Біогенні s-елементи; біологічна роль, застосування в медицині

Заняття №1

 

Тема: «Біогенні s-елементи; біологічна роль, застосування в медицині».

 

Актуальність  теми: Всі організми, їх тканини і органи містять в тій чи іншій кількості всі відомі хімічні елементи. Маса людського організму на 96% складається з чотирьох елементів (C, H, O, N); ще 3% складають Ca, P, K, S. Тільки 1% маси припадає на I, Fe, Na, Cl, Mg, Cu, Mn, Co, Zn і інші елементи. За кількісним вмістом хімічних елементів їх умовно поділяють на макроелементи (> 10-2%), мікроелементи (10-3-10-12%), ультрамікроелементи (<10-12%). Така класифікація не вказує на роль і значення в організмі того чи іншого елемента. При різних патологічних станах спостерігаються зміни кількості мікроелементів в тканинах (наприклад, при інфаркті міокарда знижується рівень цинку в плазмі крові і підвищується вміст купруму в ішемічному вогнещі інфаркта; при гіпертонії вміст літію в крові і еритроцитах зменшується більше ніж в два рази). Для нормального протікання фізіологічних процесів потрібне нормальне насичення організму мікроелементами, при якому вміст мікроелементів повністю задовольняє потребу біохімічних структур в тому чи іншому елементі (Г.А. Бабенко). s-елементи застосовуються як фармакопейні препарати:

NaCl, - для приготування ізотонічного розчину та інших сольових плазмозамінників;

KCl – при гіпокаліємії, внаслідок прийому діуретинів; антиаритмічний засіб;

MgO – антацидний засіб при підвищенні кислотності шлункового соку, при отруєнні кислотами, складова частина препарату «Альмагель», а також як антидот при отруєнні Арсеном;

MgSO4 x 7H2O – в’яжучий та антацидний засіб;

CaCl2 x 6H2O – при посиленому виведенні Ca2+ з організму, при алергічних захворюваннях, як засіб, що зменшує проникність судин, як кровоспинний засіб, як антидот при отруєнні солями магнію;

BaSO4 – рентгенконтрасний засіб при рентгеноскопії шлунка та кишечника.

 

Навчальні цілі:

Знати: Різні підходи до класифікації хімічних елементів, що складають організм людини; макро- і мікроелементи; особливості хімічних властивостей s-елементів пов’язані з будовою їх атомів; біороль і застосування в медицині сполук s-елементів; аналітичні реакції на катіони s-елементів.

Вміти: проводити якісні реакції на окремі s-елементи (реакції на полум’я йонів K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+; дія розчину хромату калію на Sr2+, Ba2+);

Базові  знання, вміння, навички, необхідні  для вивчення теми

Дисципліна

Знати

Вміти

Медична біологія

Макро- і мікроелементи.

Біогенні елементи.

Біороль Na, K, Ca в організмі людини.

 

Неорганічна хімія

Основні класи  неорганічних сполук.

Будова атомів s-елементів

Ступінь окиснення  елемента.

Хімічні властивості  металів.

Виконувати якісні реакції методом напівмікроаналізу.

Записувати рівняння реакцій в молекулярній і йонній формах.


 

Самостійна  позааудиторна робота студентів.

 

  1. Загальні відомості про біогенні елементи. Якісний та кількісний вміст біогенних елементів в організмі людини.
  2. Макро-, мікроелементи та домішкові (ультрамікроелементи). Органогени.
  3. Вчення В. Вернадського про біосферу та роль живої речовини (живих організмів)
  4. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі.
  5. Електронна структура та електронегативність s- елементів.
  6. Типові хімічні властивості s- елементів та їх сполук.
  7. Аналітичні реакції йонів K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.
  8. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в організмі людини. Біологічна роль Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba.
  9. Застосування сполук s-елементів в медицині. Лікарські препарати, що містять s-елементи.
  10. Токсична дія сполук.

Контрольні  питання.

