1) В XIX веке был накоплен экспериментальный материал, показывающий, что многие молекулы с уже реализованными химическими свойствами способны вступать в дальнейшие взаимодействия с образованием более сложных соединений второго порядка. К таким соединениям относятся комплексные соединения.
Комплексные соединения – соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся комплексные ионы, способные к самостоятельному существованию при переходе соединения в расплавленное или растворенное состояние.
1. Помимо главных валентностей, у атомов существуют также побочные валентности, которые проявляют себя при некоторых реакциях.
2. Насыщение главных валентностей лежит в основе образования соединений первого порядка, например простейших бинарных соединений.
3. Насыщение побочных валентностей лежит в основе образования соединений высшего порядка, являющихся продуктами сочетания соединений первого порядка.
Наиболее удачно свойства и строение комплексных соединений объясняет координационная теория предложенная в 1893 году А.Вернером. Согласно ей, в молекуле любого комплексного соединения один из ионов, обычно положительно заряженный, занимает центральное место и называется комплексообразователем. Вокруг него в непосредственной близости расположено или координировано некоторое число противоположно заряженных ионов называемых лигандами и образующих внутреннюю координационную сферу. Остальные ионы, не разместившиеся во внутренней сфере, находятся на более далеком расстоянии от центрального иона, составляя внешюю координационную сферу. Число лигандов, окаружающих центральный ион наз координационным числом.
Комплексные соединения активно образуются в биологических системах с участием лигандов – аминокислот, пептидов, белков, нуклеиновых кислот и других веществ; комплексы белков с катионами металлов играют роль металлоферментов, катализирующих большинство химических превращений. В качестве центрального иона металлофермента выступают катионы Мn2+, Cr2+, Fe2+, Fe3+, Cr3+, Zn2+ и др.
К комплексным соединениям относятся витамины, гормоны, металлоферменты (инсулин – комплекс ионов цинка с белками; витамин В12 – комплекс кобальта с порфирином; гемоглобин крови – комплекс порфирина с железом (II)). В легких, где парциальное давление кислорода велико, гемоглобин связывается с кислородом как с лигандом, а в тканях освобождает его. В случае патологии лигандом может быть другое вещество – угарный газ (СО). С ним образуется комплекс в 300 раз более прочный, чем с кислородом. Этим объясняется токсичность действия угарного газа.
Комплексные соединения используются:
1. Для выведения из организма камней, которые образуются в почках, мочевом пузыре, желчных протоках;
2. Для маскировки некоторых элементов в состав лекарственных препаратов;
3. Для очистки организма от ядов, например стронция-90, Cd2+.
Кнест=([Ag+]·[NH3]2)/[Ag+(NH3)2]+=5,9×10-8
Кнест характеризует термодинамическую устойчивость комплекса. Чем ниже константой нестойкости, тем устойчивее комплекс.
2) a-аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в молекулах которых один из атомов водорода замещен аминогруппой (NH2). Общее число АК достигает 300, но из них выделяют группу 20-ти наиболее важных a-АК, встречающихся в составе белков животного и растительного происхождения.
Для аминокислот характерна стереоизомерия. Асимметричным является a-углеродный атом, т.к. с ним связаны четыре различные химические группы, в этом случае для каждой a-аминокислоты существует две возможные конфигурации – D- и L-энантиомеры. В белках встречаются только L-изомеры a-аминокислот. Это имеет важнейшее значение для формирования пространственной структуры белков и проявления ими биологической активности. С этим непосредственно связана стереоспецифичность действия ферментов.
I. Моноаминокарбоновые(Глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин)
II. Моноаминодикарбоновые (Аспарагиновая,Глутаминовая)
III. Диаминомонокарбоновые(лизин, аргинин)
IV. Оксиаминокислоты(содержащие ОН-гр(серин, треонин))
V. Серосодержащие(цистеин, метионин)
VI. Ароматические(фенилаланин, тирозин)
VII. Гетероциклические(триптофан, гистидин)
Особое место среди гетероциклических a-аминокислот занимают пролин и его гидроксипроизводные, являющиеся иминокислотами. В них a-аминокислотный фрагмент входит только в состав пирролидинового цикла(пролин, гидроксипролин)
АК - это гетерофункциональные органические соединения, вступающие в реакции, характерные для карбоксильных групп, аминогрупп, и проявляющие ряд специфических биохимических свойств.
свойств.
1. Как амфолиты АК образуют соли при взаимодействии с кислотами и основаниями. [аланин с NaOH= натриевая соль аланина; с HCl= солянокислый аланин, (АК5)]
2. Реакция декарбоксилирования АК - это ферментативный процесс образования биогенных аминов из соответствующих a-АК. Декарбоксилирование происходит с участием фермента - декарбоксилазы и кофермента (KoF) - перидоксаль фосфата. [серин= этаноламин+ угл. газ, (АК7)] Этаноламин участвует в синтезе фосфолипидов.
