- •Вопросы по химии к модулю №3
- •Теория кислот и оснований Бренстеда (протолитическая теория). Равновесия в сопряженной кислотно-основной паре.
- •Теории кислот и оснований: теория электролитической диссоциации Аррениуса: понятия “электролитическая диссоциация”, “электролит”. “ион”, “катион”, “анион”.
- •Ступенчатый характер диссоциации слабых электролитов. Закон разбавления Оствальда (формулировка и математическое выражение).
- •Константа диссоциации слабых кислот и оснований (константа кислотности Ка, константа основности Кb) как константа равновесия процесса диссоциации. Показатель константы диссоциации (рКа и рКb).
- •Ионное произведение воды. Водородный показатель. РН и рОн растворов. Расчёт рН в растворах сильных и слабых электролитов.
- •Гидролиз солей. Биологическое значение.
- •Теория строения комплексных соединений (теория Вернера): внутренняя и внешняя сфера, комплексообразователь, лиганды, координационное число, дентантность.
- •Комплексообразующая способность s-р-и d- элементов. Её причины.
- •Классификация комплексных соединений по заряду внутренней сферы и характеру лиганда.
- •Номенклатура комплексных соединений.
- •Диссоциация комплексных соединений в растворе, константы нестойкости и стойкости комплексных соединений.
- •Биологическая роль комплексных соединений в организме.
- •Металло-лигандный гомеостаз и причины его нарушения.
- •Роль биогенных элементов в организме: классификации, топография химических элементов, содержащихся в организме человека. Биологическая роль макро- и микроэлементов.
Биологическая роль комплексных соединений в организме.
Комплексообразование имеет большое значение для многих биологических процессов. В виде аквакомплексов находятся в крови, лимфе и тканевых жидкостях ионы щелочных и щелочноземельных металлов, выполняющих в организме важные и многообразные физиологические функции. Ионы d – элементов в результате высокой комплексообразующей способности находятся в организме исключительно в виде комплексов с белками и входят в состав гормонов, ферментов, витаминов и других жизненно важных соединений. Некоторые комплексные соединения обладают биологической активностью и применяются в качестве лекарственных препаратов - например витамин В12, участвующий в процессах кроветворения, является комплексом кобальта.
Токсические свойства некоторых веществ обусловлены их высокой комплексообразующей способностью. Например, токсическое действие на организм цианидов и оксида углерода объясняется их способностью образовывать прочные комплексы с катионами железа. Цианиды блокируют атомы железа, входящие в состав дыхательного фермента цитохромоксидазы, в результате прекращается клеточное дыхание. Оксид углерода (СО) связывает железо гемоглобина, вследствие этого гемоглобин утрачивает способность осуществлять транспорт кислорода.
В медицинской практике при лечении многих заболеваний в качестве лекарственных препаратов используются соединения меди, серебра, цинка, кобальта, хрома, золота, платины, ртути и др.
Металло-лигандный гомеостаз и причины его нарушения.
При нормальных условиях функционирования организма концентрация биотиков, в том числе, металлов и лигандов, поддерживается на определенном уровне, оптимальном для выполнения специфических биологических функций. Это объясняют механизмом авторегуляции живых организмов, обеспечивающим поддержание стационарных условий, который называют гомеостазом.
Причем в живых системах непрерывно происходит образование и разрушение биокомплексов, которые состоят из катионов различных биометаллов и биолигандов — аминокислот, пептидов, порфиринов, нуклеотидов и т.д.
Постоянный обмен веществ с окружающей средой дает возможность организму поддерживать на определенном уровне концентрации веществ, которые участвуют в равновесных процессах комплексообразования, обеспечивая состояние так называемого металло-лигандного гомеостаза.
РОЛЬ металло-лигандного гомеостаза
Для каждого биометалла характерна своя совокупность равновесных процессов металл-биолиганд, которая определяется устойчивостью образованных комплексов и концентрацией во внутренней среде как ионов этого металла, так и биолигандов.
Подробно изученной является металло-лигандное равновесие катионов железа, которые находятся в связанном состоянии (в составе таких биокомплексов, как миоглобин, гемоглобин, цитохромы, ферритин, трансферрин, ферредоксин), а также металлоферментов, в частности каталазы и пероксидазы.
Каждое из этих биологически активных веществ выполняет в организме специфическую функцию, но в целом их объединяет наличие в молекулах ионов Fe(II) и Fe(III). Следовательно, условием нормального функционирования многих биокомплексов железа является определенная концентрация этих ионов в крови.
Нарушение суммарного равновесия приводит к патологическим явлениям — железоизбыточных или железодефицитных состояний, то есть сидерозу, в первом случае, или анемии — во втором. Описано много патологий, связанных с нехваткой или избытком того или иного биоэлемента в организме. Например, дефицит ионов Cu(I), Cu(II) вызывает синдром Марфана, синдром Менкеса, болезнь Вильсона-Коновалова, цирроз печени, энфизему легких, анемию.
Избыточное поступление этих ионов в организм приводит к заболеванию различных органов (суставов, почек, легких, печени), которые называют гиперкупремия, или гиперкупреоз (медная лихорадка). Повышенное содержание калия в крови (гиперкалиемия) наносит вред сердечно-сосудистой системе, а его дефицит (гипокалиемия) приводит к изменению проводимости миокарда, повреждению мышц. Избыток ионов Кальция (гиперкальциемия) способствует возникновению катаракты и атеросклероза, а недостаток (гипокальциемия) может вызвать приступы общих или местных судорог (тетания).
ПРИЧИНЫ НАРУШЕНИЯ металло-лигандного гомеостаза
Нарушение металло-лигандного гомеостаза возможно из разных причин.
дефицит или избыток биоэлементов;
поступление катионов токсических металлов;
поступление или образование посторонних лигандов;
поступление ксенобиотиков.
Катионы токсичных металлов (Pb, Hg, Cd, Be, Sr, TI) и и некоторых неметаллов (As, Sb), токсичные лиганды (CO, CN -, S2-), ксенобиотики (пестициды, канцерогены) поступают в окружающую среду вследствие антропогенной деятельности человека — выбросы металлургической, электрохимической, горной промышленности,отходы электростанций, котельных установок, автотранспорта и пр.
В следствии попадания токсичных металлов или лигандов в организм человека с воздухом, водой или продуктами питания к естественным природным равновесиям приобщаются новые, неестественные для организма, равновесия. Это приводит к образованию чуждых для организма комплексов, не способных к выполнению определенных биологических функций.
Следовательно, избыток или недостаток в организме необходимых металлов, попадание в организм тяжелых металлов и их соединений, ядовитых лигандов, ксенобиотиков, вирусов нарушают состояние металло-лигандного гомеостаза, что приводит к возникновению патологических процессов в организме человека и животных.