periodická tabulka prvků stavební kameny živé hmoty chemické složení živé hmoty nejdůležitější prvky oxidační stres pufry kationty a anionty osmóza,

Transkript

1

2 periodická tabulka prvků stavební kameny živé hmoty chemické složení živé hmoty nejdůležitější prvky oxidační stres pufry kationty a anionty osmóza, disociace, oxidace, redukce

3 upraveno:

4 IA alkalické kovy - Li, Na, K, Rb, Cs, Fr IIA kovy alkalických zemi - Ca, Sr, Ba, Ra VIIA halogeny - F, Cl, Br, I VIIIA vzácné plyny- He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn nekovy H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, halogeny

5 přechodné kovy IB - Cu, Ag, Au IIB Zn, Cd, Hg Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, Pt ostatní kovy Al, Sn, Sb, Pb, Bi

6 vodík rtuť uhlík dusík kyslík jód hliník křemík fosfor síra olovo česky Hydrogenium Hydrargyrum Carboneum Nitrogenium Oxygenium Iodium Aluminium Silicium Phosphorus Sulfur Plumbum latinsky hydrogen mercury carbon nitrogen oxygen iodine aluminium silicon phosphorus sulphur lead anglicky

7 chemické složení neživá hmota 1. O 2. Si 3. Al 4. Fe 5. Ca živá hmota O C N H Ca/Fe

8 voda 60-80%, velká tepelná kapacita,velké povrchové napětí polární rozpouštědlo vodíkové můstky, hydratační obal, autoprotolýza vody, ph ionty, minerály 0,5% hmotnosti malé molekuly nízkomolekulární látky alkoholy, kyseliny, aminokyseliny, monosacharidy, N-báze, meziprodukty metabolismu např. deriváty organických kyselin makromolekuly vysokomolekulární látky proteiny, polysacharidy, nukleové kyseliny supramolekulární komplexy jádro, membrány, multienzymové komplexy buňka tkáně

9 Makrobiogenní C, O, H, N, P více než 1% Oligobiogenní Ca, Mg, S, K, Fe, Cl, Na 0,05-1% Mikrobiogenní Cu, Zn, Co, Mn, I, Mo < 0,05% Stopové B, Si, V, Br, Li, As, Se, Ti, Cr jen některé organismy

10 anorganické produkty metabolismu C, H, O CO 2, H 2 O H 2 CO 3 / HCO 3 - N NH 3 / NH 4 + P H 2 PO 4 - / HPO 4 2- = fosfát S SO 4 2- = sulfát hlavní ionty extracel. tekutiny ECT krevní plazma Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Cl - HCO 3 - proteiny fosfáty sulfáty hlavní ionty ICT K + Mg 2+ Na + (Ca 2+ ) fosfáty proteiny sulfáty HCO 3 - Cl -

11 bílkoviny enzymová katalýza vytváření struktur buněk a tkání transport látek přes membrány chod speciálních fyziologických funkcí (sval) regulační funkce - exprese gen. info, hormony kontrola růstu a diferenciace buněk (exprese genů) obranné funkce sacharidy a lipidy glykogen rychle využitelná rezerva energie glukóza hlavní živina glykoproteiny, proteoglykany, glykolipidy bakterie celulózová stěna buněk lipoproteiny, membrány triacylglyceroly hlavní zásobní látka steroly strukturní a metabolické funkce

12 čtyřvazný v přírodě 3 alotropní modifikace diamant, tuha (grafit), amorfní struktura saze, aktivní uhlí organická chemie asi 13 milionů registrovaných sloučenin CO otravy - karboxyhemoglobin CO 2 H 2 CO 3 slabá, nestálá (CO 2 +H 2 O) Na 2 CO 3 soda změkčovač vody, výroba skla K 2 CO 3 potaš výroba skla CaCO 3 vápenec, krasové jevy CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 NaHCO 3 jedlá soda, prášek do pečiva, antacidum

13 nárazníky roztoky schopné uvolňovat či pohlcovat H + - změny ph jsou minimální fyziologické pufry bikarbonátový nejvýkonnější extracelulární pufr nejdůležitější pro regulaci acidobazické rovnováhy tělo umí aktivně měnit koncentraci HCO 3 i pco 2 pomocí stavu bikarbonátového pufru klinicky posuzujeme stav acidobáze u pacienta hemoglobin Hb-/Hb-H + fosfáty (HPO 4 2- /H 2 PO 4- ), sulfáty proteiny (protein/protein-h + )

