Шпаргалки по "Неорганической химии"

46. Токсические  свойства соединений группы IIB (Zn, Cd, Hg)

Соединения Zn, Cd, Hg могут вызывать нарушение белкового обмена, что  проявляется в выделении бел–ков  плазмы через почки (в протеинурии).

Токсичное действие соединений группы IIB на орга–низм вызывается еще и тем, что ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH-группами белков, ферментов и аминокислот.

При взаимодействии ионов  металлов с SH-группами образуются слабодиссоциирующие  и, как правило, не–растворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных  групп приводит к подавлению ак–тивности  ферментов и свертыванию белков. Ионы двух–валентных металлов блокируют  одновременно две SH-группы. В реакциях подобного типа ионы металлов выступают  акцептором, а сера – донором  электронов.

Наиболее выражено химическое сродство SH-груп-пам у ртути. Очевидно, это связано с тем, что комплек-сообразующие свойства ртути выше и она образует бо–лее прочные связи с серой.

SH-группы входят в состав  более 100 ферментов, ак–тивность  которых может быть подавлена  из-за блоки–рования этих групп.  Поэтому очевидно, насколько важ–но  знать механизм блокирования  и методы лечения при отравлении  организма металлами.

Известно, что токсические  свойства элементов за–висят от той  химической формы, в какой они  попадают в организм. Наиболее токсичны те формы, которые раст–воряются  в липидах и легко проникают  через мембрану в клетку.

В литературе описан случай массового отравления ртутью в Японии. Неорганические соединения ртути под  действием ферментов микроорганизмов  превраща–лись в метилртуть. Метилртуть накапливалась в рыбе, а затем  с пищей попадала в организм человека.

Постепенно концентрируясь, метилртуть вызы–вает необратимые  разрушения в организме и смерть.

Использование соединений цинка  и ртути в медици–не основано на их вяжущем, прижигающем и антисеп–тическом действии. В качестве глазных капель приме–няют 0,25%-ный водный раствор  сульфата цинка ZnSО₄. В стоматологии хлорид цинка используют для прижи–гания папиллом, для лечения воспаленных слизистых оболочек. Применяется также оксид цинка ZnO.

Хлорид ртути (II) (сулема) очень ядовит, и его водные растворы при больших разбавлениях (1 : 1000) приме–няются для дезинфекции. Для  лечения кожных и вене–рических  заболеваний применяют мази, содержащие оксид ртути (II) HgO и сульфид ртути (II) HgS. Хлорид ртути (I) (каломель) плохо растворяется в воде и поэто–му мало ядовит. Эту соль применяют в ветеринарии как слабительное средство.

Ртуть при обычных условиях – жидкий металл, кото–рый способен растворять другие металлы. При этом образуются твердые сплавы – амальгамы. В стомато–логии для пломбирования  зубов издавна применяли амальгамы  серебра и кадмия. Они химически  инерт–ны, легко размягчаются при  нагревании и поэтому лег–ко формуются.

Источники ультрафиолетового  света – ртутно-квар-цевые лампы  медицинского назначения – содержат га–зообразную ртуть (пары). При  облучении светом этих ламп больничных помещений уничтожаются микроорга–низмы, содержащиеся в воздухе. С помощью  ультрафио–летовых лучей лечат  различные кожные заболевания.

Таким образом, по характеру  функционирования и воз–действия на организм металлы IIB-группы можно разде–лить на жизненно необходимый элемент Zn и токсичные примесные элементы Cd и Hg.

47. Биологическая  роль р-элементов IIIA-группы. Применение  их соединений в медицине 

Бор относится к примесным  микроэлементам, его мас–совая доля в организме человека составляет 10-5 %. Бор концентрируется главным образом в легких (0,34 мг), щитовидной железе (0,30 мг), селезенке (0,26 мг), пече–ни, мозге (0,22 мг), почках, сердечной мышце (0,21 мг). Биологическое действие бора еще недостаточно изуче–но. Известно, что бор входит в состав зубов и костей, очевидно, в виде труднорастворимых солей борной кис–лоты с катионами металлов.

Избыток бора вреден для  организма человека. Имеют–ся данные, что избыток бора угнетает амилазы, проте-иназы, уменьшает активность адреналина.

По содержанию в организме  человека (10-5 %) алю–миний относится к примесным микроэлементам. Алю–миний концентрируется главным образом в сыворотке крови, легких, печени, костях, почках, ногтях, волосах, входит в структуру нервных оболочек мозга человека.

Суточное потребление  алюминия человеком состав–ляет 47 мг. Алюминий влияет на развитие эпителиаль–ной и соединительной тканей, на регенерацию  костных тканей, влияет на обмен  фосфора.

Алюминий оказывает воздействие  на ферментатив–ные процессы.

Избыток алюминия в организме  тормозит синтез ге–моглобина, так  как благодаря довольно высокой  комп-лексообразующей способности  алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветво–рении. Имеются данные, что алюминий может  катали–зировать реакцию трансаминирования.

