1.Дайте определение биосферы. Какие процессы протекают в ней с участи­ем солнечного излучения и живых организмов?

Под биосферой понимают тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера находится на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы, располагаясь в диапазоне от 11 км в глубь Земли до 33 км над Землей. Основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением.

Основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением.

Жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете, живые организмы все шире распространяясь по планете, стимулируют перераспределение энергии и веществ.

2.Приведите основные принципы классификации элементов по В. И. Вер­надскому.

По В. И. Вернадскому, вещество биосферы разнородно по своему физико-химическому составу, а именно:

1.Живое вещество — совокупность живых организмов;

2.Биогенное вещество — непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в 3.косвенное вещество биосферы и обратно;

4.Косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.);

5.Биокосное вещество, например почвы, илы, поверхностные воды, сама биосфера, т. е. 6.сложные закономерные косно-живые структуры;

7.Радиоактивное вещество;

8.Рассеянные атомы;

9.Вещество космического происхождения.

3.Приведите современную классификацию химических элементов в организме человека.

1.Ключевые элементы – эссенциальные элементы. (Наличие хоть одной структуры, в состав которой входит данный, эссенциальный элемент. – 16 элементов. Отсутствие поступления данного элемента приводит к гибели.)

- Органогены ( Н, Р, C, N, O, P,S)

- Элементы электролитного фона ( Na, Mg, K, Ca, Cl)

- Микроэлементы (Se, I, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo)

По концентрации элементов в организме биогенные элементы делят:

1) макро­элементы;

2) микроэлементы;

3) ультрамикроэлементы.

Биогенные элементы, содержание которых превышает 0,01% от массы тела, относят к макроэлементам. К ним отнесены 12 элементов: органогены, ионы электролитного фона и железо. Они составляют 99,99% живого субстрата. Еще более поразительно, что 99% живых тканей содержат только шесть элементов: С, Н, О, N, Р, Ca. Элементы К, Na, Mg, Fe, Сl, S относят к олигобиогенным элементам. Содержание их колеблется от 0,1 до 1%. Биогенные элементы, суммарное содержание которых составляет величину порядка 0,01%, относят к микроэлементам. Содержание каждого из них 0,001% (10-3 – 10-5%).Большинство микроэлементов содержится в основном в тканях печени. Это депо микроэлементов. Некоторые микроэлементы проявляют сродство к определенным тканям ( йод - к щитовидной железе, фтор - к эмали зубов, цинк - к поджелудочной железе, молибден - к почкам и т.д.). Элемен­ты, содержание которых меньше чем 10-5%, относят к ультрамикроэлементам.

4.Дайте определения биогеохимическим провинциям. Как называются заболевания, связанные с избытком или недостат­ком химических элементов связаны в почве? Приведите примеры таких заболеваний

Местности с однотипными аномалиями объединяются в геохимические провинции, а на уровне биосферы их называют биогеохимические провинции. ( Неравномерное распределение химических элементов в земной коре является ее общим и постоянным свойством, как следствие биогеохимические провинции характеризуются верхними и нижними пороговыми концентрациями хим. элементов, выше или ниже которых могут нарушаются регуляторные механизмы процессов обмена веществ в растительных или животных организмах )

Микроэлементозы - патологические состояния, вызванные дефицитом, избытком, или дисбалансом макро- и микроэлементов в организме человека (нарушение содержания даже одного биометалла влечет за собой тотальную системную разбалансировку минерального обмена.)

Эндемический зоб - недостаток йода в продуктах и воде.

Цинк необходим для регуляции клеточного иммунитета, для здоровья кожи, для роста волос, ногтей, для функционирования поджелудочной и предстательной железы. У часто болеющих детей дефицит цинка наблюдается в 80% - 90% случаев. Однако избыток цинка может привести к развитию онкологических заболеваний.

5.Напишите электронную и электронно-графическую формулу микроэлемента молибдена, укажите принадлежность к электронному семейству. Опишите его биологическую роль. Назовите, в состав каких биокомплексов и в каких степенях окисления входит молибден?

Доказано влияние этого элемента на активность фермента ксантиноксидазы. Молибден промотирует (делает более эффективной) работу антиокислителей, в том числе витамина С. Важный компонент системы тканевого дыхания. Усиливает синтез аминокислот, улучшает накопление азота. Молибден входит в состав ряда ферментов (альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и др.), выполняющих важные физиологические функции, в частности, регуляцию обмена мочевой кислоты. Молибденоэнзимы катализируют гидроксилирование различных субстратов. Альдегидоксидаза окисляет и нейтрализует различные пиримидины, пурины, птеридины. Ксантиноксидаза катализирует преобразование гипоксантинов в ксантины, а ксантины — в мочевую кислоту. Сульфитоксидаза катализирует преобразование сульфита в сульфат.