14 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + HCO 3 -

15 21 % atmosféry Země oxidační číslo -2 oxidy, -1 peroxidy H 2 O 2 silné oxidační vlastnosti, rostou s teplotou, doplňován fotosyntézou, malá rozpustnost v H 2 O, raketové palivo O 3 v nižších koncentracích zabíjí mikroorganismy, ve vyšších nervový jed, bělení celulózy, přízemní ozon bolesti hlavy, nemoci dýchacích cest, podráždění očí anorganické sloučeniny oxidy, peroxidy, kyseliny organické sloučeniny karboxylové kyseliny COOH, alkoholy OH, ketony, aldehydy C=O, -CHO, cukry, proteiny, tuky,...

16 oxidy iontové - s s-prvky a lanthanoidy, CaO, MgO kovalentní - molekulové a polymerní, CO 2, NO, P 4 O 10 zásadotvorné - CaO + H 2 O Ca(OH) 2 kyselinotvorné - SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 amfoterní - reagují s kyselinami i zásadami ZnO netečné - CO, N 2 O peroxidy -O-O- organické explozivní, iniciátory polymeračních reakcí PVC, PS H 2 O 2 3% dezinfekční, 5% bělící prostředek, jinak 30% - leptá!

17 porušení rovnováhy mezi vznikem a odstraňováním reaktivních forem kyslíku tvorba kyslíkových radikálů nebo kapacity antioxidační ochrany reaktivní formy kyslíku O 2- superoxidový radikál ROO alkoxylový radikál, peroxylový radikál RO alkylový radikál OH hydroxylový radikál volné radikály (VR) vysoká reaktivita řetězové reakce tvorba dalších radikálů poškození

18 poškození a destrukce membrán, buněčných organel, proteinů, genetické informace volné radikály atakují mastné kyseliny, lipidy, amk, proteiny, mononukleotidy, nukleové kyseliny, nízkomolekulární látky, koenzymy, ateroskleróza, revmatoidní artritida glomerulonefritidy, ledvinová onemocnění diabetes mellitus, Alzheimerova choroba hypertenze, stárnutí Crohnova nemoc akutní pankreatitida karcinogeneze

19 zdroje ROS dýchací řetězec v mitochondriích biotransformace v endoplazmatickém retikulu (cyt P450) bílé krvinky antioxidanty vitamin C vitamin E b-karoten koenzym Q10 cytochrom c enzymy: SOD, GSHPx, kataláza

20 na Zemi 1,4 miliardy km 3, 71 % veškerého zemského povrchu (přes 97 % voda moří a oceánů) pouze 0,26 % sladké vody využitelná lidmi lidský organismus ~ 70 % vody rozpouštědlo živin, umožňuje jejich vstřebávání, transport a přeměnu denně vypít 2L, v teplém počasí - 4L, ml vypotíme, ~ 250ml vydýcháme, bez vody vydržíme ~ 5 dní nebezpečné chemické kontaminanty: PCB, DDT, postřiky, hnojiva, NH 3, NO 3-, aj.

21 maximálně čtyřvazný, N 2 velmi stabilní tvoří 78% atmosféry Země molekula N=N velmi stabilní (inetrní) biogenní prvek bílkoviny (aminokyseliny) báze nukleových kyselin tvoří vodíkové můstky použití kapalný chladivo inertní atmosféra svařování, skladování potravin výroba NH 3 a dalších sloučenin dusíku

22 močovina - NH 2 -CO-NH 2 v moči savců, součást hnojiv, lepidla, posypová sůl, uhelné el. a dieselové motory redukce emisí NO x,rehydratace kůže N 2 O - bezbarvý, bez zápachu, nasládlá chuť, narkotikum, hnací plyn ve sprejích NO - vzniká z argininu NO syntázou, vazodilatační účinky, druhý posel NO 2 tvoří dimer, hnědě zabarvený, silně jedovatý, dráždí dýchací cesty, hlavní složka smogu, rozpustný v H 2 O na HNO 3 HNO 3 max. 68%, konc. = dýmavá, silné oxidační činidlo, rozpouští kovy až na Au a Pt (lučavka královská HNO 3 : HCl 1:3), bílkoviny působením HNO 3 žloutnou xanthoproteinová reakce, soli ledky, draselný, amonný, vápenatý HNO 2 nestálá, oxidační vlastnosti, stabilní soli - konzervace masa E 250, E 249, uzení, jedovaté - methemoglobinemie modrání - zreaguje >10% hemoglobinu

