1. Biologiczna chemia pierwiastków - wprowadzenie

Prezentacja na temat: "1. Biologiczna chemia pierwiastków - wprowadzenie"— Zapis prezentacji:

1 1. Biologiczna chemia pierwiastków - wprowadzenie
2. Metalobiocząsteczki – struktura i funkcja 3. Reakcje i procesy bionieorganiczne 4. Związki nieorganiczne w medycynie i środowisku

2

3 MEDYCZNA CHEMIA NIEORGANICZNA
Środki diagnostyczne MRI (np. Gd, Mn) Rtg (Ba, I) Metale niezbędne do życia (np. Fe, Cu, Zn, Se) MEDYCZNA CHEMIA NIEORGANICZNA Środki terapeutyczne (np. Li, Pt, Au, Bi) Terapia chelatowa Inhibitory enzymów Radiofarmaceutyki Diagnostyka (np. 99mTc) Terapia (np. 186Re)

4 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
KOENZYMY DEPRESJE MANIAKANE ŚRODKI ZWALCZAJĄCE MIKROUSTROJE LEKI PRZECIWNOWOT. LEKI MOCZOPĘDNE ŚRODKI PRZECIWWRZODOWE LEKI PRZECIREUMATYCZNE LEKI HYPOTENSYJNE ŚRODKI INSULINOPODOBNE SOLE MINERALNE ŚRODKI DIAGONOSTYCZNE ŚRODKI PRZECIW NADKW., PRZECZYSZCZAJĄCE Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Lanthanide elements Actinide

5 KLASYFIKACJA LEKÓW NIEORGANICZNYCH I ŚRODKÓW STOSOWANYCH
W DIAGNOSTYCE MEDYCZNEJ 1. AKTYWNE KOMPLEKSY 1A Pt, Ru (przeciwnowotworowe) 1B Środki cieniujące (kontrasty) metody rentgenowskie (Ba) obrazowanie NMR (Gd) 1 - związek w postaci pierwotnej lub nieznacznie zmienionej wiąże się z bioreceptorem 2. AKTYWNE METALE 2A Sole litu (depresje maniakalne) 2B Ag, Hg (przeciwbakteryjne) 2C Au, (przeciwartretyczne) 2D Sole galu (leczenie hiperkalcemii) 2E Radioizotopy 2F Sr, Sn (kontrola mineralizacji- pasty do zębów) 2 – jon metalu (bądź metal) (zazwyczaj kinetycznie labilny) wiąże się z bioreceptorem, forma liganda może wpływać na mechanizm wchłaniania i dystrybucję leku 3. AKTYWNE LIGANDY 3A Ca, Mg, Al. (przeciw nadkwasocie), Bi (choroba wrzodowa) 3B Fe (rozszerzające naczynia wieńcowe 3C Związki organiczne stosowane jako odtrutki 3D Inhibitory metaloenzymów 3 – ligand jest aktywny jako lek, metal odpowiedzialny jest za doprowadzenie liganda do właściwego bioreceptora (A, B), cząsteczka organiczna staje się aktywna biologicznie wiążąc jony metalu (C,D)

6 - METODY RENTGENOWSKIE
ŚRODKI DIAGNOSTYCZNE - METODY RENTGENOWSKIE BaIISO4 - OBRAZOWANIE NMR (MRI) [GdIII(DTPA)](meglumine)2 [GdIII(DTPA)]- 99mTcV propyleneamineoxime 99mTcI (RNC)6]+ 67GaIII citrate - RADIOOBRAZOWANIE 51CrV chromate

7 RADIOIZOTOPY - okres połowicznego rozpadu powinien być względnie krótki - produkt przemiany izotopowej nie powinien być promieniotwórczy bądź też mieć długi okres połowicznego rozpadu, powinien być szybko wydalany przez organizm - izotop użyty w radiodiagnostyce powinien emitować promieniowanie  (łatwe do detekcji i mniej szkodliwe -do celów terapeutycznych stosowane są izotopy emitujące promieniowanie  lub , np.: 60Co, 137Cs (promieniowanie powinno być dostarczone do chorej tkanki, uszkadzając tkanki zdrowe w jak najmniejszym stopniu) 9942Mo m43Tc +  (m- metastabilny) 99m43Tc Tc +  (143 keV)

