Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Rola Metali w Życiu Człowieka Jacek Nycz Institute of Chemistry, University of Silesia Katowice, Poland

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Rola Metali w Życiu Człowieka Jacek Nycz Institute of Chemistry, University of Silesia Katowice, Poland"— Zapis prezentacji:

1 Rola Metali w Życiu Człowieka Jacek Nycz Institute of Chemistry, University of Silesia Katowice, Poland

2 Ziemia ~ 4 billiony lat 81 stabilnych pierwiastków Pierwiastki w żywych organizmach: –11 wystepujących w skali makro –H, C, N, O, Na, Mg, P, S, Cl, K, Ca –7 w mikro –Mn, Fe, Co, Cu, Zn, I, Mo –7 tylko u niektórych organizmów –B, F, Si, V, Cr, Se, Sn

3

4

5 1. W związkach organicznych: (6 pierwiastków) C, H, O, N, S, P 2. Nieorganiczne; szkielet i płyny ustrojowe: (5 pierwiastków) Na, K, Ca, Mg, Cl 3. Pierwiastki śladowe : (~14) - Se, Si, Sn, F, I - metale przejściowe: Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Ni, V, Cr, Mo Nie chciane pierwiastki (impurity): - korzystne: B, Ti, W,... (As, Cd, Pb....) - toksyczne: Hg, Cd, Pb, Tl, As, Pt, Be, Ba,..

6 Średnia zawartość różnych pierwiastków w ludzkim organiźmie (70 kg masa ciała) Pierwiastekmasa(m/m)%Pierwiastekmasa(m/m)% O (kg)45,5565,1Na (g)700,10 C (kg)12,5918,0Mg (g)420,06 H (kg)6,789,7Fe (g)4-4,50,007 N (kg)1,822,6Zn (g)2-30,0035 P (g)6801,0Cu (mg) ,00014 S (g)1000,15Mn (mg) ,00003 Ca (g)17002,42Mo (mg)4-5 0,00001 K (g)2500,36Se (mg)20 0,00004 Cl (g)1150,16I (mg)30 0,00005 Dla porównania: Pb: 80 mg/70 kg, Al: 100 mg/70 kg, Sr: 140 mg/70 kg

7 Zawartość pierwiastków śladowych w organizmie współczesnego i prehistoricznego człowieka (ppm) PierwiastekPrehistorycznyWspółczesny Fe60 Zn33 Cu1,01,2 Mo0,1 Al0,40,9 Ti0,4 Cd0,0010,7 Hg < 0,0010,19 Pb0,011,7

8 Koncentracja i efekt fisiologiczny śmierć, niedobór, OPTIMUM, nadmiar, śmierć

9 Metale niezbędne dla życia: rola większości nie jest pewna Na, K, Mg, Ca V, Cr, Mn, Fe Co, Ni, Cu, Zn Mo, W

10 Na, K: Na, K: przenośniki ładunków osmotyczne i elektrochemiczne stężenia funkcjonowanie ukł. nerwowego Mg, Ca: Mg, Ca:aktywatory enzymów struktura kwasy Lewisa Mg 2+ : chlorofil, fotosyntesa Ca 2+ : nierozpuszczalne fosforany

11 Sód i Potas Funkcja: –Elektrolity, generują potencjał (razem z Cl - ) –Są przeciwjonami dla DNA, membran, etc... –Działanie układu nerwowego Koncentracja: [Na + ] na zewnątrz, [K + ] wewnątrz komórki –Wewnątrz krwinek czerwonych: [Na + ] = 0.01 M [K + ] = 0.09 M –Na zewnątrz surowicy: [Na + ] = 0.16 M [K + ] = 0.01 M Pompa jonowa

12 Sód i Potas– Pompa jonowa Na + /K + -ATPase –Membrane-Spanning Protein Ion Pump –  2  2 tetrameric 294,000 dalton protein –Conformational changes pump the ions: one conformation binds Na + best, the other binds K + best –Hydrolysis of ATP provides the energy for conformational changes (30% of a mammal’s ATP is used in this reaction) –Antiport transport: like charged ions are transported in opposite directions –Reversing the normal reaction can generate ATP –Reaction can occur 100 time per second 3Na + in + 2K out + + ATP 4- + H 2 O 3Na + out + 2K + in + ADP 3- + HPO H +

