Składniki bionieorganiczne organizmu

Prezentacja na temat: "Składniki bionieorganiczne organizmu"— Zapis prezentacji:

1 Składniki bionieorganiczne organizmu
Zakład Chemii Medycznej Pomorskiej Akademii Medycznej

2 Makropierwiastki stanowią ok. 99,4% masy ciała należą do nich tlen, węgiel, wodór, azot, wapń, sód, potas, chlor, siarka i magnez tlen, węgiel i wodór – dostarczane są w diecie, związane w białkach, tłuszczach i węglowodanach zapotrzebowanie na pozostałe makropierwiastki wynosi więcej niż 100 mg w ciągu doby Mikropierwiastki występują w niewielkich stężeniach (mg/g, ng/g tkanki) zapotrzebowanie na mikropierwiastki wynosi mniej niż 100 mg w ciągu doby

3 Mikropierwiastki Pierwiastki śladowe – niezbędne dla organizmu, niedobór spowodowany niedostatecznym dostarczaniem z dietą, prowadzi do zaburzeń funkcjonowania organizmu; podawanie pierwiastków w dawce fizjologicznej zapobiega im lub je usuwa pierwiastki istotne (niezbędne): żelazo, cynk, miedź, jod, mangan, molibden, kobalt, selen, chrom, fluor przypuszczalnie istotne: nikiel, cyna, wanad, krzem nieistotne: glin, bor, german, kadm, aresen, antymon, bizmut, ołów, rtęć, rubid, srebro, tytan

4 Mikropierwiastki Istotne pierwiastki mogą wchodzić w skład: enzymów –
Cu – dysmutaza ponadtlenkowa, oksydazy aminowe Zn – anhydraza węglanowa Mn – arginaza, glikozylotransferaza Se – peroksydaza glutationowa hormonów - I - trijodotyronina witaminy B12 - kobalt metaloprotein Fe w hemoglobinie i mioglobinie Cu w ceruloplazminie

5 Specyficzność działania pierwiastków śladowych
Działanie pierwiastków śladowych in vivo jest całkowicie specyficzne. Niedobór pierwiastka może być usunięty tylko przez ten sam pierwiastek. Specyficzność wynika z właściwości: wartościowość, potencjał redox, promień jonowy, liczba koordynacyjna, geometria koordynacji powinowactwo do ligandu W warunkach in vitro specyficzność ta jest zdecydowanie mniejsza.

6 Wchłanianie i przenoszenie pierwiastków śladowych w ustroju
Wchłanianie pierwiastków odbywa się z udziałem specyficznych białek transportowych albuminy – Cr, Cu, Mn, Se, Zn globuliny transkobalamina – Co transferyna – Cr, Fe, Mn ceruloplazmina – Cu - a2-makroglobulina – Mn, Zn aminokwasy – Cu, Se

7 Wchłanianie i przenoszenie pierwiastków śladowych w ustroju
Wchłanianie w przewodzie pokarmowym zależy od: związków chelatujących - fitany, szczawiany białka włóknika tłuszczy Wydalanie pierwiastków mocz – Co (++), Cr (++), Mo (+), Se (+), Zn (+) żółć – Cu (++), Mn (++), Mo (+), Se (+), Zn (++) sok trzustkowy – Zn (++) pot – Zn (+) martwe komórki śluzowe - Fe (+)

8 Funkcje jonów metali w organizmach żywych - katalityczna
Metaloenzymy – określona ilość jonów metalu silnie związanych z apoenzymem jon metalu nie zmienia stopnia utlenienia w czasie katalizowanej reakcji Zn+2, Mn+2, Ni+2, Mg+2, Cu+2 - w reakcjach hydrolizy, dekarboksylacji, transaminacji jon metalu ulega procesom redox Cu+/2+ i Fe+2/+3 - w cytochromach Enzymy aktywowane przez jony metali – wiązanie między jonem metalu a apoenzymem jest słabe

9 Funkcje jonów metali w organizmach żywych
Strukturalna – jony wapnia hydroksyapatyt: Ca10(PO4)6(OH)2 [ 3 Ca3(PO4)2 . Ca(OH)2] Przekazywanie sygnałów hormonalnych jony wapnia: śródkomórkowy przekaźnik w mechanizmie działania hormonów, np. wazopresyny jod stanowi integralną część trijodotyroniny i tyroksyny (hormonów tarczycy)

10 Funkcje jonów metali w organizmach żywych
Udział w obronie antyoksydacyjnej dysmutaza ponadtlenkowa katalaza peroksydaza glutationowa Udział w strukturze leków cis-platyna tiojabłczan złota

11 Fluor niemetal masa atomowa 18,9984 konfiguracja elektronowa 1s22s22p5
występuje w postaci cząsteczki F2 stopień utlenienia -1 żółto-zielony gaz 13 miejsce pod względem rozpowszechnienia w przyrodzie

12 Fluor – występowanie w przyrodzie
fluoryt Ca F2 apatyt 3 Ca3(PO4)2 . CaF2 kriolit Na3AlF6

13 Fluor - wchłanianie jama ustna – wchłania się nie więcej niż 1% całkowitej ilości dziennie spożywanej ilości fluorków 40-50% pobranych związków ulega wchłonięciu w żołądku większość związków fluoru przyswajana jest w górnej części jelita cienkiego.

14 Fluor – wchłanianie, interakcje
kationy wielowartościowe hamują wchłanianie związków fluoru – Ca+2, Mg+2, Al+3 chlorek sodu ogranicza przyswajanie substancje tłuszczowe ułatwiają wchłanianie związków fluoru.

15 Fluor – występowanie w organizmie
w osoczu krwi fluorki występują w postaci jonowej niejonowej wysokie pH krwi oraz jej hematokryt powodują wzrost stężenia fluorków są obecne we wszystkich płynach ustrojowych: żółci, ślinie, moczu, w ilościach zależnych od stężenia w osoczu są transportowane przez łożysko

16 Aktywność biologiczna fluorków
wiążą się z enzymami: w miejscu aktywnym w naładowanych dodatnio domenach mogą być ich: aktywatorami (oksydaza błonowa NADPH) inhibitorami mają wpływ na szlaki przemian lipidowych i węglowodanowych: hamują działanie aldolazy (enzymu szlaku glikolizy) prawdopodobnie uszkadzają komórki b wysp trzustki

17 Aktywność biologiczna fluorków
głównym składnikiem nieorganicznym kości i zębów jest hydroksyapatyt Ca10(PO4)6(OH) Ca3(PO4)2 . Ca(OH)2 hydroksyapatyt związany jest z węglanami i cytrynianami. stosunek wapnia do fosforanów w fazie krystalicznej apatytu kości jest mniejszy niż w apatycie naturalnym. fluorek zastąpuje grupę hydroksylową hydroksyapatytu tworząc fluoroapatyt w stosunku do hydroksyapatytu jest on znacznie bardziej twardy, ale jednocześnie wzrasta jego kruchość.

18 Toksyczność fluorków fluorki w dużych dawkach mają działanie teratogenne fluor z metalami dwuwartościowymi tworzy fluorki powoduje u dzieci zaburzenia rozwojowe wpływa niekorzystnie na pobieranie i metabolizm jodu ma działanie neurotoksyczne

19 Aktywność biologiczna fluorków – płytka bakteryjna (1)
Fluorki obecne w w płytce nazębnej powodują: hamowanie procesu deminaralizacji wzmaganie procesu remineralizacji redukcja gradientu protonowego (fluorki hamują bakteryjną ATP-azę protonową) zapobieganie tworzenia gradientu protonowego zmniejszenie tolerancji komórek bakteryjnych na kwasy

20 Aktywność biologiczna fluorków – płytka bakteryjna (2)
Fluorki obecne w w płytce nazębnej powodują: zmniejszenie tolerancji komórek bakteryjnych na kwasy oddziaływanie na przepuszczalność błony komórkowej hamowanie enolazy – zmienia przemianę cukrów w bakteriach redukcja produkcji polisacharydów zewnątrzkomórkowych ograniczenie zapasów tłuszczów zmiana stosunku glukany/fruktazy w płytce nazębnej.

21 Magnez. stanowi do 0,5% masy ciała ok. 60% magnezu przypada na kości
jest on aktywatorem wielu enzymów wraz z jonami sodu i potasu, stabilizuje zwartą strukturę polianionowych makrocząsteczek tworzą one kompleksy z kwasami nukleinowymi zobojętniając ich ujemnie naładowane grupy fosforanowe. stabilizuje strukturę rybosomów

22 Magnez regulują procesy oksydoredukcji,
Jony magnezowe regulują procesy oksydoredukcji, mają wpływ na gospodarkę lipidową oraz poziom katecholamin i przepuszczalność błon komórkowych. Niedobór magnezu zaburza procesy prowadząc do dysfunkcji metabolicznej, głównie komórek mięśni gładkich i mięśnia sercowego. Magnez spełnia istotną rolę w profilaktyce i terapii różnych chorób, w tym zapobiega nadpobudliwości nerwowej i depresji.