Галлий – примесный  микроэлемент (содержание в ор–ганизме человека 10⁻⁶—10⁻⁵%). Биологическая роль гал–лия в живых организмах почти не выяснена.

Таллий относится к  весьма токсичным элемен–там. Ион  Т1 склонен подобно Ag+ образовывать прочные соединения с серосодержащими  лигандами.

Вследствие этого он очень  токсичен, так как подав–ляет активность ферментов, содержащих тиогруппы – SH. Даже весьма незначительные количества соедине–ний Т1 + при попадании  в организм вызывают выпадение волос.

Вследствие близости радиусов К⁺ и Т1⁺ они обла–дают сходными свойствами и способны замещать друг друга в ферментах. Ионы Т1 и К являются синергистами. Этим объясняется тот факт, что ферменты пиру-ваткиназа и диолдегидратаза активируются не только ионами К, но и ионами Т1 (ион Т1 замещает ион К в ка–талитическом центре ферментов). Синергизм тал–лия и калия проявляется и в том, что подобно ионам К ионы Т1 накапливаются в эритроцитах.

В качестве противоядия при  отравлении ионами Т1 используют серосодержащий лиганд – аминокислоту цистин.

В заключение необходимо отметить, что биологи–ческая роль р-элементов IIIA-группы изучена недоста–точно. В  настоящее время известно, что  бор и галлий взаимодействуют  в растениях с ингибиторами их раз–вития полифенолами, уменьшая токсичность послед–них. Установлена  также несомненная роль алюминия в построении эпителиальной и  соединительной тканей и, кроме того, его участие в ферментативных процес–сах как в качестве активатора, так и в качестве ингиби–тора. Свойством ингибировать многие серосодержа–щие  ферменты обладает ион Т1.

Биологическая активность р-элементов IIIA-группы связана главным образом  с их способностью к обра–зованию комплексных соединений с кислородсодер–жащими лигандами и нерастворимых фосфатов.

48. Биологическая  роль р-элементов IVA-группы. Применение  их соединений в медицине 

По содержанию в организме  человека (21,15%) угле–род относится  к макроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углево–дов, витаминов, гормонов. С биологической точки зре–ния  углерод является органогеном номер 1.

По содержанию в организме  человека (103 %־) крем–ний относится к примесным микроэлементам. Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах, хруста–лике. Так как природный диоксид кремния плохо раст–ворим в воде, то в организм человека он попадает не столько через пищеварительный тракт, сколько воз–душным путем через легкие в виде пылеобразного SiО₂. С нарушением обмена кремния связывают возни–кновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.

В медицинской практике применяют  карбид кремния (IV) SiC – карборунд  для шлифовки пломб и пластмас–совых протезов. Диоксид кремния SiО₂ входит в состав силикатных цементов.

Необходимо отметить, что  пыль, состоящая из частиц угля, диоксида кремния и алюминия при систематиче–ском воздействии на легкие вызывает заболевание  – пневмокониозы. При действии угольной пыли – это антракоз, профессиональное заболевание шахтеров. При вдыхании пыли, содержащей S1O₂ , возникает си–ликоз, при действии алюминиевой пыли – алюминоз.

По содержанию в организме  человека (10⁻⁶—10⁻⁵%) германий относится к микроэлементам. Биологиче–ская роль окончательно не выяснена. Соединения гер–мания усиливают процессы кроветворения в костном мозге. Известно также, что соединения германия мало–токсичны.

По содержанию в организме  человека (10^-4 %) олово относится к микроэлементам.

Олово попадает в организм человека с кислыми про–дуктами, консервированными в жестяных банках, покры–тых слоем олова. В кислой среде олово растворяется и в  форме соли поступает в кровь, проявляя токсиче–ское действие. Однако в опытах на крысах установлено, что  олово в малых количествах  стимулирующе действует на рост крыс. Это дает основание предполагать его необхо–димость и для человека. Безусловно, выяснение биоло–гической роли этого микроэлемента требует  дополни–тельного изучения.

В медицинской практике находят  применение различ–ные материалы, в  частности пломбировочные, содер–жащие  олово. Так, олово входит в состав серебряной амальгамы (28%) для изготовления пломб.

Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Многие факторы  говорят в пользу денатура-ционного механизма. Установлено, что свинец – один из элементов, присутствие  которых в продуктах пита–ния влияет на развитие кариеса.

С пищей, водой, атмосферным  воздухом человек ежесуточно поглощает  до 100 мкг свинца. Свинец депо–нируется  в основном в скелете (до 90%) в форме  труд–норастворимого фосфата. Массовая доля свинца в ор–ганизме человека – 106 %־ . Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2—2 мг свинца.

В медицинской практике нашли  применение как наруж–ные вяжущие  антисептические средства ацетат свинца (примочки) и оксид свинца (II) РЬО (входит в состав пластыря свинцового простого).

