Биогенные элементы, комплексные соединения методичка

Серия «Медицина»

Т.Н. Литвинова Н.К. Выскубова Л.В. Ненашева

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Рекомендуется учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия

для студентов медицинских вузов

Ростов-на-Дону Феникс

2009

ПРЕДИСЛОВИЕ

Знание биологической роли химических элементов необ- ходимо будущему врачу при изучении:

–биохимических процессов, протекающих в организме человека;

–действия фармакологических препаратов;

–примененения вмедицинеразличныхсоединений хими- ческих элементов;

–случаев отравления химическими веществами.

Также будущий специалист в области медицины на основе знания бионеорганической химии должен научиться оцени- вать результаты биохимических анализов, состояние окружа- ющей среды и ее влияние на организм человека.

Учебно-методическое пособие содержит введение, направ- ленное на создание мотивации у студентов для освоения дан- ного модуля, в достаточном объеме современный теорети- ческий материал по бионеорганической химии s-элементов, р-элементов и d-элементов, а также химии и биологической роли комплексных соединений.

Впособие включены учебно-исследовательские лабора- торные работы по химии элементов и комплексных соедине- ний, приведен перечень контрольных вопросов по учебному материалу модуля, а также экзаменационных вопросов для разных факультетов.

Впособии дан список основной литературы и дополни- тельной для углубления и расширения знаний по проблемам бионеорганической химии, приведены типовые задачи с ре- шением, примеры тестовых заданий, контрольные вопросы для самоподготовки.

Вучебно-методическом пособии учтены вопросы интегра- ции различных учебных дисциплин (биохимии, фармаколо- гии, токсикологии, терапии и др.).

3

ВВЕДЕНИЕ. МОДУЛЬ КУРСА ОБЩЕЙ ХИМИИ «БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»

Цели изучения модуля: систематизация, интеграция, углуб-

ление, расширение знаний о биогенных элементах, их комп- лексообразующей способности, роли в живых организмах; образовании и разрушении комплексных соединений, под- держании металлолигандного баланса; установление зависи- мости свойств веществ от их строения; обобщение знаний о типах химических реакций, протекающих в живых организ- мах, участии соединений биогенных элементов в биохимичес- ких процессах; анализ глобальных и региональных экологи- ческих проблем.

В результате изучения модуля:

Студент должен иметь представление о:

современных взглядах на строение атома, природу хи- мической связи;

зависимости биологической активности веществ от строения их молекул;

химии комплексных соединений, биокомплексах орга- низма;

эндемических заболеваниях, микроэлементозах;

химическихосновахэкологическихпроблемглобально- го и регионального характера.

Студент должен знать:

основыхимиибиогенныхэлементов, ихрольвжизнеде- ятельности организма;

элементарныеданныеоприменениисоединенийбиоген- ных элементов в медицинской практике;

основыстроения, образованиясвязиподонорно-акцеп- торному механизму в комплексных соединениях;

константу нестойкости комплексных соединений, ее значение для характеристики металлолигандных про- цессов;

4

Введение

сутьметаллолигандногобалансаворганизмеипричинах его нарушения;

принципы хелатотерапии;

основыхимиигемоглобинакаккомплексногохелатного макроциклического соединения, участвующего в газо- обменеорганизмасокружающейсредойиподдержании

кислотно-основного баланса. Студент должен уметь:

устанавливать причинно-следственные связи строения и свойств химических соединений, их роли в биологи- ческих процессах;

обобщать приобретенные знания в курсе общей химии, применять их для характеристики химических реакций с участием соединений биогенных элементов;

прогнозировать протекание реакций разных типов, учитывать их конкурирующий характер;

интерпретировать результаты эксперимента, делать необходимые расчеты;

оформлятьпротоколыучебно-исследовательскихлабо- раторных работ.

Студент должен закреплять навыки:

самостоятельно работать с учебной, научной и спра- вочнойлитературой, вестипоискиделатьобобщающие выводы;

соблюдатьэлементарныеправилатехникибезопасности и правила работы в химических лабораториях, с лабо- раторной посудой.

Темы занятий модуля для студентов лечебного

ипедиатрического факультетов

1.Биогенные элементы, классификации, обзор. Современ- ные экологические проблемы (семинар, лабораторный прак- тикум).

2.s- и p-элементы ПСЭ, биогенная роль, химическая ха- рактеристика их соединений, участие в химических процессах

5

Биогенные элементы. Комплексные соединения

в организме, применение соединений s- и p-элементов в меди- цине (семинар, лабораторный практикум).

3.d-элементы ПСЭ, особенности строения атомов. Об- щая характеристика элементов d-блока. d-элементы I–B, II-B групп, биогенная роль, химическая характеристика соедине- ний, участие в химических процессах в организме, примене- ние в медицине (семинар, лабораторный практикум).

4.Комплексные соединения, строение, классификация. Комплексообразующая способность s-, p-, d-элементов (семи- нар, лабораторный практикум).

5.d-элементы ПСЭ (VI-B, VII-B, VIII-B группы), биоген- ная роль, химическая характеристика соединений, участие в химических процессах в организме, применение в медицине (семинар, лабораторный практикум).

6.Лигандообменные процессы и равновесия. Основы хи- мии гемоглобина как комплексного хелатного макроцикли- ческого соединения. Совмещение реакций, происходящих в организме: кислотно-основных (протолитические), гетеро- генных, окислительно-восстановительных (редокс-процес- сы), комплексообразования (лигандообменные) (семинар, лабораторный практикум).

7.Обобщение, интеграция инвариантного содержания курса общей химии на примере свойств соединений биоген- ных элементов. Защита модуля.