Недостаток молибдена в организме сопровождается уменьшением содержания в тканях ксантиноксидазы. При недостатке молибдена страдают анаболические процессы, наблюдается ослабление иммунной системы. Тиомолибдат аммония (растворимая соль молибдена), является антагонистом меди и нарушает ее утилизацию в организме

6.К какому электронному семейству принадлежат биогенные элементы магний и кальций? Охарактеризуйте их электронное строение, общие свойства и биологическую роль.

1.Магний является жизненно-важным элементом, который находится во всех тканях организма и необходим для нормального функционирования клеток. Участвует в большинстве реакций обмена веществ, в регуляции передачи нервных импульсов и в сокращении мышц, оказывает спазмолитическое и антиагрегантное действие. Оксид и соли магния традиционно применяются в медицине в кардиологии, неврологии и гастроэнтерологии (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния). Наиболее интересным природным ресурсом магния является минерал бишофит. Оказалось, что магниевые эффекты бишофита в первую очередь проявляются при транскутанном (через кожу) применении в лечении патологии опорно-двигательного аппарата. Бишофитотерапия использует биологические эффекты природного магния в лечении и реабилитации широкого круга заболеваний, в первую очередь — позвоночника и суставов, последствий травм, нервной и сердечно-сосудистой систем.

2. Кальций — распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть находится в скелете и зубах. В костях кальций содержится в виде гидроксиапатита. Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови, а также служат одним из универсальных вторичных посредников внутри клеток и регулируют самые разные внутриклеточные процессы — мышечное сокращение, экзоцитоз, в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов. Концентрация кальция в цитоплазме клеток человека составляет около 10−4 ммоль/л, в межклеточных жидкостях около 2,5 ммоль/л. (Рахит, Гиперкальцитоз)

7. Какие ионы s-элементов участвуют в поддержании ионного гомеостаза и какие физико-химические и физиологические процессы в организме человека они регулируют?

Na, Mg, K, Ca, а также Cl. – элементы электролитного фона, обеспечивающие проведение электрических сигналов и нервных импульсов. Существование калиево-натриевого градиента концентраций приводит к возникновению мембранного потенциала, величина которого около 80 мB. Благодаря ему нервные волокна способны передавать импульсы, а мышцы – сокращаться. Кроме активации ферментов, ионы щелочных металлов играют важную роль в осмотическом давлении, стабилизируют структуру нуклеиновых кислот. ( Буферные системы)

Активация ферментов, участие в процессах свертывания крови, в различных реакциях организма, связанных с изменением проницаемости мембран по отношению к ионам калия, натрия и кальция, участие в образовании мембранного потенциала, в запуске внутриклеточных процессов, таких как обмен веществ, рост, развитие, сокращение, деление и секреция

8.Охарактеризуйте электронное строение атома фосфора, укажите принадлежность к электронному семейству элементов. Какова биологическая роль фосфора в организме человека?

Фосфор присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, коферментов, ферментов. Кости человека состоят из гидроксилапатита 3Са3(РО4)3·Ca(OH)2. В состав зубной эмали входит фторапатит. Основную роль в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень. Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. При недостатке фосфора в организме развиваются различные заболевания костей.

9.К какому электронному семейству относится атом железа? Приведите особенности его электронного строения и ионов Fe²⁺; Fe^.3+. Опишите биологические функции соединений железа в организме.

В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). Основным внутриклеточным депо железа является глобулярный белковый комплекс — ферритин. Недостаток железа проявляется как болезнь организма - анемия. При недостатке железа костный мозг производит меньше эритроцитов, а клетки крови сокращаются в размерах.

Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных.

Комплексы железа содержатся в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК. Неорганические соединения железа встречаются в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха

10.Ионы каких d-элементов входят в состав металлоферментов? Приведите примеры. Опишите биологическую роль биокомплексов d-металлов.