23 NH 3 bezbarvý, štiplavý, toxický, poškozuje sliznici ochrana - mokrý hadr výroba N 2 + 3H 2 2NH 3, MPa, >500 o C, Fe v lidském těle produkt metabolismu aminokyselin toxický (hlavně pro mozek) rozpuštěn na NH 4 + Glu Gln hlavní transportní forma glutamin játra močovina

24 řecky fós = světlo, fóros = nosič; světélkuje nekovový prvek ve třech alotropních modifikacích bílý fosfor, červený fosfor zápalky, černý fosfor fosforečnan vápenatý apatit Ca 5 (PO 4 ) 3 X (X = OH, F, Cl) hydrogen-, dihydrogenfosforečnan vápenatý, superfosfát - hnojiva 1/3 fosfátový pufr 2/3 v organických sloučeninách - DNA, RNA, ADP, ATP, fosfolipidy, membrány (lipidová dvojvrstva) koncentrace v plazmě 0,65 1,62 mmol/l

25 nekov, ve sloučeninách S -2, S +2 (thiosírany), S +4, S +6 výskyt v oblasti s vulkanickou čiností, v ropě, uhlí, v minerálech: pyrit FeS 2, sfalerit ZnS, galenit PbS, sádrovec aj. v přírodě několik alotropických modifikací - kosočtverečná, jednoklonná využití - střelný prach, fungicid síření, vulkanizace kaučuku,výroba H 2 SO 4 H 2 S sulfan - jedovatý, hořlavý thiosírany - fotografický ustalovač SO 2 H 2 SO 4, soli sírany, sulfáty SO 3 H 2 SO 3, soli siřičitany, (sulfity) v bílkovinách aminokyseliny cystein a methionin, cystin

26 velmi reaktivní, pouze sloučeniny vápenaté Ca 2+ název odvozen od vápna sádrovec CaSO 4.2H 2 O - sádra CaSO 4.½H 2 O vápenec CaCO 3 kalcit, aragonit, speciální typ vápence křída fosforečnan vápenatý hnojivo P i Ca význam výroba CaO a Ca(OH) 2 hydroxoapaptit 3Ca 3 (PO4) 2.Ca(OH) 2 kosti a zuby, Ca 2+ v tkáních a buňkách

27 extracelulární tekutina - 2,25-2,75 mmol/l přenos signálů do buňky utěsňovací role v membránách brání úniku tekutiny z buňky neuromuskulární dráždivost stahy svalů nepostradatelný faktor kaskády srážení krve v lidském těle celkem 1-1,5 kg vápníku 99% Ca 2+ v těle - kosti a zuby zbytek ze 46% vázaný na albumin v solích 6% - citrát, laktát ionizovaný 48%, fyziologicky aktivní

28 složení zubů hydroxyapatit - Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 oktakalcium fosfát - Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6.5H 2 O amorfní fosforečnan vápenatý - Ca 3 (PO 4 ) 2 fluoroapatit - nahrazením OH - za F - v hydroxyapatitu složení kostí složení jako zuby, navíc bursit CaHPO 4.2H 2 O anorganický materiál 65% kostní hmoty, 10% voda, zbytek organický (kolagen, glykoproteiny, proteoglykany) kostní tkáň tři typy buněk osteocyty 90% všech buněk, nejsou synteticky aktivní, výměna minerálů osteoblasty produkují základní kostní hmotu proteosyntetická aktivita osteoklasty odbourávají kostní tkáň lysozomy, proteolytické enzymy

29 měkké, lehké, stříbrolesklé kovy, vedou elektrický proud i teplo lehčí než voda uchovávány pod petrolejem či naftou silná redukční činidla s vodou reagují exotermně, vznikající H 2 reakčním teplem samovolně vzplane sloučeniny hydroxidy vysoušení organických kapalin zmýdelňování tuků: draselná mýdla tekutá, sodná - pevná

30 hlavní extracelulární iont v krvi mmol/l udržuje osmotický tlak extracelulární tekutiny spolu s Cl - pro udržení stálého osmotického tlaku, objemu a ph ECT membránový potenciál buněk nutný minimální příjem 1g NaCl denně

31 hlavní intracelulární ion 95 % v buňce koncentrace v buňce mmol/l v krvi 3,8-5,2 mmol/l nezbytný pro činnost svalů, myokardu a neuronů