49. Биологическая  роль р-элементов VA-группы. Применение  их соединений в медицине (азот, фосфор)

Азот по содержанию в организме  человека (3,1%) от–носится к макроэлементам. Если учитывать только мас–су сухого вещества организма (без воды), то в  клетках содержание азота составляет 8—10%. Этот элемент – составная  часть аминокислот, белков, витаминов, гормо–нов. Азот образует полярные связи  с атомами водорода и углерода в биомолекулах. Во многих бионеорганиче–ских комплексах (металлоферментах) атомы  азота по донорно-акцепторному механизму  связывают неорга–ническую и  органическую части молекулы.

Вместе с кислородом и  углеродом азот образует жиз–ненно  важные соединения – аминокислоты, содержа–щие одновременно аминогруппу  с основными свойст–вами и  карбоксильную группу (—СООН) с кислотными свойствами. Аминогруппа выполняет  очень важную функцию и в молекулах  нуклеиновых кислот. Огромно физиологическое  значение азотсодержащих биолиган-дов  – порфиринов, например гемоглобина.

В биосфере происходит круговорот азота. Азотный цикл имеет жизненно важное значение для сельского хозяйства.

Необходимо отметить еще  одно важное в биологиче–ском плане  свойство азота – его растворимость  в воде почти такая же, как у  кислорода. Присутствие избытка  азота в крови может быть причиной развития кессон–ной болезни. При быстром подъеме водолазов проис–ходит резкое падение давления, соответственно пада–ет растворимость азота в крови (закон Генри), и пузырьки элементного азота, выходящие из крови, закупоривают мелкие сосуды, что может привести к параличу и смерти.

По содержанию в организме  человека (0,95%) фосфор относится к  макроэлементам. Фосфор – элемент-органоген  и играет исключительно важную роль в обме–не веществ. В форме  фосфата фосфор представ–ляет собой  необходимый компонент внутриклеточной  АТФ. Он входит в состав белков (0,5—0,6%), нуклеиновых кислот, нуклеотидов  и других биологически активных соединений. Фосфор является основой скелета  живот–ных и человека (кальций  ортофосфат, гидроксилапа-тит), зубов (гидроксилапатит, фторапатит).

Многие реакции биосинтеза осуществляются благода–ря переносу фосфатных групп от высокоэнергетического  акцептора к низкоэнергетическому. Фосфатная буфер–ная система  является одной из основных буферных сис-тем крови. Живые организмы  не могут обходиться без фосфора. Значение фосфора состоит и в  том, что сахара и жирные кислоты  не могут быть использованы клетками в качестве источников энергии без  предвари–тельного фосфорилирования.

Обмен фосфора в организме  тесно связан с обменом кальция. Это подтверждается уменьшением  количества неорганического фосфора  при увеличении содержания кальция  в крови (антагонизм).

Суточная потребность  человека в фосфоре составляет 1,3 г. Фосфор настолько распространен  в пищевых про–дуктах, что случаи его явной недостаточности (фосфат–ный голод) практически неизвестны. Однако далеко не весь фосфор, содержащийся в  пищевых продуктах, мо–жет всасываться, поскольку его всасывание зависит  от многих факторов: рН, соотношения  между содержанием кальция и  фосфора в пище, наличия в пище жирных кис–лот, но в первую очередь  – от содержания витамина D.

Целый ряд соединений фосфора  используют в качест–ве лекарственных  препаратов.

Следует отметить, что фосфорорганические соедине–ния, содержащие связь С—Р, являются сильными нер–вно-паралитическими  ядами, входят в состав боевых отравляющих  веществ

50. Биологическая  роль р-элементов VA-группы (мышьяк, сурьма, висмут). Применение их в  медицине 

По содержанию в организме  человека мышьяк отно–сится к микроэлементам. Он концентрируется в пече–ни, почках, селезенке, легких, костях, волосах. Больше всего мышьяка содержится в мозговой ткани и в мыш–цах. Мышьяк накапливается  в костях и волосах и в те–чение нескольких лет не выводится из них  полностью. Эта особенность используется в судебной экспертизе для выяснения  вопроса, имело ли место отравление соединениями мышьяка.

Определение мышьяка в  биологическом материале проводят в несложном приборе по реакции  Марша: к био–объекту добавляют  цинк и соляную кислоту. Выделяю–щийся  при реакции водород восстанавливает  любое сое–динение мышьяка до арсина.

Если выделяющийся водород  содержит примесь ар-сина, то при  нагревании газовой смеси происходит раз–ложение AsH₃ :

2AsH₃ = 2As° + 3Н₂.

и на стенках трубки для  газовыделения образуется черный блестящий  налет мышьяка – «мышьяковое  зер–кало». Реакция Марша весьма чувствительна и позво–ляет обнаружить 7—10^-7 г мышьяка.

В относительно больших дозах  соединения мышья–ка очень ядовиты. Как уже упоминалось, токсическое  действие соединений мышьяка обусловлено  блокиро–ванием сульфгидрильных групп  ферментов и других биологически активных веществ.