Карбоксилаза	Mn2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Ca2+, Zn2+
Полипептидаза	Zn2+, Co2+
Лецитиназа	Zn2+, Mg2+, Co2+, Zn2+, Mn2+
Аргиназа	Co2+, Mn2+, Ni2+, Fe2+
Элемент	Типичный симптом при дефиците
Co	Замедление роста скелета
Mg	Мышечные судороги
Fe	Анемия, нарушение иммунной системы.
Zn	Повреждение кожи, замедление росга, замедление сексуального созревания
Cu	Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия
Mn	Бесплодность, ухудшение роста скелета
Mo	Замедление клеточного роста, склонность к кариесу.
Co	Злокачественная анемия
Ni	Учащение депресия, дерматиты
Cr	Симптомы диабета
Si	Нарушение роста скелета
F	Кариес зубов
I	Нарушение работы щитовидной железы.
Se	Мускульная (в частности сердечная) слабость

Mo-ксантиноксидаза(при недостатке-образуются ксантиновые камнней),альдегидоксидаза,сульфатоксидаза(окисл сульфитов до сульфатов)-метаболизм пуриноых осн.,из кот обр мочевая кис-та

Mn-аргиназа(катал.обр.мочевины),пируват карбоксилаза(соеди.кислород к пирувату с обр.оксалоацетата),супероксиддисмутаза.

Fe-железосеропротеины-переносчики е в дых сис-ме,ферропротеины(гемоглобин)

Co-витамин в12-для норм кроветворения,в состав важных коферментов,созрев.эритроцитов,рнк,днк

Cu-азпероксиддисмутаза,аскорбилаза,обр адреналин,вход в состав белковЭлементы, содержание которых не превышает 10^-3%, входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других жизненно важных соединений.

Для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы: Fe, Co, Mn, Zn, Мо, V, В, W; в синтезе белков уча­ствуют: Mg, Мn, Fe, Со, Си, Ni, Сr, в кроветворении – Со, Ti, Си, Mn, Ni, Zn ; в дыхании - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn и Co.

Ионы металлов в ферментах выполняют ряд функций: являются электрофильной группой активного центра фермента и облегчают взаимодействие с отрицательно заряженными участками молекул субстрата, формируют каталитически активную конформацию структуры фермента (в формировании спиральной структуры РНК, участвуют ионы цинка и марганца), участвуют в транс­порте электронов (комплексы переноса электрона). Способность иона металла выполнять свою роль в активном центре соответствующего фермента зависит от способности иона металла к комплексообразованию, геометрии и устойчивости образуемого комплекса.

11.Чем объясняется переменная валентность и набор разных степеней окис­ления d-элементов? Какие d-элементы выбраны природой в качестве активных центров различных ферментов? Какой силы окислительно-восстановительные свойства они проявляют? Ответ дайте на конкретных примерах.

Все атомы элементов d-блока за исключением элементов IБ- и IIБ-групп имеют незавершѐнный d-подуровень. Такие электронные оболочки неустойчивы, поэтому d-элементы имеют переменную валентность, набор разных степеней окисления и, как следствие этого, изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений

в широких пределах. Вследствие незаполненности d-оболочек и наличия близких по энер-

гии незаполненных ns- np-подуровней, d-элементы являются хорошими

комплексообразователями.

Карбоксилаза	Mn2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Ca2+, Zn2+
Полипептидаза	Zn2+, Co2+
Лецитиназа	Zn2+, Mg2+, Co2+, Zn2+, Mn2+
Аргиназа	Co2+, Mn2+, Ni2+, Fe2+

В организме d-элементы представлены как микроэлементы, существующие или в виде гидратированных, гидролизованных ионов; но чаще в виде бионеорганических комплек­сов. Они выступают в качестве сильных комплексообразователей, что обусловлено нали­чием на d-подуровне предвнешнего уровня валентных электронов.

Окислительно-восстановительные тенденции соединений d-элементов определяются изменением устойчивости высших и низших степеней их окисления.

12.Охарактеризуйте комплексообразующие свойства d-элементов. Какие ком­плексы с биолигандами они образуют? Отметьте особенности связей между центральным атомом и лигандами согласно теории ЖМКО.???

Максимальной комплексообразующей способностью обладаютd-элементы с незаполненными d-подуровнями: Fe, Co, Ni, Pt, элементы подгруппы марганца и хрома.

