Н.А. Добрынина - Бионеорганическая химия (1109648)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМ. М.В.ЛОМОНОСОВАХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТКАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИБИОНЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯМЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 1 КУРСАСОСТАВИТЕЛЬ: ДОЦЕНТ ДОБРЫНИНА Н.А.МОСКВА 2007 Г.2БИОНЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯМетодическое пособие для студентов 1 курсаСоставитель доц. Добрынина Н.А.Содержание1.Предмет и задачи бионеорганической химии.2.Химические элементы в геосфере и биосфере.3.Макро- и микроэлементы.4.Краткий обзор биологической роли важнейших неметаллов.4.1.
Кислород.4.2. Углерод.4.3. Водород.4.4. Азот.4.5. Фосфор.4.6. Сера.4.7. Галогены.4.8. Другие неметаллы.4.9. Лекарственные препараты – координационные соединения неметаллов.5.Биологическая роль металлов. Биокоординационная химия.5.1. Биометаллы.5.2.
Биолиганды.5.3. Биометаллы – s-элементы.5.3.1. Натрий, калий.5.3.2. Магний, кальций.5.4. Биометаллы – d-элементы.5.4.1. Марганец.5.4.2. Железо.5.4.3. Кобальт.5.4.4. Медь5.4.5. Цинк.5.4.6. Молибден.5.5. Биологическая роль некоторых металлов, не относящихся к биометаллам.5.6. Токсическое действие металлов.5.7. Металлы-зонды в биохимических исследованиях.5.8. Лекарственные препараты на основе координационных соединений металлов6. Заключение7.
ЛитератураЦель настоящего пособия - дать студентам 1 курса, изучающим курс неорганической химии, представление о новой области - бионеорганической химии. Основноевнимание уделено биологической роли важнейших неметаллов (С, Н, N, O, P, S, Cl) ибиометаллов (Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo); охарактеризована также биологическая роль некоторых других элементов. Приведены примеры некоторых лекарственных препаратов.31. Предмет и задачи бионеорганической химииБионеорганическая химия (БНХ) возникла во 2-й половине ХХ века на стыке биологии, химии, медицины, биохимии, молекулярной биологии и др.
Формирование БНХкак науки было подготовлено многочисленными экспериментальными данными в области классической химии, медицины, токсикологии и науки о питании. БНХ являетсясвоеобразным «мостом» между неорганической химией и биохимией.Основной задачей БНХ является изучение роли химических элементов в возникновении и развитии физиологических и патологических процессов в живом организме.Отсюда вытекает тесная связь БНХ с биохимией, медициной, фармакологией, экологией. Каждая из этих областей науки подходит к изучению БНХ со своей стороны и использует присущие данной конкретной науке методы исследования. БНХ – сравнительно молодая область науки.
По образному выражению одного из её основоположниковР.П.Дж.Уильямса «бионеорганическая химия в настоящее время похожа на неорганическую химию до открытия Периодического закона». Действительно, несмотря на обширный накопленный к настоящему времени материал о роли химических элементов вбиосфере, об участии как простых, так и сложных химических соединений в жизненноважных процессах, механизмы действия множества соединений до сих пор до конца невыяснены. Можно только сделать вывод, что свойства элементов (степень окисления,координационное число и др.), проявляемые ими в биосфере, часто отличаются от тех,которые эти элементы проявляют в геосфере.Особое внимание БНХ уделяет роли элементов-металлов в живом организме.
Какизвестно, одной из главный функций ионов металлов является способность к комплексообразованию, поэтому БНХ по сути своей является биокоординационной химией(БКХ). Основные задачи БНХ и БКХ можно сформулировать следующим образом:1) изучение на молекулярном уровне взаимодействия металлов (в первую очередь биометаллов) с биолигандами; 2) моделирование биологических и биохимическихпроцессов; 3) использование результатов БНХ в медицине: диагностика заболеваний,создание новых препаратов и установление механизма их действия; 4) применение вохране окружающей среды, в агротехнике.
Одной из главных трудностей БНХ являетсяправильное перенесение (экстраполяция) результатов, полученных in vitro (т.е. «в пробирке»), на объяснение процессов, протекающих in vivo, (т.е. в живой природе)..2. Химические элементы в геосфере и биосфереРассматривая нахождение химических элементов на Земле, обычно принимают вовнимание 3 сферы «неживой» природы: атмосферу, гидросферу, литосферу (первичнуюоболочку Земли), а также можно выделить и 4-ю сферу – это область существованияживых организмов – биосфера .Химический состав Земли, законы распространения и распределения химическихэлементов, способы их сочетания, пути миграции и превращения химических элементов изучает геохимия. Геохимия тесно связана с химией, геологией и минералогией иопирается на химические и физические методы исследования.