[гистидин= гистамин+ угл. газ, (АК8)] Гистамин является медиатором аллергических реакции организма. При декарбоксилировании глутаминовой АК образуется ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), которая является медиатором торможения нервной системы.
3. Реакция дезаминирования - эта реакция является процессом удаления аминогруппы путем окислительного, восстановительного, гидролитического или внутримолекулярного дезаминирования.
4. Переаминирование или трансаминирование АК - это путь синтеза необходимых АК из a-кетокислот.
Последовательность a-АК в составе пептидов или белков определяет их первичную структуру. Если полипептид содержит менее 100 остатков АК, то его называют пептид, более - белок.
В 1950г. Полинг и Корн показали, что наиболее выгодной конформацией полипептидной цепи является правозакрученная a-спираль.
Основной вклад в закрепление этой конформации цепи вносят водородные связи, формирующиеся между параллельными участками пептидных групп.
Известна другая вторичная структура белка: b-структура в виде складчатого листа. Кроме водородных связей вторичная структура стабилизуется дисульфидными мостиками по месту цистеиновых остатков.
Третичная структура является более сложной пространственной организацией макромолекулы, которая стабилизируется водородной связью, дисульфидными мостиками, электростатическими взаимодействиями и силами Ван-дер-Ваальса.
По третичной структуре белки делят на:
- глобулярные - для них характерна a-спиральная структура, уложенная в пространстве в виде сферы – глобулы (пр. яичный белок, фермент - глобин в составе гемоглобина);
- фибриллярные - для них характерна b-структура.
Четвертичная структура известна для некоторых белков, выполняющих важные физиологические функции.
Доказано, что являться переносчиком кислорода гемоглобин может только при наличии четвертичной структуры глобина.
В последнее время аминокислоты и их производные нашли широкое применение в лечебной практике, напр., метионин – в лечении ряда заболеваний печени, глутаминовая кислота – в лечении некоторых поражений мозга. Наконец, ряд аминокислот и продукты их метаболизма оказывают регулирующее влияние на многие физиологические функции организма.
Билет
1) Известно, что в состав земной коры входит около 90 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Академик Вернадский показал в своих трудах тесную взаимосвязь элементного химического состава земной коры и живых организмов. На основе таких наук, как биохимия, биология, геохимия, академиком Вернадским была создана новая наука – биогеохимия, изучающая взаимосвязь элементного химического состава земной коры и живых организмов, а также миграцию химических элементов и их круговорот в системе «живая материя – Земля».
В составе организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы.
Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью, называются биогенными элементами.
В зависимости от количественного содержания в организме химические элементы делятся на следующие группы:
Макроэлементы. Их содержание в организме составляет 0,01% и больше от массы организма. К таким элементам относятся C, O, H, N, P, S, K, Na, Ca, Cl и др.
Микроэлементы. Их содержание колеблется в пределах от 10-3 до 10-12% от массы организма. К ним относятся Fe, Mo, Mn, Cu, Zn, F, I и др.
Ультрамикроэлементы. Их содержание составляет меньше, чем 10-12% от массы организма. Это, например, Au, Sb, Hg и др.
Такие элементы, как C, O, H, N, P, S, носят название органогены. Они входят в состав каждой клетки и составляют основную массу мономеров и соответствующих биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов).
Макроэлементы в организме в основном выполняют роль пластического материала. Они участвуют в построении клеток и тканей, поддержании осмотического давления, кислотно-основного равновесия.
Микроэлементы входят в структуру и активные центры ферментов, находятся в составе витаминов, гормонов и других биологически важных соединений. Тем самым они оказывают влияние на обмен жиров, белков, углеводов, а, следовательно, на обмен веществ в организме.
Биогенные элементы образуют три группы, четко привязанные к s-, p- и d-блокам периодической системы. S-элементы (такие, как K, Na, Ca, Mg) создают электролитическую среду в крови и других биологических жидкостях. P-элементы – это в основном органогены. D-элементы - это, главным образом, микроэлементы.
Установлено, что с увеличением порядкового номера химического элемента повышается его токсичность. В организме количественное содержание химического элемента уменьшается с увеличением его порядкового номера. Микроэлементы в организме неравномерно распределены между органами и тканями. Большинство их в высоких концентрациях содержится в печени, которая рассматривается как функциональное депо для многих микроэлементов. Отдельные элементы проявляют сродство к некоторым органам и тканям. Так, например, цинк Zn в высоких концентрациях содержится в поджелудочной железе; молибден Mo – в почках; стронций Sr – в костях; барий Ba – в сетчатке глаза; марганец Mn, бром Br, хром Cr – в гипофизе.