В соответствии с теорией ЖМКО мягкие комплексообразователи образуют прочные связи с мягкими лигандами. Так как белки, включая ферменты, содержат мягкие легкополяризуемые группы –СОО– , –NH2 и – SH, то все относящиеся к d-элементам «металлы жизни» в организме встречаются практически только в виде комплексов с биосубстратами. Очень токсичные «мягкие» катионы тяжѐлых металлов Cd+2 , Pb+2 и , особенно, Hg+2 образуют прочные комплексы с жизненно важными белками, содержащими –SH-группу: 2RSH + 2Hg+2 = [R–S–Hg–S–R] + 2Н +

13.В чем причина работы натрий - калиевого насоса? Как распределяются ионы Nа⁺ и К⁺ при его работе? Что происходит с внутренней и внешней поверхно­стью биомембран?

В клетках животных наиболее важным механизмом активного транспорта является так называемый натриево-калиевый насос, связанный с разницей в градиенте концентрации ионов К+ и Na+ вне и внутри клетки.

Среди примеров активного транспорта против градиента концентрации лучше всего изучен натрий-калиевый насос. Во время его работы происходит перенос трех положительных ионов Na+ из клетки на каждые два положительных иона К в клетку. Эта работа сопровождается накоплением на мембране разности электрических потенциалов. При этом расщепляется АТФ, давая энергию.

В настоящее время установлено, что эта "машина" представляет собой не что иное, как фермент, расщепляющий АТФ,- натрий-калий-зависимую АТФ-азу . Этот фермент обычно расположен в мембранах и активируется при повышении концентрации ионов натрия внутри клетки или ионов калия в наружной среде. Большинство исследователей склоняется к мысли, что насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Предполагается, что натриевые и калиевые каналы соседствуют друг с другом. Связывание молекул "канального" белка с ионом натрия приводит к нарушению системы водородных связей, в результате чего меняется его форма. После взаимодействий и изменения структуры белка натриевый канал закрывается, а стенки соседнего калиевого канала раздвигаются, образуя полость, достаточно широкую для прохождения иона калия. Натрий-калиевый насос работает по принципу перистальтического насоса (вспомните передвижение пищевого комка по кишечнику), работа которого основана на переменном сжатии и расширении эластичных труб.

14.С какими веществами взаимодействует как магний, так и марганец, уча­ствуя в жизненно важном процессе аккумуляции и переноса энергии в организме? Напишите схемы образования и гидролиза указанных вами соединений.

Ионы Mg и Mn активируют многие ферменты, которые катализируют реакции с участием АТФ. Ионы Марганца также образуют комплексы с АТФ, как и ионы магния. Отличие в том, что ионы Mg связывают только с двумя фосфатными группами АТФ а ионы Mn со всеми тремя фосфатными группами, а также остатком аденина. В связи с этим некоторые ферменты активируются в большей степени ионами магния, чем ионами марганца.

15.Назовите соединения серы, встречающиеся в организме, и укажите их биологические функции. Приведите примеры использования соединений серы в медицине.

Сера — один из биогенных элементов. Сера входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин), ферментов. Сера участвует в образовании третичной структуры белка (формирование дисульфидных мостиков). Дисульфидные связи –S–S– в полипетидных цепях участвуют в формировании пространственной структуры белков, а сульфгидрильные группы (–SH) играют важную роль в активных центрах ферментов. Кроме того, сера входит в молекулы гормонов, важных веществ. Много серы содержится в кератине волос, костях, нервной ткани.

16.С позиции теории ЖМКО объясните токсическое действие ионов свинца Рb²⁺ на организм. Приве­дите схемы его взаимодействия с белками и вытеснения металлов из металлофермен­тов.

В соответствии с теорией ЖМКО мягкие комплексообразователи образуют прочные связи с мягкими лигандами. Так как белки, включая ферменты, содержат мягкие легкополяризуемые группы –СОО– , –NH2 и – SH, то все относящиеся к d-элементам «металлы жизни» в организме встречаются практически только в виде комплексов с биосубстратами. Очень токсичные «мягкие» катионы тяжѐлых металлов Cd+2 , Pb+2 и , особенно, Hg+2 образуют прочные комплексы с жизненно важными белками, содержащими –SH-группу: 2RSH + 2Hg+2 = [R–S–Hg–S–R] + 2Н +.

В результате связывания ангидридов со свинцом угнетается синтез белков и активность ферментов, например АТФ-азы. Свинец нарушает синтез тема и глобина, вмешиваясь в порфириновый обмен, индуцирует дефекты мембран эритроцитов.

17.Составьте электронную и электронно-графическую формулы атома марганца, укажите принадлежность к электронному семейству. Каковы степени окисления марганца? Приведите примеры важнейших соединений марганца, играющих биологическую роль.