8 Tc C N CH 3 HC O CERATEC CARDIOLITE

9 RADIOIZOTOPY STOSOWANE W DIAGNOSTYCE
Czas połówkowego rozpadu Związek Diagnozowane narządy 99mTc 6,02 h Tc-(EDTA) Tc-polifosfonian Tc-DTPA Tc-HIDA Tc-MIBI TcCl(CDO)3-MeB Tc-ECD Tc-MAG3 nerki kości wątroba serce mózg 64Cu 12,7 h Cu-EDTA mózg (choroba Wilsona) 198Au 2,7 dnia koloidalne Au(O) 111In 2,8 dnia In-bleomycyna In-immunoglobina G nowotwory 201Tl 3 dni TlCl 51Cr 27,7 dnia Cr(III)-EDTA przesączanie kłębkowe 85Sr 65 dni SrCl2(METASTRON) ilość wapnia w kościach

10 ZWIĄZKI NIEORGANICZNE – ORGANIZM CZŁOWIEKA
Budowa lub funkcja Pierwiastek lub związek Zęby , szkielet kostny Ca, F, P Kamienie moczowe i nerkowe Ca Transport i magazynowanie O 2 Fe Kontrola ciśnienia i krzepnięcia krwi Na, Cl, NO,Ca Skurcz mięśni Ca, Mg Oddychanie Fe, Cu Podział komórki Ca, Fe, Co Metabolizm NO, Ca Kontrola pH we krwi CO 2 , Zn Funkcje tarczycy I

11 Krzywa Bertranda oddziaływania jonów metali niezbędnych
ś ć m e a b l i c z T r j Prawidłowa D f O p u ł a n i e t o k s y c z Stężenie A B C W y s o k a t c z n ś ć Ś r e d i S ł b Stężenie Krzywa Bertranda oddziaływania jonów metali niezbędnych fizjologicznie (a) oraz toksycznych (b)

12 NIEKTÓRE STANY ORGANIZMU UWARUNKOWANE
JONAMI METALU PIERWIASTEK NIEDOBÓR NADMIAR Chrom Nieprawidłowy metabolizm glukozy Stany zapalne i nowotwory płuc i oskrzeli Cynk Karłowatość, niedorozwój płciowy Zmęczenie, stres Kobalt Anemia Niedomoga naczyń wieńcowych, nowotwory mięśni Magnez Bezsenność, zmęczenie Zaburzenia czucia Mangan Deformacje szkieletu, Nieprawidłowe działanie gruczołów płciowych Bezwład ruchowy Miedź Anemia Zwyrodnienie soczewkowate wątroby Potas Skurcze mięśni Choroba Addisona Wapń Deformacja kości, tężyczka Miażdżyca, zaćma, kamica żółciowa Sód Choroba Addisona Niedomoga naczyń wieńcowych, nowotwory mięśni Żelazo Anemia Hemochromatoza, syderoza

13 TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE JONÓW METALI
1. Pobranie z otoczenia 2. Dostarczanie do komórek, w których są niezbędne 3. Zagospodarowanie w obrębie komórki przechowanie i powtórne przetworzenie przy końcu okresu funkcjonowania komórki 4. Wyeliminowanie niepotrzebnych j.m. przez procesy wydalnicze lub przez wewnêtrzne magazynowanie

14 addukt cis-platyna - DNA krew żylna
CYTOPLAZMA błona komórkowa aktywne formy cis-platyny DNA komórki nowotworowej dyfuzja pasywna

15 CrO42- CrO42- GSH CrV- GSH DNA
poza komórką błona komórkowa wewnątrz komórki CrO42- GSH CrV- GSH DNA Model absorpcji przez komórkę i genotoksycznego działania jonu chromianowego. Jon CrO42- wnika do komórki przez specyficzne kanały, jest redukowany przez glutation (GSH) i wiąże się kowalencyjnie z DNA GS-CrV - DNA GSH CrIII- DNA niszczy funkcję genu

16 NADMIAR JONÓW METALI 1. Niespecyficzne połączenia z białkami i innymi biocząsteczkami 2. Zniekształcenie normalnego metabolizmu innych metali 3. Tworzenie niebezpiecznych wolnych rodników zatrucia

17 Glin Arsen Beryl Kadm Ołów
Wysoka toksyczność. Al3+ powoduje anemię (może zastąpić Fe3+), demencję i śmierć. Może zastępować Mg2+, ponieważ łączy się mocniej z tymi samymi ligandami. Obniżenie pH gleby zwiększa biodostępność Al(III). Arsen Duża toksyczność. As(V) może symulować P(V). As(V) reaguje z grupami tiolowymi przez co oddziałuje na enzymy. Całkowity brak w diecie prowadzi do upośledzenia wzrostu. Występuje naturalnie jako nietoksyczny Me3As+CH2CO2- w rybach i homarach. Beryl Najsilniej toksyczny pierwiastek. Be+ może zaburzać funkcje Mg2+. Spożywanie związków berylu powoduje choroby płuc w szczególności raka. Kadm Wysoka toksyczność kadmu prowadzi do dysfunkcji nerek. Cd2+ może zastąpić Zn2+ w enzymach zawierających siarkę i podstawić jony Ca2+ w kościach. Biologiczna retencja trwa wiele lat. Ołów Długa historia toksyczności. Pb2+ powoduje anemię przez inhibicję syntetazy hemu, która katalizuje włączanie Fe do porfiryn. Organometaliczne związki Pb mogą przekraczać barierę krew/mózg i atakować centralny system nerwowy.