Биогенные элементы в организме могут находиться как в свободной ионизированной форме, так и в составе различных соединений. Так, напр., железо в виде Fe2+ как комплексообразователь содержится в составе гемоглобина, участвующего в транспорте кислорода от легких к тканям. Железо в виде ионов Fe2+ и Fe3+ содержится в составе ферментов, участвующих в биологическом окислении. В кислой среде желудка содержатся свободные ионы Fe2+ и Fe3+. В щелочной среде кишечника железо осаждается в виде Fe(OH)3.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение концентраций микроэлементов. Поэтому определение содержания микроэлементов в органах и тканях в норме и при патологии имеет большое значение для прогнозирования, диагностики и лечения различных заболеваний. Так, например, установлено, что при гипертонической болезни в крови и эритроцитах более, чем в два раза снижается содержание лития Li. При инфаркте миокарда в плазме крови уменьшается содержание цинка Zn.
В 1926 г. академик Вернадский предложил выделить химические области – участки земной коры, отличающиеся повышенным содержанием одних элементов и обедненных другими химическими элементами. Такие участки получили название биогеохимических провинций. Отсюда, одни организмы попадают в условия избытка каких-либо элементов, а другие – недостатка. Это приводит к возникновению эндемических заболеваний, т.е. заболеваний, характерных для какой-то определенной местности или региона. Так, например, в местностях, удаленных от моря, где в воде и растениях содержится недостаточное количество йода I (в т.ч. в Омской области) у людей возникает заболевание щитовидной железы – эндемический зоб. При избытке молибдена Mo в почве (в частности, в Армении) возникает молибденовая подагра. Механизм возникновения этого заболевания связан с тем, что молибден при избыточном поступлении в организм активизирует пуриновый обмен, в результате чего образуется большое количество мочевой кислоты. Ее труднорастворимые соли – ураты натрия – откладываются в суставах, что приводит к подагре.
Токсическое действие нитратов на организм.
Нитраты при их избыточном поступлении в организм с продуктами питания оказывают токсическое действие. В кислой среде желудка нитраты превращаются в нитриты:
NO3-+2H++2e®NO2-+H2O
Нитриты, поступая в кровь, взаимодействуют с гемоглобином: они окисляют его и переводят в метгемоглобин-форму, не способную транспортировать кислород:
Hb(Fe2+)+ NO2-+2H+®метHb(Fe3+)+NO+ H2O
Т.о., взаимодействие нитритов с гемоглобином нарушает процесс переноса кислорода в организме, что приводит к гипоксии, которая сопровождается тошнотой, рвотой, потерей сознания, также может привести к гибели организма. Нитраты в организме также могут участвовать в образовании канцерогенных соединений, вызывающих появление злокачественных опухолей.
Механизм образования смога и его токсическое действие на организм.
Фотохимический смог (или токсический туман) – один из грозных социально-физических явлений в атмосфере.
Формирование смога начинается со следующей реакции: N2+O2® (при t)2NO. Эта реакция протекает в цилиндре двигателя автомобиля, а также на промышленных предприятиях. Образующийся при этом оксид азота NO поступает в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей и выбросами промышленных предприятий. В окружающей среде он окисляется кислородом воздуха, образуя бурый газ (NO2). Образующиеся в процессе формирования смога альдегиды токсичны. Они раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, вызывают нарушения со стороны нервной системы. Поэтому в период формирования смога значительно ухудшается состояние здоровья населения.
Кальций и фосфор в организме.
Кальций является s-элементом. Кальций в организме является макроэлементом. Его содержание в организме составляет около 1 кг, причем 99% кальция находится в костной, хрящевой и зубных тканях, где он содержится в составе карбонатов, фосфатов, соединений с фтором, хлором, органическими веществами. Суточная потребность в кальции для здорового взрослого человека составляет 0,8-1,1 г. Кальций содержится в молоке, молочных продуктах, в яйцах, в мясе, в овощах и фруктах.
Фосфор является p-элементом. Фосфор в организме является макроэлементом, органогеном. Содержание его в организме составляет около 650 г, причем 90% фосфора содержится в костной и зубных тканях. Фосфор называют элементом жизни и мысли. Фосфор, находясь в составе фосфолипидов мозга и нервной ткани, участвует в функции мозга и нервной системы. Фосфор входит в состав АТФ и АДФ, являющимися аккумуляторами и источниками энергии в организме. Остатки фосфорной кислоты соединяют нуклеотиды в молекулах РНК и ДНК, участвующих в хранении и передаче наследственной информации.
Особенно богаты фосфором такие продукты питания, как сыр, шоколад, овсяная и гречневая крупы, рыба. При недостатке фосфора в организме возникают тяжелые заболевания.
2) К углеводам относятся гетерофункциональные соединения полигидроксикарбонильного ряда и их производные.
Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и соответственно составляют 80% и 2% от тканей сухого остатка.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 40 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |