) приводит к тяжелому заболеванию – злокачествен–ной анемии (малокровию).

Установлено, что аналоги  цианкобаламина являются активаторами – кофакторами различных ферментов, участвующих в эритропоэзе. Недостаток кофакто–ров проявляется в дефиците гемоглобина и эритро–цитов.

Растения и животные не могут синтезировать вита–мин В₁₂. Его вырабатывают лишь некоторые виды бак–терий. В желудочно-кишечном тракте человека такие бактерии имеются. Они синтезируют достаточное ко–личество витамина В₁₂. Злокачественная анемия связа–на с нарушением всасывания этого витамина в кровь. Поэтому прием таблеток малоэффективен. Инъекция витамина (100—200 мкг в течение 2 суток) в кровь су–щественно улучшает состояние больного при злока–чественном малокровии.

44. Роль d-элементов  IB-группы. Применение их соединений  в медицине 

Медь Си – необходимый  микроэлемент живых ор–ганизмов. Серебро Ag и золото Au – примесные мик–роэлементы. Их соединения применяют в медицине.

Медь – биогенный элемент, содержится в тканях жи–вотных и  растений. Общая масса меди в организме  взрослого человека примерно 100 мг, что составляет около 0,0001%. Примерно 30% этого количества содер–жится  в мышцах. Печень и мозг также  богаты медью. Ме–таллическая медь и  ее соединения токсичны. Наиболее важными  с физиологической точки зрения являются медьсодержащие белки –  цитохромоксидаза и супероксиддисмутаза.

Цитохромоксидаза – один из компонентов дыхатель–ной цепи, локализованной в мембранах митохондрий. Обеспечивает клеточное дыхание, восстанавливая кис–лород до воды на конечном участке  дыхательной цепи.

Ежедневно организму требуется 2,5—5,0 мг меди. При недостатке в организме  меди может развиваться болезнь  – медьдефицитная анемия. Медь необходи–ма  для усвоения железа, в частности, при синтезе ци-тохромоксидазы, которая  содержит и железо, и медь. При  дефиците меди нарушается нормальное разви–тие соединительных тканей и  кровеносных сосудов.

Отравления обычно связаны  со случайной передо–зировкой инсектицидов, вдыханием порошка металла, заглатыванием  растворов солей меди. Большую  опас–ность представляют напитки, хранящиеся в медных сосудах без защитного  покрытия стенок.

В качестве наружного средства применяют 0,25%-ный водный раствор  сульфата меди CuSO₄ при воспалении слизистых оболочек и конъюнктивитах. Малые дозы этого препарата могут применяться во время приема пищи для усиления эритропоэза при малокровии.

Серебро и золото

В организме взрослого  человека обнаружива–ется около 1 мг серебра, т. е. примерно 10% (1 часть на миллион), и до 10 мг золота, т. е. примерно 10% (10 частей на миллион).

Антисептические свойства растворимых  солей сереб–ра известны с древних  времен. Священнослужители дав–но знали, что вода («святая») при хранении в серебряных сосудах долго не портится, т. е. не подвергается микроб–ному  загрязнению. В настоящее время  это свойство «се–ребряной» воды используется моряками в дальних  пла–ваниях. Сильные токсические  проявления у взрослого человека наблюдаются при приеме внутрь 7 г AgNO₃.

В медицине издавна используются такие препараты, как кристаллический  нитрат серебра AgN03 (ляпис) и его водные растворы. Давно известны также препараты кол–лоидного металлического серебра протаргол (8% Ag) и колларгол (70% Ag), которые представляют собой мелкодисперсные порошки с металлическим блеском. Каждая частица таких порошков представляет собой кристаллик восстановленного металлического серебра размером менее 1 мкм с белковой оболочкой из альбу–мина (протаргол) или коллагена (колларгол). Белковая оболочка защищает кристаллики серебра от слипания и обеспечивает их переход в водную среду (солюбилизирует).

Препараты серебра применяют  как противовоспали–тельные, антисептические  и вяжущие средства.

В качестве эффективных противовоспалительных  средств применяют также препараты  золота. Наиболее известны кризанол с 30%-ным содержанием благород–ного  металла, и коллоидное золото.

45. Биологическая  роль d-элементов IIB-группы. Применение  их соединений в медицине 

Цинк Zn, кадмий Cd, ртуть Hg –  микроэлементы. В ор–ганизме взрослого  человека содержится 1,8 г Zn, 50 мг Cd, 13 мг Hg.

Кадмий и ртуть –  примесные элементы. Около 70% ртути  сосредоточено в жировой и  мышечной тканях. Кад–мий локализуется на 30% в почках, остальное – в  печени, легких, поджелудочной железе.

Цинк – необходимый  элемент всех растений и жи–вотных. В организме взрослого человека больше всего цинка в мышцах (65%) и костях (20%). Остальное коли–чество  приходится на плазму крови, печень, эритроци–ты. Наибольшая концентрация цинка в  предстательной железе.

Цинк не проявляет переменной валентности. Видимо, поэтому его  биокомплексы принимают участие  во мно–гих биохимических реакциях гидролиза, идущих без пе–реноса  электронов. Ион Zn входит в состав более 40 металлоферментов, катализирующих гидролиз эфи-ров и белков.

Одним из наиболее изученных  является бионеорга–нический комплекс цинка – фермент карбоангидраза (Мг = 30 000), состоящий примерно из 260 аминокис–лотных  остатков.

Цинк не входит в состав дипептидаз – ферментов, катализирующих гидролиз дипептидов (веществ, со–стоящих из 2 аминокислот). Цинк образует бионеорга–нический комплекс с инсулином – гормоном, регули–рующим содержание сахара в  крови. Потребность человека в цинке  полностью удовлетворяется пищевы–ми  продуктами: мясными, молочными, яйцами. При недостатке цинка в растениях  нарушаются белко–вый и углеводный обмен, тормозится синтез хло–рофилла  и витаминов. Дефицит цинка устраняется  при использовании цинксодержащих удобрений. Токсич–ность соединений IIB-группы увеличивается от цинка к ртути. Водорастворимые соединения оказывают  раз–дражающее действие на кожу, при  попадании внутрь организма вызывают отравление. Токсичны и сами ме–таллы – при вдыхании паров цинка (воздуха  цинковых производств) появляется «металлическая»  лихорадка. Отравление парами ртути  в Средние века получило наз–вание  «болезнь сумасшедшего шляпочника». Содержа–ние  ртути в пищевых продуктах (в  морских, как в Япо–нии) приводит к болезни миномата. Токсичность  ртути связана с агглютинацией (склеиванием, слипанием) эритроцитов, ингибированием ферментов. Например, сулема вызывает изменение размеров, осмотическую хрупкость и снижение деформируемости  эритроцитов, которая необходима для  их продвижения по капилля–рам. Токсичность  кадмия связана с его сродством  к нук–леиновым кислотам. В результате его присоединения к ДНК нарушается ее функционирование.

Хроническая интоксикация кадмием  и ртутью может нарушить минерализацию  костей. Токсичные элементы могут  замещать кальций. Это приводит к  образованию апатита несовершенной  структуры вследствие искаже–ния параметров кристаллического компонента кост–ной ткани. В результате снижается прочность  костей.