  1. Що таке біогенні елементи, макро- і мікроелементи?
  2. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі.
  3. Як за зміною забарвлення полум’я визначити присутність s-елементів у зразку?
  4. Якими якісними реакціями можна визначити присутність K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+.
  5. Вміст окремих s-елементів в організмі, їх топографія в тканинах і органах.
  6. Природні сполуки s-елементів, їх роль в організмі людини і застосування в медицині.
  7. Біороль K+, Na+ в організмі.
  8. Біороль Mg2+, Ca2+ в організмі.
  9. Сполуки  s- елементів, які застосовуються як медичні препарати, для рентгенодіагностики. Поняття про фізіологічний розчин.
  10. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень:

Ca®CaO®Ca(OH)2®CaCO3®Ca(HCO3)2

Na2O®Na2SO3®Na2SO4®NaCl

Ba®Ba(OH)2®BaCO3®BaSO4

 

11 Заповнити  таблицю:

Елемент, вміст  в організмі людини, добова потреба

Біологічна роль

Застосування  в медицині

Лікарські препарати

       
       

Самостійна робота на занятті.

Виконати лабораторні  роботи:

  1. Реакції на полум’я.
  2. Характерні реакції Ba2+, Sr2+.

Методика виконання  лабораторної роботи

Робота 1. Реакції на полум’я.

В 6 пробірок вносять  по декілька крапель розчинів солей Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba.

Занурюють почергово  платиновий або ніхромовий дріт у  розчин солі і вносять у нижню  частину газового пальника. Спостерігають зміну забарвлення полум’я.

 

Робота 2. Характерні реакції катіонів Sr2+ і Ba2+ з хроматом калію.

В дві пробірки вносимо по 2-3 краплі розчину хромату  калію. В першу додаємо таку ж  кількість краплин розчину солі стронцію, а в другу – розчину солі барію. Що спостерігаєте? Першу пробірку для утворення осаду нагріти.

Хромат стронцію утворюється при нагріванні, хромат барію – при звичайній температурі. Записати рівняння реакцій.

 

Результати експерименту оформити у вигляді таблиці:

 

№ п/п

Назва лабораторної роботи

Методика виконання лабораторної роботи

Спостереження, рівняння реакцій, розрахунки, графіки

Висновки

         
         

 

Література:

  1. Хухрянский В.Г. Химия биогенных элементов., К., 1984.
  2. Глінка М.Л. Загальна хімія., К., 1982.
  3. Хімія. Під ред. Слободяника М.С., К., 2003.

Заняття № 2

 

Тема: «Біогенні р-елементи; біологічна роль, застосування в медицині».

 

Актуальність  теми: р-елементи відіграють важливу роль у життєдіяльності людини. П’ять р-елементів (C, O, N, P, S, Cl) відносяться до органогенів, що відіграють в організмі роль пластичного матеріалу, а також створюють фізико-хімічні умови для протікання фізіологічних процесів (рН середовище, осмотичний тиск і т.п.). Інші є важливими мікроелементами (B, Al, F, I, інші). Сполуки більшості р-елементів проявляють біологічну активність і застосовуються в медицині як лікарські препарати (нашатирний спитр, АТФ, натрія тіосульфат, фізіологічний розчин; солі брому, спиртовий розчин йоду). Сполуки деяких р-елементів є сильними отрутами (фториди, озон, сірководень, білий фосфор, галогени, сполуки Pb, As, Se, Te). Фармакопейні препарати р-елементів:

NaNO2 – спазмолітичний засіб, антидот при отруєнні ціанідами;

Na2SO4 х 10H2O – послаблюючий засіб;

Na2S2O3 х 5H2O – детоксикуючий, десенсибілізуючий засіб;

NaHCO3 – антацидний засіб при підвищенні кислотності шлункового соку.

 

Навчальні цілі:

Знати:

а). електронну структуру  та електронегативність р-елементів;

б). типові хімічні  властивості р-елементів та їх сполук (реакції без зміни ступеня  окиснення);

в). зв’язок між місцезнаходженням р-елементів в періодичній системі та біороллю і застосуванням в медицині сполук р-елементів;

г). токсичну дію  сполук;

д). проблеми забруднення  та очищення біосфери від токсичних  хімічних сполук техногенного походження.