В создание и развитиегеохимии внесли вклад многие естествоиспытатели, а из России среди них были такиевыдающиеся ученые как В.И.Вернадский, А.Е.Ферсман,4Таблица 1Относительное распределение важнейших элементов (в атомных %)Элемент Литосфера АтмосфераГидросфера БиосфераO61,121,133,224,9Si20,4Al6,3H2,966,249,7Ca2,1Na2,10,3Mg2,0Fe1,5K1,1Ti0,2N78,40,3Ar0,5Cl0,3C24,9А.П.Виноградов.
Именно В.И.Вернадский ввёл понятие «биосфера», которая есть «определённым образом организованная среда, переработанная жизнью и космическим излучением и приспособленная к жизни». В.И.Вернадский установил тесную связь междугеохимическими процессами и жизнью живых организмов, проводя сравнительныйанализ содержания некоторых химических элементов в живой и неживой природе(табл.1).Как видно из табл.1, распространённость химических элементов в живой и неживой природе существенно различается.
Больше 1/2 массы земной коры приходится накислород, 1/5 - на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl,P, S, N, Mn, F, Ba, - составляют 99,8% массы земной коры, причем на 8 элементов (O,Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg) приходится 98% массы земной коры. В живом организме преобладают 6 элементов-неметаллов: C, H, O, N, P, S, - на долю которых приходится97,4% массы всего организма. Эти элементы называются органогенами. Из металлов кбиометаллам относят 10 элементов: Na, K, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Cu, Zn и Мо. Согласнотабл.1, элементный состав живого вещества сильно отличается от такового для земнойкоры и ближе находится к составу морской воды, если исключить из рассмотрения углерод и кальций. Разумеется, общие законы геохимии распространяются и на биосферу,но поступление и накопление отдельных элементов в живом организме имеет свои специфические особенности.
Так, например, живые организмы предпочитают соединениятех элементов, которые способны образовывать достаточно прочные, но в то же времялабильные связи. Эти связи должны легко подвергаться как гомолитическому, так игетеролитическому разрыву, а также циклизации. Именно поэтому органогеном №1 является углерод. Водород и кислород – гораздо менее лабильные атомы, но они образуют устойчивую и уникальную среду существования для соединений остальных элементов – воду – и обеспечивают протекание и кислотно-основных, и окислительновосстановительных процессов. Элементы N, P, S, а также металлы Fe, Cu, Mo отличаются особой лабильностью при образовании химических связей. Они способны проявлять различные степени окисления и разные координационные числа, часто являясь катализаторами ферментативных реакций. Как правило, элементы, проявляющие стабильную степень окисления (Na, K, Ca, Mg) образуют фундаментальные системы invivo: электролитную среду, твёрдые несущие структуры.53.
Макро- и микроэлементыПо своему количественному содержанию в живом веществе химические элементыобычно подразделяют на «макро»- и «микро»-элементы, хотя это подразделение весьмаусловно. К макроэлементам относят 4 элемента: C, H, O, N, на долю которых приходится 96% массы живого вещества. К микроэлементам относят Ca, P, K, S (в сумме составляют 3%) и I, Cl, Fe, Na, Mg, Cu, Co, Zn (в сумме 1%). По другим данным, к микроэлементам добавляют ещё и Mn, Mo, Se, Cr, Ni, Sn, Si, F, V, содержание которых очень невелико, но их биологическая роль признана.Макро- и микро-элементы выполняют принципиально различные функции в живых организмах.
Макроэлементы составляют основу несущих тканей, обеспечиваютсвойства всей среды организма в целом: поддерживают определенные значения рН, осмотического давления, сохраняют в нужных пределах кислотно-основное равновесие,удерживают в коллоидном состоянии частицы некоторых веществ. Микроэлементы, вотличие от макроэлементов, неравномерно распределены между тканями и часто обладают сродством к определенному типу тканей и органов.Таблица 2Содержание некоторых микроэлементов в организме (в усл.ед.)Орган, тканьCuZnMnCrMoCoАорта971900114,50 –42–4Мозг370820200,80–40–2Сердце3502800233,40–42–3Почки2704900912,2334–5Печень68038001301,5814–5Мышцы85480062,30–43–5Яичник130180018490–40–2Поджелудочная 15024001103,70–41–3железаПредстательная 1109200192,20–41–3железаКожа120100022411–53-5Содержание макроэлементов в организме достаточно постоянно, но дажесравнительно большие (временные) отклонения от нормы совместимы с жизнедеятельностью организма.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