Марганец может проявлять степени окисления +2, +4, +6 и +7.

Он оказывает значительное влияние на жизнедеятельность, то есть является микроэлементом. Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желёз.

В медицине некоторые соли Марганца (например, KMnO₄) применяют как дезинфицирующие средства.

18.Охарактеризуйте комплексообразование у s-элементов. Коронанды и криптанды как полидентатные лиганды для ионов s-элементов.

В биологических системах ионы калия и натрия связываются с кислородосодержащими макроциклическими лигандами, в результате образуются краон эфиры – соединения, которые представляют собой объемные молекулы с полостью внутри, в эту полость могут включатся ионы калия и натрия. Образуются хелатные комплексные соединения – коронанды и криптанды.

Особенности краон эфиров. 1. Селективность. 2. Способность переноса через биомембраны ионы металлов – липофильность.

19.Приведите примеры биологически важных азотсодержащих соединений, укажите их роль в организме.

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941. Жидкий азот – хладагент. Гидроксид аммония NH4OH, разбавленные растворы которого ("нашатырный спирт") применяются также в медицине и домашнем хозяйстве. Оксид азота (I) N2O применяют в медицине как анестезирующее средство. Оксид одновалентного азота используется для создания аэрозолей, применяется как анестезирующее средство при наркозах. Нитрит натрия широко применяется в органическом синтезе и как добавка к колбасным изделиям, придающая им цвет натурального мяса.

20.Приведите электронно-графическую формулы атома фтора и иона F. Какова роль фтора в формировании зубной эмали? Приведите схему вза­имодействия фторид-иона с гидроксилапатитом.

Зубная эмаль – наиболее минерализованная ткань в организме человека, которая демонстрирует выдающиеся механические свойства, сочетая высокую твердость со значительной упругостью. Эти свойства – результат не только ее химического состава, но и уникальной микроструктуры, принципы формирования которой очень интересны ученым-медикам. Она защищает находящиеся под ней более мягкие и чувствительные ткани зуба, выдерживая большие нагрузки. Схме: Ca5(PO4)3(OH)+3F=Ca5(PO4)3F + OH

21.В каком виде присутствуют аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат (АДФ) во внутриклеточной жидкости? Соединения с какими s- и d-элементами они образуют? Укажите роль этих соединений в аккумуляции и переносе энер­гии в организме.

22.Какие ионы являются центральными в комплексных соединениях: гемоглобине, хлорофилле, витамине В₁₂? Напишите их электронные формулы. В окружении каких атомов они находятся? Объясните устойчивость этих соединений с позиции теории ЖМКО.

Комплекс протопорфирина IX, относящегося к классу порфириновых соединений, с атомом железа(II). Со (+3). Mg(+2). Порфириновое кольцо – атомы азота.

23.Опишите действие медьсодержащего фермента супероксиддисмутазы. На каком свойстве меди оно основано? Ответ обоснуйте с привлечением схемы электронного строения атома меди.

Механизм действия группа антиоксидантных ферментов, которые вместе с каталазой и другими антиоксидантными ферментами она защищает организм человека от постоянно образующихся высокотоксичных кислородных радикалов. Супероксиддисмутаза катализирует дисмутацию супероксида в кислород и перекись водорода. Таким образом, она играет важнейшую роль в антиоксидантной защите практически всех клеток, так или иначе находящихся в контакте с кислородом. эритроциты, что позволяет использовать кровь как источник для выделения и очистки фермента.

24.Какие катионы и анионы могут находиться в костной ткани совместно с ионами Са²⁺ и РО₄³? Приведите формулы соединений. Какие из них повышают, а какие понижают прочность костной ткани?

При избытке бериллия в рационе происходит связывание в кишечнике ионов фосфорной кислоты в неусвояемый фосфат бериллия. Под влиянием бериллия при недостатке фосфора развивается не излечиваемый витамином D бериллиевый рахит, встречаемый у животных в биогеохимических провинциях, богатых бериллием. – размягчение костной ткани.

Повышенное введение стронция угнетает костеобразование и приводит к ряду нарушений процессов оссификации и возникновению заболевания, называемого стронциевым рахитом. – хрупкость костной ткани.

Ca5(PO4)3F, Ca5(PO4)3OH(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)

Sr₅(PO₄)₃OH — беловит.

25.Назовите биогеохимическую провинцию с повышенным содержанием стронция и эндемическое заболевание, которое там встречается. Объясните при­чину его возникновения с использованием понятия константы растворимости.