32 halogen 7 valenčních el. reaktivita jedovatý, žlutozelený plyn v těle koncentrace v plazmě mmol/l osmoticky aktivní - v krvi HCl v žaludeční šťávě

33 silné redukční činidlo v těle koncentrace v plazmě 0,7 1 mmol/l 2/3 v kostech kofaktor asi 300 enzymů

34 Fe - čtvrtý nejrozšířenější prvek v přírodě železné rudy magnetit FeO. Fe 2 O 3, hematit Fe 2 O 3 biogenní prvek v hemoglobinu, myoglobinu cytochromech součást enzymů důležitých pro biologické oxidace transport transferin, skladování - ferritin FeSO 4. 7H 2 O zelená skalice K 4 Fe(CN) 6 žlutá krevní sůl K 3 Fe(CN) 6 červená krevní sůl analytická činidla, výroba modrého pigmentu berlínské modři

35 Cr chrom bílý tvrdý kov nejstabilnější v ox. stavu Cr 3+ Cr 6+ - karcinogenní Cr 2 O 3 nejstálejší zelený pigment chromany (CrO 4 2- ) a dvojchromany (Cr 2 O 7 2- ) oxidační činidla, leptají kůži a sliznice Mn - mangan šedobílý tvrdý kov nejběžnější ox. stavy Mn 2+, Mn 4+, Mn 7+ biogenní prvek - podporuje krvetvorbu, součást některých enzymů MnO 2 burel oxidační činidlo KMnO 4 fialový, silné oxidační činidlo, slabý roztok dezinfekce

36 Cu - měď součástí některých enzymů CuSO 4. 5H 2 O modrá skalice Co - kobalt podobný Fe, biogenní prvek vitamin B12 Li - lithium tlumivý účinek na CNS, nefrotoxický, akumulátory Be - berylium lehký kov, propouští rtg záření velmi toxické, inhibuje enzymy katalyzované Mg Ba - baryum BaSO 4 kontrastní látka v rentgenologii

37 Cd - kadmium ionty jedovaté inhibice enzymů vazba na SH skupiny Pb olovo jeden z nejdůležitějších průmyslových jedů váže se na SH skupiny enzymů, poškozuje krvetvorbu, nervový systém, ledviny, metabolismus sacharidů I tvorba hormonů štítné žlázy (nedostatek struma) Zn kofaktor enzymů

38 slabé vazebné interakce mezi molekulami (i v rámci dvou částí jedné molekuly) silnější než většina ostatních mezimolekulárních sil podstatně slabší (asi 10x) než iontová nebo kovalentní vazba vodíkové vazby vznikají mezi atomem vodíku a nevazebným elektronovým párem silně elektronegativního atomu (O, N) Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme

39 kyselina látka schopná předat proton jiné látce kyselina je donor protonu báze látka schopná přijmout proton báze je akceptor protonu

40 nižší než v ECT metabolické reakce produkují kyseliny (uhličitá, mléčná) cytosol ph 6,8 7 lysozomy ph 4,5 5 krev ph 7,4 ± 0,04 moč ph 5,0 6,0

41 oxidace zvyšování oxidačního čísla redukce snižování oxidačního čísla hydratace reakce, při níž dojde k pohlcení vody

42 kurs Kurz 1 zápočtový test: 4. listopadu 2012

43 a) pohyb vody skrz buněčnou membránu se označuje jako difúze b) po otevření draselného kanálu v buněčné membráně K + vystupuje z buňky c) Na + /K + -pumpa transportuje tyto ionty po jejich koncentračním gradientu d) po otevření vápenatého kanálu v buněčné membráně Ca 2+ vstupuje do buňky NE ANO NE ANO

44 a) je nejčetnějším kationtem hořčík b) je nejčetnějším aniontem chlorid c) je významným pufrem fosfátový pufr d) vzniká jako konečný produkt oxidace různých organických látek CO NE NE ANO NE

45 a) chemický vzorec amoniaku je NH 4 + b) hydrogenuhličitan je HPO 4 - c) fosfátový pufr v buňkách je tvořen H 2 PO 4 - a H 3 PO 4 d) bikarbonát je báze odvozená od kyseliny uhličité NE NE NE ANO

46 a) přeměna Fe +II na Fe +III je oxidace b) Cu +II je nižší oxidační stupeň ze dvou, v nichž se měď vyskytuje v buňkách c) při rozpouštění CO 2 ve vodě vzniká kyselina uhličitá d) H 3 O + je vodíkový kation ANO NE ANO NE

47