23 Selen. pierwiastek niezbędny dla organizmu
składnik enzymów oksydacyjno-redukcyjnych i cytochromów występuje w peroksydazie glutationowej w organizmie selen tworzy z metalami toksycznymi trudno rozpuszczalne selenki niedobór selenu powoduje: uszkodzenie mięśnia sercowego, choroby układu kostnego, ograniczenie sprawności układu odpornościowego, zwiększa także ryzyko choroby nadciśnieniowej i nowotworów.

24 Cynk zawartość w organizmie wynosi ok. 1,5 – 2 g,
występuje on głównie wewnątrzkomórkowo. stanowi centrum aktywne wielu enzymów występuje w wielu białkach wiążących kwasy nukleinowe poprawia metabolizm, przyspiesza gojenie się ran i poprawia sprawność umysłową niedobór cynku powoduje zaburzenia układu kostnego, funkcji rozrodczych, stany zapalne skóry, sprzyja procesom miażdżycowym

25 Molibden. występuje głównie w tkance kostnej, a także w nerkach, wątrobie i zębach wchodzi on w skład centrów aktywnych enzymów odpowiedzialnych za procesy oksydacyjno-redukcyjne. ma zdolność do ulegania dwuelektronowym reakcjom redoks na stopniach utlenienia między 6 a 4. nadmiar jest toksyczny - powoduje: deformacje kości podobne do gośćca, skłonność do próchnicy zębów zaburzenia gospodarki lipidowej i białkowej.

26 Kobalt. w największych ilościach występuje w narządach miąższowych i mięśniach jest on składnikiem witaminy B12, która odgrywa rolę w: w wytwarzaniu krwinek czerwonych metabolizmie białek oraz kwasów nukleinowych. niedobór witaminy B12 powoduje niedokrwistość i zmiany w narządach miąższowych nadmiar kobaltu powoduje czerwienicę, uszkodzenie narządów miąższowych – nerek, wątroby, uszkodzenie osłonek mielinowych, kardiomiopatię.

27 charakteryzuje się wybitnymi właściwościami akumulującymi.
Kadm. charakteryzuje się wybitnymi właściwościami akumulującymi. okres półtrwania w organizmie (10 – 30 lat) przyczynia się do odkładania się, wraz z wiekiem, głównie w nerkach, gdzie gromadzi się do 50% całego kadmu. działa na systemy enzymatyczne komórek, wypierając i zastępując inne fizjologiczne metale (Cu, Zn, Se) z metaloenzymów wiąże się z grupami czynnymi –SH białek: łatwo wiąże się z metalotioneiną, niskocząsteczkowym białkiem cytoplazmatycznym, bogatym w reszty cysteinowe, która wiąże dwuwartościowe kationy cynku, miedzi, selenu nadmiar kadmu prowadzi do zaburzeń czynności nerek, metabolizmu wapnia i funkcji rozrodczych, rozwoju choroby nadciśnieniowej oraz zmian nowotworowych, głównie nerek i gruczołu krokowego.

28 Ołów. w organizmiei jest odkładany w postaci nierozpuszczalnych związków ołowiu, w kościach i w tkankach miękkich toksyczne działanie ołowiu ujawnia się na poziomie molekularnym, hamuje wiele enzymów, w tym syntazę porfobilinogenową, podstawowy składnik w syntezie hemu wiąże się z kwasami nukleinowymi i aminokwasami białek zakłóca metabolizm niezbędnych pierwiastków śladowych działając antagonistycznie na inne metale m.in. przyspiesza wydalanie miedzi i żelaza z organizmu podwyższenie poziomu miedzi, wapnia i fosforu w diecie obniża pobieranie ołowiu przez organizm skutkami toksyczności ołowiu są zaburzenia w hematopoezie, nadciśnienie tętnicze, neuropatie i uszkodzenia mózgu

29 Rtęć źródłem wchłaniania tego pierwiastka przez ludzi są tkanki ryb skażonych tym pierwiastkiem pośrednim źródłem rtęci jest mięso zwierząt domowych karmionych mączką otrzymaną ze skażonych ryb toksyczne działanie rtęci wynika z jej dużego powinowactwa do grup -SH -COOH i –NH2 aminokwasów białek ma działanie mutagenne i teratogenne akilowe pochodne rtęci łatwo przedostają się do komórek mózgowych, naruszając barierę krew-mózg, powodują uszkodzenia komórek mózgowych i zaburzają metabolizm układu nerwowego toksyczność może zmniejszać selen, ograniczając tworzenie połączeń aminokwasów białek z rtęcią