е). ендемічні захворювання їх зв’язок з особливостями біогеохімічних провінцій (районів з природним дефіцитом або надлишком певних хімічних елементів в літосфері);

є). аналітичні реакції на катіони р-елементів.

Вміти:

проводити якісні реакції на окремі р-елементи (реакції  йонів SO42-, СO32-, S2O32-, NO2-, Hal-);

Базові знання, вміння, навички, необхідні для вивчення теми

Дисципліна

Знати

Вміти

Медична біологія

Макро- і мікроелементи.

Біогенні елементи.

Біороль C, O, N, P, S, F, I в організмі людини.

 

Неорганічна хімія

Основні класи неорганічних сполук.

Будова атомів p-елементів.

Ступінь окиснення  елемента.

Хімічні властивості  р-елементів.

Виконувати якісні реакції методом напівмікроаналізу.

Записувати рівняння реакцій в молекулярній і йонній формах.

Складати електронний  баланс окисно-відновного процесу.


 

Самостійна  позааудиторна робота студентів.

  1. Загальна характеристика р-елементів, можливі ступені окиснення, властивості їх сполук.
  2. Аналітичні реакції на аніони SO42-, S2O32-, CO32-, NO2-, Cl-, Br-, I-.
  3. Біологічна роль р-елементів в організмі людини. Елементи-органогени і мікроелементи, їх вплив на процеси метаболізму.
  4. Застосування сполук р-елементів в медицині,.
  5. Лікарські препарати р-елементів.
  6. Ендемічні захворювання їх зв’язок з особливостями біогеохімічних провінцій (районів з природним дефіцитом або надлишком певних хімічних елементів в літосфері).

7. Проблеми забруднення  та очищення біосфери від токсичних  хімічних сполук техногенного  походження.

Контрольні  питання.

  1. Які особливості будови атомів р-елементів, можливі ступені окиснення, характер їх оксидів і гідратів оксидів? Амфотерні гідроксиди.
  2. Природні сполуки р-елементів, їх роль в організмі і застосування в медицині.
  3. Застосування сплавів бору, алюмінію, галію, індію в медицині, стоматології.
  4. Карбон і Сіліцій в організмі, застосування сполук елементів IV A групи в медицині.
  5. Нітроген і Фосфор як органогени. Токсичність сполук As, Sb, Bi, Pb, Se, Te, Tl.
  6. Біологічна роль елементів V А групи, озон, оксигенотерапія. Сульфур і його сполуки, застосування їх в медицині.
  7. Біологічна роль галогенів, застосування їх солей як медичних препаратів.
  8. Запобігання виникнення антрикозу, силікозу, флюорозу і ендемічного зобу.
  9. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень:

Cl2®HCl®KCl®AgCl®[Ag(NH3)2]Cl

CO2®CaCO3®CaI2®HI®AgI

  1. Напишіть рівняння реакцій H2SO4 з алюміній оксидом, кальцій гідроксидом, натрій карбонатом, барій хлоридом.
  2. Напишіть формули можливих оксидів Фосфору та рівняння реакцій взаємодії їх з водою і калій гідроксидом.

12.Заповнити  таблицю:

Елемент, вміст  в організмі людини, добова потреба

Біологічна роль

Застосування  в медицині

Лікарські препарати

       

 

Самостійна робота на занятті.

Виконати лабораторні  роботи:

  1. Якісна реакція на SO42-.
  2. Реакції на полум’я.
  3. Характерні реакції Ba2+, Sr2+.

Методика виконання  лабораторної роботи

 

Робота  1. Якісна реакція на SO42-.

В пробірку внести декілька крапель розчину сульфату натрію і додати 1 краплю розчину хлориду барію. Записати рівняння реакції і спостереження.

 

Робота  2. Виявлення аніону S2O32-.

В пробірку внести декілька крапель розчину тіосульфату натрію і додати 1 краплю розчину хлоридної кислоти. Записати рівняння реакції і спостереження.

 

Робота  3. Виявлення аніону CO32-.

В пробірку внести декілька крапель розчину карбонату натрію і додати 1 краплю розчину хлоридної кислоти. Записати рівняння реакції і спостереження.

 

Робота 4. Характерні реакції NO2-

а). Дія КІ в середовищі H2SO4.

В пробірку внести декілька крапель розчину нітриту натрію. Додати таку ж кількість розчину  йодиду калію і конц. H2SO4. Записати рівняння реакції, скласти електронний баланс, визначити окисник і відновник.

б). З дифеніламіном в середовищі H2SO4.

В пробірку внести декілька крапель розчину нітриту натрію. Додати таку ж кількість розчину дифеніламіну в конц. H2SO4.

Обережно! Дифеніламін приготовлений  на конц. H2SO4.

 

Робота 5. Реакції аніонів VІІ-ї групи.

В три пробірки внести по декілька крапель розчинів солей з аніонами Cl-, Br-, I- і додати по краплині розчину нітрату срібла.

 До одержаних  осадів додати розчин гідроксиду  амонію. Відмітьте, які із осадів розчинилися внаслідок утворення комплексних сполук.

 

Напишіть рівняння відповідних  хімічних реакцій,  зробіть висновки.

 

 

 

 

 

Заняття №3

 

Тема: d-елементи. Якісні реакції на катіони і аніони d-елементів.

 

Актуальність  теми: Переважна кількість d-елементів міститься в органах і тканинах у вигляді комплексних сполук з білками і іншими біополімерами. З біологічної точки зору  комплексоутворюючі елементи є “організаторами життя”. Лікарю важливо знати будову і властивості комплексних сполук, оскільки металоорганічні комплекси приймають найактивнішу участь в обмінних процесах (залізопорфіриновий комплекс входить в склад гемоглобіну, кобальтопорфіриновий – головна частина вітаміну В12). Відомо також, що шкідливі речовини виводяться з організму з допомогою лігандів, які зв’язують їх в комплекси. Встановлено, що каталітична дія мікроелемента зростає в мільйони разів при утворенні ним комплексів. Більшість d-елементів IV періоду мають гемопоетичні властивості (впливають на процеси кровотворення), багато з них беруть участь в окисно-відновних процесах, проявляють позитивну дію на імуногенез. Порушення певної рівноваги між мікроелементами в організмі призводить до виникнення патологічних станів, тому ці зміни можуть служити діагностичним тестом, а також прогнозом того чи іншого захворювання. Велика кількість d-елементів і їх сполук  отруйні для живих організмів, - вони проявляють несприятливу біологічну дію (Ni, Pd, Ag, Hg, Cd,та інші).

 

Навчальні цілі:

Знати: Особливості хімічних властивостей d-елементів, пов’язані з будовою їх атомів, біологічну роль і застосування в медицині сполук d-елементів; аналітичні реакції на катіони і аніони d-елементів; основні положення сучасної теорії комплексних сполук.

Вміти: Проводити якісні реакції на катіони і аніони d-елементів (дія їдких лугів в еквівалентній кількості та в надлишку та розчину аміаку на солі d-елементів, одержання берлінської лазурі, окиснення Cr3+ пероксидом гідрогену), складати формули комплексних сполук, писати рівняння реакцій їх утворення.

Базові знання, вміння, навички, необхідні для вивчення теми

Дисципліна

Знати

Вміти

Медична

біологія

Макро- і мікроелементи.

Біогенні елементи.

Біороль Fe, Co, Ni, Cu, Zn в організмі людини.

 

Неорганічна

 хімія

Основні класи  неорганічних сполук.Будова атомів d-елементів.

Ступінь окиснення  елемента.

Хімічні властивості d-елементів, їх сполук в залежності від ступеня окислення елемента.

 Амфотерність.

Виконувати якісні реакції методом напівмікроаналізу.

Записувати рівняння реакцій в молекулярній і йонній формах.

Складати електронний  баланс окисно-відновного процесу.


 

Основні питання теми:

1. Загальна характеристика d-елементів, можливі ступені окиснення, властивості сполук.

2. Аналітичні  реакції на катіони Cu2+, Zn2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cr3+, Ag+.

3. Аналітичні  реакції на аніони MnO4-, CrO42-.