Стронций – элемент, обмен которого связан с обменом кальция. В организме человека он в количествах до 3-4 мг в сутки предотвращает развитие кариеса и остеопороза.

При избыточном поступлении стронция возникает так называемый «стронциевый рахит» или «уровская болезнь». Это эндемическое заболевание впервые выявлено у населения, проживающего вблизи реки Уров в Восточной Сибири.

«Уровская болезнь» возникает вследствие вытеснения ионов кальция ионами стронция из костной ткани или повышенного поступления в организм стронция на фоне дефицита кальция. Накопление в организме стронция приводит к поражению всего организма, однако наиболее типичным для этого заболевания является развитие дистрофических изменений костно-суставной системы в период роста и развития организма (формируется симметричный деформирующий остеопороз из–за торможения роста костей в зонах метафизарных хрящей).

Конкуренцию за общий анион выигрывает тот катион, который с этим анионом образует менее растворимое соединение

24. Какие катионы и анионы могут находиться в костной ткани совместно с ионами Са2+ и РО43-? Приведите формулы соединений. Какие из них повышают, а какие понижают прочность костной ткани?

Основное количество калия (90 %) находится внутри клеток в виде непрочных соединений с белками, углеводами и фосфором. Часть калия содержится в клетках в ионизованном виде и обеспечивает мембранный потенциал. в костной ткани, включающей до 97 % всех запасов кальция в организме, он находится главным образом в виде нерастворимых внеклеточных включений гидроксиапатита. Как и калий, является основным внутриклеточным катионом (его концентрация в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде). Общее количество магния в организме у детей составляет 11 ммоль/л, у взрослых - 14 ммоль/л. Половина всего магния находится в костях Главным анионом внеклеточной жидкости является хлор, в организме он находится преимущественно в ионизованном состоянии (хлорид-анион) в форме солей натрия, калия, кальция, магния и т. д. Общее количество хлора в организме составляет 33 ммоль/кг. Около 70 % фосфора сосредоточено в костной ткани, он входит в состав межклеточной жидкости и активных биохимических соединений каждой клетки организма. Фосфаты являются основными анионами внутриклеточной жидкости, где концентрация их выше, чем во внеклеточной среде, в 40 раз.

CaНPO₄ 2H₂O- гидрофосфат кальция (брушит)

Ca₅(PO₄)₃F- фторапатит (в составе зубной эмали)

Ca₁₀(PO₄)₆СO₃ – карбонапатит

Ca₈H₂ (PO₄)_{6 ∙} 5H₂O- октакальция фосфат

Mg₁₀(PO₄)₆(OH)₂

Ca₃(PO₄)₂ – аморфный фосфат кальция

Be₅(PO₄)₃OH - размягчение

Sr₅(PO₄)₃OH - ломкость

Bа₅(PO₄)₃OH - ломкость

25. Назовите биогеохимическую провинцию с повышенным содержанием стронция и эндемическое заболевание, которое там встречается. Объясните причину его возникновения с использованием понятия константы растворимости.

Биогеохимическая провинция – это область на поверхности Земли, отличающаяся содержанием химических элементов в почвах, водах и других средах.

геохимические провинции с повышенным содержанием стронция (река Уров, Восточная Сибирь) – уровская болезнь – стронциевый рахит

избыточные конц. ионов стронция угнетают оссификацию -образование костной ткани поэтому в биогеохим. провинциях с пов. содержанием стронция может возникнуть эндемическая остеодистрофия (стронциевый рахит)

Ca3(PO4)2	2.0·10-29
Ca5(PO4)3OH	1.6·10-58
Sr3(PO4)2	1·10-31

26. Какие функции в организме выполняет витамин В12? Назовите комплексообразователь в молекуле В12, приведите электронно-графическую формулу его атома. Что общего в структурах молекул гемоглобина и витамина В12?

Витаминами B12 называют группу кобальтсодержащих биологически активных веществ, называемых кобаламинами.

Хим. строение: B12 имеет самую сложную по сравнению с другими витаминами структуру, основой которой является корриновое кольцо. Коррин во многом аналогичен порфирину (сложной структуре, входящей в состав гема, хлорофилла и цитохромов), но отличается от порфирина тем, что два пиррольных цикла в составе коррина соединены между собой непосредственно, а не метиленовым мостиком. В центре корриновой структуры располагается ион кобальта. Четыре координационных связи кобальт образует с атомами азота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт с диметилбензимидазольным нуклеотидом. Последняя, шестая координационная связь кобальта остаётся свободной: именно по этой связи и присоединяется цианогруппа, гидроксильная группа, метильный или 5'-дезоксиаденозильный остаток с образованием четырёх вариантов витамина B12, соответственно. Ковалентная связь углерод-кобальт в структуре цианокобаламина — единственный в живой природе пример ковалентной связи металл-углерод.