Темы занятий модуля для студентов стоматологического факультета

1.Биогенные s-, p-, d-элементы (семинар, лабораторный практикум).

2.Комплексные соединения, строение, классификация. Лигандообменные процессы и равновесия. Химия гемогло- бина (семинар, лабораторный практикум).

3.Обобщение, интеграция инвариантного содержания курса общей химии на примере свойств соединений биоген- ных элементов. Защита модуля.

6

Введение

Темы занятий модуля для студентов медико-профилактического факультета

1.Химия биогенных s-, p-, d-элементов (семинар, лабора- торный практикум).

2.Комплексные соединения, строение, классификация. Лигандообменные процессы и равновесия. Химия гемогло- бина (семинар, лабораторный практикум).

3.Химия и анализ загрязнений атмосферы (семинар, лабо- раторный практикум).

4.Химия и анализ загрязнений гидросферы (семинар, ла- бораторный практикум).

5.Обобщение, интеграция инвариантного содержания курса общей химии на примере свойств соединений биоген- ных элементов, экологических аспектов. Защита модуля.

Опорные знания. При изучении данного модуля сту- дент опирается на знания химии довузовского этапа, а также знания и умения, приобретенные и развиваемые в предыду- щих модулях курса общей химии:

основные понятия и стехиометрические законы химии;

периодическийзаконипериодическаясистемахимичес- ких элементов Д.И. Менделеева;

строение атома и химическая связь;

важнейшие классы неорганических и органических соединений;

важнейшие природные соединения;

электролитическая диссоциация, ионные уравнения;

основные термодинамические и кинетические законо- мерности протекания химических реакций;

реакции, протекающие в растворах: окислительно-вос- становительные, кислотно-основные(протолитические), гетерогенные, комплексообразования;

количественная характеристика растворов.

7

Биогенные элементы. Комплексные соединения

Литература

Основная:

1.Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для мед. спец. вузов / А. Берлянд, Ю. Ер- шов, А. Книжник. — М.: Высшая школа, 2007. — 560 с.

2.Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия. Электронный учебник для вузов. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. — 976 с.

3.Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. — СПб.:

Химиздат, 2005. — 784 с.

4.Литвинова Т.Н. Сборник задач по общей химии. Задачи по общей химии с медико-биологической направленностью: Учебноепособиедлястудентовмедицинскихвузов. — 3-еизд., перераб. — М.: Оникс; Мир и образование, 2007. — 224 с.

5.1000 тестов по общей химии для студентов медицинских вузов: Учебное пособие / Т.Н. Литвинова [и др.]. — 2-е изд., испр. и доп. — Ростов н/Д: Феникс, 2007. — 429 с.

Дополнительная:

6.Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. Биосфера и жизнеде-

ятельность: Учебное пособие. — М.: Логос, 2002. — 212 с.

7.Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды: Учебник для вузов. — М.: Мир, 2005. — 296 с.

8.Жолнин А.В. Комплексные соединения. — Челябинск:

ЧГМА, 2000. — 28 с.

9.Зеленин К.Н. Химия: Учебник для медицинских вузов. — СПб.: Специальная литература, 1997. — 688 с.

10.Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофи- зическую химию. — М., 1989. — 256 с.

11.Медицинская химия: Учебник / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др. / под ред. В.А. Кали- бабчук. — Киев: Медицина, 2008.— 400 с.

12.Орлов А.С., Безуглова О.С. Биогеохимия. Учебник для студентов вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 2000. — 320 с.

8

Введение

13.Рустамбекова С.А., Барабошкина Т.А. Микроэлемен-

тозы и факторы экологического риска / под ред. В.В. Горшко- ва. — М.: Университетская книга; Логос, 2006. — 112 с.

14.Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медици-

не. — М.: ОНИКС 21 век; Мир, 2004. — 272 с.

Список сайтов по химии:

1.Химия и жизнь — ХХI век: научно-популярный журнал. http://www.hij.ru

2.Alhimik. http://www.alhimik.ru

3.Химиядлявсех. Электронныйсправочникзаполныйкурс химии. http://www.informika.ru/text/database/chemy/START.html

4.Репетитор по химии. http://www.chemistry.nm.ru

5.http://www.Webelement.narod.ru

9

ТЕМА: БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Краткая теоретическая часть

Бионеорганическая химия возникла на основе биологии, биохимии и неорганической химии, изучает химические реак- ции, протекающие в живой клетке с участием неорганических ионов. Изучение биологической роли химических элементов, исследование путей их обмена в живом организме, опреде- ление содержания элементов в различных объектах среды, профилактика заболеваний, связанных с нарушением мине- рального обмена, — важнейшая проблема современной ме- дицины.

Элементы, необходимые для построения и жизнедеятель- ности клеток и организмов, называются биогенными элемен-

тами.

Классификации биогенных элементов

I. По признаку количественного содержания в организме химические элементы подразделяются на:

1.Макроэлементы — массовая доля 10–2 % и больше (H, C, N, O, P, S, Cl, Na, K, Mg, Ca).

2.Микроэлементы — массовая доля 10–3–10–5 % (Fe, F, Si, Mn, Co, Cu, Ni, Zn, Cr и др.).

3.Ультрамикроэлементы — массовая доля 10–6 % и меньше

(Ag, As, Sb и др.).

II. По функции биоэлементы делят на три группы:

1.Элементы, образующие основную массу биополимеров

исоответствующих мономеров, — белки, нуклеиновые кис- лоты, углеводы, липиды. За исключением водорода (H) это р-элементы: C, N, O, P, S. Эти элементы называют органоге-

нами.

2.Элементы, создающие электролитную среду в крови, клеточных и межклеточных жидкостях. Это s-элементы: Na,

10