13 Sód i Potas--Ion Channel Gramicydyna: tworzy kanały jonowe –białko ion/second may pass (E mem = 100 mV)

14 Rola: Na + –Płyn zewnątrzkomórkowy –Równowaga osmotyczna „ pompa sodowa” –Równowaga kwasowo-zasadowa –Konformacja białek i kwasów nukleinowych (DNA, RNA) –Impulsy elektryczne w układzie nerwowym Mg 2+ 3Na + + 2K + + ATP 4- + H 2 O 3Na + + 2K + + ADP 3- + HPO H +

15 K+K+ –Płyn wewnątrzkomórkowy –Aktywator enzymów –Konformacja białek i RNA (replikacja) –Wydzielanie kwasów żołądkowych –Potencjał Transmembrane! Kompleksy metali alkalicznych (Na +, K + ) Cykliczne antybiotyki Valinomycin Monactin Nonactin polietery, kryptandy

16 Kompleks walinomycyny z K +

17 Makrocykliczne ligandy

18 Metale ziem alkalicznych to: Be MgCaSrBaRa Występują in vivo: MgCa Be, Ba BARDZO TOKSYCZNY! Sr (mniej toksyczny) 90 Sr akumuluje się w kościach

19 Wapń Funkcja: –napięcie mięśniowe –Materiał szkieletu Zawartość: –Na zewnątrz komórki[Ca 2+ ] = M –Wewnątrz komórki [Ca 2+ ] = M

20 Wapń--składowanie CaCO 3 – skorupa jajka i szkielet koralowców Hydroksyapatyty- Ca 2+ w kościach i zębach: Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 hydroksyfosforan wapnia –Zastąpienie OH - przez F - zapobiega niszczeniu zęba ponieważ F - jest słabszą zasadą

21 Mg 2+ Rośliny CHLOROFIL System nerwowy (tetany) Transport aktywny (wewnątrzkomórkowy) aktywator enzymów (np. ATP-azy) Ca 2+ antagonista Ca 2+ Inhibuje Mg 2+- aktywowane enzymy Zewnątrzkomórkowy: (10 -3 M) Ca 2+ protrombina trombina-fibrynogen-fibryna

22 Chlorofil

23 Metale przejściowe Fe, Cu, Mo: Fe, Cu, Mo: Elektron-transfer Redoks białka i enzymy Transfer tlenu Wiązanie azotu Zn: Zn: Metaloenzymy Struktura Kwasy Lewisa Nie jest katalizatorem redoks!

24 Żelazo--Ewolucja Atmosfera Redukcyjna: H 2, H 2 S, CH 4, NH 3 -  Fe 2+ = 4.9x [Fe 2+ ] = 5.0x10 -3 Po Fotosyntezie: Atmosfera utleniająca: O 2 ---> Fe 3+ = 2.6x [Fe 3+ ] = 2.6x Funkcje: O 2 transport, elektron transfer, metabolizm

25 Żelazo--Siderofory Siderofory: klasa bakteryjnych jonoforów specyficznych dla Fe 3+ Razem rozpuszczalne Enterobactins: 3 katechole Ferrichromes: 3 kwasy hydroksamowe, cykliczne białka Ferrioxamines: 3 kwasy hydroksamowe, acykliczne białka katecholKwas hydroksamowy

26 Żelazo-transferyna białko ssaków przenosi 2 jony Fe 3+. Żelazo jest wiązane jako Fe 2+ i utleniane do Fe 3+. CO 3 2- w tym samym czasie jest zaangażowany.