Функции:

1) Витамин В12 предотвращает появление анемии, важен для нормального роста и улучшения аппетита, усиливает иммунитет, играет важную роль в регуляции функции кроветворных органов, увеличивает энергию, поддерживает нервную систему в здоровом состоянии, улучшает концентрацию, память и равновесие, снижает раздражительность.

2) Цианокобаламин является одним из веществ, необходимых для здоровья репродуктивных органов мужчин и женщин, так, он способен корректировать снижение содержания сперматозоидов в семенной жидкости.

3) Витамин В12 необходим для регенерации фолиевой кислоты при формировании эритроцитов и оболочек нервных клеток, участвует в реакциях образования ДНК.

4) Он также участвует в метаболизме жиров и углеводов, усиливает синтез и способность к накоплению белков, участвует в процессах переноса водорода, предупреждает жировую инфильтрацию печени, повышает потребление кислорода клетками при острой и хронической гипоксии.

5) Поддержание оптимального уровня этого витамина способствует нормализации кровяного давления, стабилизации работы мозга и нервной системы, преодолению бессонницы, предотвращению депрессии и старческого слабоумия, и даже помогает сдерживать развитие заболевания у людей больных СПИДом.

27. К какому электронному семейству принадлежит йод? Приведите электронную конфигурацию его валентного слоя. Опишите биологическую роль йода. К какому заболеванию приводит недостаток йода в пище?

Йод - элемент главной подгруппы VII группы), пятого периода, с атомным номером 53. Химически активный неметалл, относится к группе галогенов.

В медицине: 5-процентный спиртовой раствор иода используется для дезинфекции кожи вокруг повреждения (рваной, резаной или иной раны), но не для приёма внутрь при дефиците иода в организме. Продукты присоединения иода к крахмалу, другим ВМС (т. н. «Синий йод» — Йодинол, Йокс, Бетадин и др.) являются более мягкими антисептиками.

При большом количестве внутримышечных уколов, на месте уколов пациенту регулярно делается иодная клетка (это научный медицинский термин), в просторечии называемая иодной сеткой, — иодом рисуется сетка на площади, в которую делаются уколы (напр., на ягодицах). Это нужно для того, чтобы быстро рассасывались желваки, образовавшиеся в местах уколов.

Широко рекламируется в альтернативной (неофициальной) медицине, однако его использование без назначения врача в целом мало обосновано и нередко сопровождается различными рекламными заявлениями.

В качестве антисептика применяется всё реже и реже, наряду со спиртовым раствором иода используется Зелёнка, Фукорцин, Пиоктанин, растворы перекиси водорода и др.

В рентгенологических и томографических исследованиях широко применяются йодсодержащие контрастные препараты.

Иод относится к микроэлементам и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, или ламинария, фукус и другие) накапливают до 1 % иода. Богаты иодом водоросли семейства рясковых. Иод входит в скелетный белок губок и скелетопротеинов морских многощетинковых червей.

У животных и человека иод входит в состав так называемых тиреоидных гормонов, вырабатываемых щитовидной железой — тироксина и трииодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма.

В организме человека (масса тела 70 кг) содержится 12—20 мг иода. Суточная потребность человека в иоде определяется возрастом, физиологическим состоянием и массой тела. Для человека среднего возраста нормальной комплекции (нормостеник) суточная доза иода составляет 0,15 мг.

Отсутствие или недостаток иода в рационе (что типично для некоторых местностей) приводит к заболеваниям (эндемический зоб, кретинизм, гипотиреоз). В связи с этим к поваренной соли, поступающей в продажу в местностях с естественным геохимическим дефицитом иода, с профилактической целью добавляют иодид калия, иодид натрия или иодат калия (иодированная соль).

Недостаток иода приводит к заболеваниям щитовидной железы (например, к базедовой болезни, кретинизму). Также при небольшом недостатке иода отмечается усталость, головная боль, подавленное настроение, природная лень, нервозность и раздражительность; слабеет память и интеллект. Со временем появляется аритмия, повышается артериальное давление, падает уровень гемоглобина в крови.

