С какими катионами молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) и АДФ (аденозиндифосфата) образуют комплексы по фосфорил-группировке?

Модуль № 2

Биологически активные неорганические соединения (строение, свойства, участие в функционировании живых систем). Физико-химия поверхностных явлений и свойства дисперсных систем

Методические указания для студентов

Занятие № 6

ТЕМА: Химия биогенных элементов. Элементы S - блока.

ЦЕЛЬ: Изучить химические свойства и биологическую роль макро- и микроэлементов.

Теоретические вопросы:

1. Биогенные элементы. Органогенные элементы и их роль в живой клетке. Металлы жизни.

2. Классификация химических элементов в организме по В.И. Вернадскому. Роль макро- и микроэлементов в живом организме. Концентрирование химических элементов в органах, тканях и биожидкостях человека. Эндемические заболевания.

3. Общая характеристика S- элементов. Валентные электроны. Изменение активности S-элементов в группе. Степень окисления. Щелочные металлы, их химические свойства. Особенности свойств лития. Оксиды, пероксиды, надпероксиды щелочных металлов. Биологическая роль натрия и калия. Натрий-калиевый насос. Соединения щелочных металлов, применяемых в медицине (NaCl, Li₂CO₃, NaHCO₃, KCl, Na₂SO₄·10H₂O).

4. S- элементы II A группы. Степени окисления. Тип гибридизации атомных орбиталей. Щелочноземельные элементы. Особенности свойств бериллия. Оксид и гидроксид кальция. Пероксид бария, сульфат бария. Их применение. Биологическая роль ионов магния и кальция. Антагонизм ионов магния и кальция. Соединения магния и кальция, применяемые в медицине (MgO, MgSO₄, CaO, CaCl₂, CaSO₄·2H₂O).

Обучающие задачи и упражнения

Задание № 1. Укажите биологическую роль внутриклеточного кальция магния.

Ответ: Клетка не может существовать без катионов Са²⁺и Mg²⁺ , которые играют чрезвычайно важную роль в регуляции ряда жизненно важных процессов в организме. Mg²⁺- внутриклеточный ион, который находится в цитоплазме преимущественно в связанном состоянии с АТФ, фосфолипидами, нуклеиновыми кислотами. Mg²⁺- эссенциальный элемент, участвующий в активации практически всех ферментов и метаболических процессов, как антагонист Са²⁺необходим для передачи нервных импульсов и мышечных сокращений. Ионы Са²⁺ находятся в основном вне клетки, в цитоплазме его концентрация меньше в 10000 раз. Градиент комнцентрации ионов с разных сторон мембраны клеток обеспечивает возникновение мембранного потенциала (60-80 мВ). Внутриклеточный Ca²⁺ участвует в передаче регуляторных сигналов (вместе с ацетилхолином). Необходимо обеспечение гомеостаза внутриклеточного кальция, поскольку повышение его уровня приводит к гибели клеток. Для поддержания низкой концентрации используют препараты, называемые антагонистамии кальция, которые применяют для лечения гипертонии, профилактики гипертрофии сердечной мышцы, развития сердечной недостаточности, нарушений ритма, защиты почек. К числу антагонистов кальция относят, в частности производные 1,4-дигидропиридина (нифедипин), которые специфически связываются с рецептором и блокирует кальциевые каналы, ограничивая поступление катионов Ca²⁺внутрь клетки.

Соединения, способные химически связывать Ca²⁺чрезвычайно токсичны, например 2,2^/-дипиридил. Ниже приведена реакция катионов Ca²⁺с (2,2^/-дипиридилом).

Задача № 1. Разбавленные растворы KMnO₄, пероксида водорода H ₂ O ₂используются в медицинекак окислители исключительно наружно, поскольку при введении внутрь вызывают ожоги слизистых оболочек. Растворы KMnO₄, окрашивают кожу и используемую посуду в коричневый цвет. При взаимодействии KMnO₄, с H ₂ O ₂в кислой среде окраска исчезает, при этом выделяется атомарный кислород, который, как и указанные растворы, обладает бактерицидным действием. Атомарный кислород образует молекулу O ₂ . Рассчитайте объём О₂ (н.у.), который выделится при реакции 1,58 г KMnO₄ с избытком раствора пероксида водорода и уксусной кислоты.

Решение :

2 KMnO₄ +5 H₂O₂ +6 CH₃COOH = 2 Mn(CH₃COO)₂ +5 O₂↑ +2 CH₃COOK

+ 8 H ₂ O

Ионы Mn²⁺ менее токсичны по сравнению с ионами MnO₄^-.

Ответ: V(O₂) = 0,56 л

Упражнения для самостоятельного выполнения:

1. Бромид калия используется в медицине как успокаивающее средство. Опишите аналитические эффекты, которые будут наблюдаться при добавлении к этому веществу:

a) нитрата серебра

b) перманганата калия в кислой среде

Напишите уравнения химических реакций.

2. Укажите применение в медицине:

Na₂SO₄∙´ 10H₂O, растворов NaCl, NaHCO₃, Na₂B₄O₇, KBr, KCl, CaCl₂, суспензий MgO,

MgSO₄×7H₂O, CaSO₄, BaSO₄.

3. Запишите уравнения гидролиза карбоната и гидрокарбоната натрия, укажите рН раствора. Почему раствор гидрокарбоната натрия используется для полоскания горла при воспалении?

4. Уравняйте следующие окислительно-восстановительные реакции:

NaI + H₂SO₄ ® Na₂SO₄ + I₂ +H₂S +H₂O

NaClO₃ +NaCl + H₂SO₄ ® NaHSO₄+ Cl₂ + H₂O

K₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

5. В чём заключаются функции кальция в организме? Почему магний считается эссенциальным элементом.

6. В хирургической практике применяется раствор пероксида водорода с массовой долей 3%. Сколько надо миллилитров раствора пероксида водорода с массовой долей 26% (r =1,1г/мл), для приготовления 500 мл 3% раствора (r = 1,05 г/мл)?

Ответ: 55 мл

7. При некоторых заболеваниях в организм вводят раствор хлорида натрия с массовой долей 0,9%, называемый физиологическим. Вычислите сколько воды и соли нужно для приготовления 1 литра физиологического раствора, плотность которого 1,005 г/мл.

Ответ: 9,04г NaCl и 996г воды

8. Для нейтрализации щелочи, попавшей на кожу, применяется раствор борной кислоты с массовой долей 2%. Сколько насыщенного раствора борной кислоты, массовой долей 4,7% , понадобиться для приготовления 0,5л раствора с массовой долей 2%? Плотность принять равной 1 г/мл.

Ответ: 212,8 мл

9. В медицинской практике для промывания ран и полоскания горла применяется 0,5% раствор перманганата калия. Сколько граммов раствора, полученного растворением 6,4г этой соли в 100г воды и чистой воды необходимо для приготовления 1л 0,5% раствора? Плотность можно принять равной 1г/мл.

Ответ: 83,3г и 916,7мл Н₂О

10.Перманганатом калия можно лечить змеиные укусы при отсутствии специальной сыворотки. Ддя этого в место укуса вводят шприцем 0,5-1,0 мл 1%-ного раствора KMnO₄. Рассчитайте массу перманганата калия и объём воды, необходимый для приготовления 75 мл такого раствора, имеющего плотность 1,006 г/мл.