27 W ciele człowieka 75% Hem-żelazo Hemoglobina Mioglobina Cytochromy Oksydaza, P % Non-hem-żelazo Rubredoxins Ferredoxins

28 Jeden elektron wiecej, jeden elektron mniej

29 Mitochondrialna oksydaza cytochromu c (też oksydaza cytochromowa, kompleks IV łańcucha oddechowego) redukuje tlen przez addycję 4 elektronów, tworzy wodę. Jeśli tylko 1, 2 lub 3 elektrony są dodane to tworzą się b. reaktywne cząstki np. rodnik hydroksylowy.łańcucha oddechowego

30 Katalizowane przez jony żelaza -reakcja Haber-Weiss oraz Fentona..

31 Cu(I), Cu(II) Rośliny Elektron transfer Zwierzeta O 2 -carrying Cu-białka i enzymy Oksydaza cytochromowa O 2 H 2 O Tyrosynaza, Oksydaza fenolowaox. phenols CeruloplazminaFe(II) Fe(III) Blue proteinsElectron transfer Superoxide dismutazaEliminacja of O 2 - HemocjaninaO 2 transport

32 Miedź Funkcje –O 2 transport (hemocjanina) –O 2 activation (Cu oksydazy) –elektron transfer (plastocjanina) Dostępność –3 metal przejściowy w organizmie –300 mg in a human body

33 Miedź--Transport Ceruloplazmina –132,000 dalton glycoprotien (7% carbohydrate) –Wiąże 95% Cu 2+ w ludzkich płynach –6 Cu 2+ sites: 1 Type I, 1 Type II, 4 Type III

34 Superoxide Dismutase SOD-Cu 2+ + O 2.-  SOD-Cu 1+ + O 2 SOD-Cu 1+ + O H +  SOD-Cu 2+ + H 2 O 2

35 Cynk Funkcje: –Kwas Lewisa katalizator –Structura kontrola; metaloenzymy –Substrate binding –200 Zn 2+ proteins known Dostepność: –w biosferze, b. dobrze rozpuszczalny –Wszystkie formy życia (2 g u człowieka) –Versatile: labile, varied geometries (no LFSE), hard/soft –No redox chemistry

36 Rola Zn2+ : niedobór: zakłóca systemy zw. z rozmnażaniem karzełkowatość zmiany skórne szkielet nieprawidłowości

37 Zink(II) w centrum aktywnym karboksypeptydazy-A Centrum aktywne dehydrogenazy alkoholowej

38 Cynk Transport: Serum Albumin –Constitutes more than half of all serum protein –plays a role in Cu 2+ transport as well –600 amino acid protein –poorly described Zn 2+ pumps? –high concentrations in some vesicles suggest pumps –[Zn 2+ ]cytoplasm = M [Zn 2+ ]vesicle = M Storage: Metallothionein chemistry similar to Cu 2+

39 Metale jako w leczeniu Gold and Rheumatoid Arthritis Złoto (chrysotherapy) Au(I) rheumatoid arthritis

40 Leki antynowotworowe

41 NMR

42 Mechanizm działania cis-platyny

43

44

45

46 Witamina B 12

47

48

49

50 Platyna, złoto i miedź

51 Protezy tytanowe Srebro – Aleksander Macedoński Lapis dezynfekcja

52

53 Goldwasser (niem. złota woda), gdańska wódka – mocny (minimum 38% alkoholu) likier ziołowo-korzenny (według pierwotnej receptury oparty na mieszaninie 20 ziół) wytwarzany według pomysłu holenderskiego imigranta z XVI w. w Gdańsku. Charakterystyczną cechą tego trunku są drobne płatki karatowego złota, które są zawieszone w tym alkoholu. Wielbicielami trunku byli m.in. car Rosji Piotr I, król Francji Ludwik XIV czy caryca Rosji Katarzyna Wielka.niem. likierGdańsku drobne płatkikaratowegoPiotr I Ludwik XIVKatarzyna Wielka

54 Instytut Chemii Informacje:

55 Thank you for your attention !!!


Pobierz ppt "Rola Metali w Życiu Człowieka Jacek Nycz Institute of Chemistry, University of Silesia Katowice, Poland"

Podobne prezentacje


Reklamy Google