Иод ядовит. Смертельная доза 3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы. При вдыхании паров иода появляется головная боль, кашель, насморк, может быть отёк лёгких. При попадании на слизистую оболочку глаз появляется слезотечение, боль в глазах и покраснение. При попадании внутрь появляется общая слабость, головная боль, повышение температуры, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день появляется кровь в моче. Через 2 дня появляются почечная недостаточность и миокардит. Без лечения наступает летальный исход.

ПДК иода в воде 0,125 мг/дм³, в воздухе 1 мг/м³.

28. К какому электронному семейству принадлежит фтор? Напишите электронно- графическую формулу атома фтора. К каким изменениям в организме приводят дефицит фтора и избыток фтора в окружающей среде и питьевой воде? Как называются возникающие в этих случаях заболевания?

Фтор (лат. Fluorum) - главной подгруппы 7-й группы, второго периода, с атомным номером 9. Фтор — чрезвычайно химически активный неметалл и самый сильный окислитель, является самым лёгким элементом из группы галогенов.

Электронная конфигурация атома фтора следующая: 1s²2s²2p⁵. Атомы фтора в соединениях могут проявлять степень окисления, равную −1. Положительные степени окисления в соединениях не реализуются, так как фтор является самым электроотрицательным элементом.

Фтор является жизненно необходимым для организма элементом. В организме человека фтор, в основном, содержится в эмали зубов в составе фторапатита — Ca5F(PO4)3. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариес и флюороз (крапчатость эмали) и остеосаркома, соответственно.

Малое содержание фтора разрушает эмаль за счёт вымывания фтора из фторапатита с образованием гидроксоапатита, и наоборот.

Для профилактики кариеса рекомендуется использовать зубные пасты с добавками фторидов (натрия и/или олова) или употреблять фторированную воду (до концентрации 1 мг/л), или применять местные аппликации 1—2 % раствором фторида натрия или фторида олова. Такие действия могут сократить вероятность появления кариеса на 30—50 %.

Предельно допустимая концентрация связанного фтора в воздухе промышленных помещений равна 0,0005 мг/литр воздуха.

Фтор — чрезвычайно агрессивное вещество. Раздражающие свойства в несколько раз сильнее, чем у фтороводорода. Резорбтивное действие объясняется возможностью фтора вступать в свободнорадикальные реакции с тканями организма. Соприкосновение кожи с газом на 2 секунды вызывает термический ожог II степени; воздействие в концентрации 0,15-0,30 мг/л приводит к раздражению открытых участков кожи. При обследовании 252 человек, подвергающихся воздействию фтора, у 57 обнаружены конъюнктивиты или экзема век.

29. Напишите электронно-графическую формулу атома алюминия и его иона AI3+. Опишите биологическую роль алюминия. Напишите формулу алюмокалиевых квасцов (сульфат алюминия- калия, кристаллизованный с 12 молекулами воды) и укажите, где они применяются в медицинской практике.

В организме человека этот элемент обеспечивает установление связи с азотом и кислородом. Кроме этого, он принимает активную участие в регенеративных процессах, которые происходят в соединительных, эпителиальных и костных тканях. Алюминий также необходим организму для поддерживания работы околощитовидных желез, а также для образования фосфатных и белковых соединений.

Алюминий - элемент главной подгруппы III группы, третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости х имический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Средство имеет кровоостанавливающее свойство, дезинфицирующее, абсорбирующее и противовоспалительное. Поэтому оно необходимо при борьбе с кровотечениями и при дезинфекции ран. В косметологии это первое средство для борьбы с излишней потливостью. Дерматит, экзема или нейродермит. При лечении этих заболеваний квасцы просто необходимы, так как они снимают боль и избавляют человека от невыносимого зуда, сопровождающегося жжением. Помогают алюмокалиевые квасцы именно благодаря тому, что они имеют высушивающее и вяжущее действие. Также они назначаются при стоматите, гингивите и конъюнктивите.

30. Какие валентности и степени окисления проявляет углерод в своих соединениях? Приведите примеры соединений. Охарактеризуйте токсичное действие оксида углерода (II) на организм человека и теплокровных животных.

главной подгруппы четвёртой группы, 2-го периода периодической системы химических элементов. порядковый номер 6, атомная масса — 12

С- углерод яв-ся основным органогеном , т.к. образует с-с связи (углеродные связи) и огромное число молекул. Входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов и т.д. Макроэлемент. Органоген.

В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных исследований (радиоуглеродный анализ).