18 METALOTIONEINY Białka (tioneiny) o Mcz ok. 600-10000
Charakterystyczny skład aminokwasów: dużo cysteiny, mało lub brak aminokwasów z pierścieniami aromatycznymi Duże powinowactwo do metali (Zn, Cd, Cu, Hg, Bi, Au, Ag) Funkcje tionein- detoksyfikacja, Zn - tioneiny, Cu - tioneiny mogą również brać udział w transporcie i mogą również brać udział w transporcie i magazynowaniu Występowanie tionein - wątroba, nerki i inne tkanki

19 ZWIĄZKI CHELATUJĄCE - podany do przewodu pokarmowego (doustnie) nie może ulegać rozkładowi ani uczestniczyć w przemianach metabolicznych np. peptydy tworzące termodynamicznie trwałe kompleksy z różnymi jonami metali nie spełniają tego warunku, bo ulegają hydrolizie w żołądku - musi działać specyficznie - cząsteczka powinna być mała, aby mogła być przetransportowana przez błonę komórkową - wiązanie metal - „środek chelatujący” musi być termodynamicznie trwalsze niż metal - bioreceptor (tylko wtedy istnieje możliwości usunięcia metalu z komórki) - związek chelatujący i powstający kompleks nie mogą być toksyczne - mechanizm wydalania kompleksu musi być bezpieczny dla pacjenta

20 2,3-dimerkaptopropan-1-ol
Substancje chelatujące stosowane jako odtrutki przy usuwaniu nadmiaru niektórych metali z organizmu człowieka Czynnik chelatujący Metal Uwagi dotyczące leku Na2[Ca EDTA] (CHELATON) Na2H2EDTA (CALCITONIN) Pb, Cr, V, Th, Zn, Co Ca Podawany dożylnie w ostrych zatruciach. Okres półtrwania t1/2  20 – 60 min. Nie jest metabolizowany w organizmie. Lek wydalany przez nerki w ciągu 24 godz. Deferoksamina (DESFERAL) Fe, Al, V Podawany pozajelitowo (dożylnie, podskórnie). Nie wchłania się z przewodu pokarmowego t1/2 = 5 – 10 min. Penicylamina (CUPRENIL) Cu, Pb, Hg, Ta Okres półtrwania dwufazowy (1 godz., 5 godz.). Lek wchłaniany z przewodu pokarmowego, wydalany z moczem. 2,3-dimerkaptopropan-1-ol (DIMERKAPROL, BAL) Hg, Au, Sb, Bi Całkowicie wydalany i metabolizowany w ciągu 6 – 24 godz.

21

22 Niektóre leki przeciw nadkwasocie dopuszczone do stosowania w Polsce
Skład chemiczny Nazwa handlowa Uwagi Ca CaCO3 CALCIUM CARBONICUM Mg MgCO3 MAGNESTHIN działa również znieczulająco i przeciwskurczowo MgO MAGNESIUM OXIDATUM działanie neutralizujące silniejsze niż MgCO3 MgSiO3 x H2O MAGNOSIL GELUSIL dodatkowe działanie ochronne żelu krzemionkowego, poprawa odporności błony śluzowej Al Al(OH)3 + Mg(OH)2 ALUMAG Al(OH)3 + MgCO3 ACIMOL uwodniony glinian magnezowy Mg : Al : H2O 4 : 2 : 9 MEGALDRATE zasadowy glicynian glinowy + MgCO3 PROACID lek bufurujący (podnosi pH żołądka do wartości 3 – 3,5) NaHCO3 + Al(OH)3 GEALCID Al(PO4)3 ALUPHOS (żel) Al(OH)3 ALGELDRAT ALUSAL słabe własności zobojętniające Bi Bi2(CO3)3 + Al(OH)3 BISMUTH SUBCARBONATE (żel)

23 UKŁAD KRĄŻENIA NO O N COO– Ru Cl COOH OH + NO H O, –Cl pK 2.4 II III 2

24

25 LEKI ANTYNOWOTWOROWE Pt OCOC19H38 NH2

26 LEKI PRZECIWARTRETYCZNE