Шпаргалки по "Неорганической химии"

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.