4. Основні положення теорії комплексних сполук.

5. Біологічна  роль d-елементів в організмі.

6. Застосування  сполук d-елементів в медицині. Лікарські препарати.

7.Техногенне  забруднення природного середовища, значення d-елементів як металів-токсикантів.

  1. Напишіть рівняння реакції виявлення сполук Cr+6 за допомогою H2O2 в лужному середовищі. Складіть електронний баланс, вкажіть окисник і відновник.
  2. Напишіть рівняння реакції виявлення сполук Mn+7 за допомогою Na2SO3 в кислому середовищі. Складіть електронний баланс, вкажіть окисник і відновник.
  3. Для комплексної сполуки [Cu(NH3)4] (OH)2 визначте заряди, вкажіть комплексоутворювач, комплексний йон, ліганди, координаційне число. Напишіть рівняння реакції одержання даної комплексної сполуки із розчину солі та гідроксиду амонію.

11.Заповнити  таблицю:

Елемент, вміст  в організмі людини, добова потреба

Біологічна роль

Застосування  в медицині

Лікарські препарати

       

 

Література:

1.Хухрянский  В.Г. Химия биогенных элементов., К., 1984.

2.Глінка М.Л.  Загальна хімія., К., 1982.

3.Хімія. Під ред. Слободяника М.С., К., 2003.

4.Сегеда А.С.  Аналітична хімія. Якісний і  кількісний аналіз. К., 2003.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заняття №4

Тема: Комплексоутворення в біологічних системах.

Актуальність  теми: Комплексні сполуки відіграють важливу роль в процесах життєдіяльності організмів, виконуючи важливу роль у вигляді ферментів і комплексів мікроелементів. Розуміння способу утворення і властивостей комплексних сполук дозволяє використовувати їх в хелатерапії та якісному і кількісному аналізі.

Навчальні цілі:

Знати: Основні теорії будови комплексних сполук, способи їх одержання, критерії стійкості і застосування.

Вміти: Пояснювати принципи будови комплексних сполук. Інтерпретувати особливості будови комплексних сполук як основи для їх застосування хелатотерапії.

Самостійна  позааудиторна робота студентів

  1. Реакції комплексоутворення.
  2. Теорія А.Вернера та сучасні уявлення про будову комплексних сполук.
  3. Поняття про комплексоутворювач, ліганди.
  4. Природа хімічного зв’язку в комплексних сполуках.
  5. Класифікація комплексних сполук.
  6. Комплексони. Одержання хелатних комплексів.
  7. Застосування комплексонів в медицині.
  8. Поняття про металолігандний гомеостаз. Залізо-, кобальто-, міде та цинковмісні біокомплексні сполуки, їх біологічна роль.

Контрольні  питання.

  1. Які атоми можуть грати роль комплексоутворювача?
  2. Які атоми можуть грати роль лігандів?
  3. Які значення можуть мати координаційні числа?
  4. Для комплексних сполук вкажіть:

а). комплексоутворювач і  його заряд;

б). ліганди;

в). координаційне число.

5. Що таке хелатні  комплекси?

6. Який вид зв’язку характерний в комплексних сполуках?

7. Напишіть рівняння  реакції взаємодії трилону Б  з катіонами Ca2+, Mg2+, Fe+3. Вкажіть умови проведення реакції.

8. Які природні залізо-, кобальто-, міде та цинковмісні біокомплекси вам відомі?

Самостійна робота на занятті.

Виконати лабораторні  роботи:

  1. Одержати аміачні комплекси міді, срібла, цинку, хрому.
  2. Якісне комплексонометричне визначення вмісту йонів Ca2+, Mg2+, Fe+3 за допомогою комплексону трилону Б.

Методика виконання  лабораторної роботи

Робота 1. Одержання аміачних комплексів.

В 4 пробірки вносять  по 2-3 краплі розчинів солей, що містять йони Cu2+, Zn2+, Cr+, Ag+ і додають еквівалентну кількість розчину аміаку. Що утворюється? Написати рівняння реакцій. В кожну пробірку внести ще 4 краплі концентрованого аміаку. Спостерігати розчинення осадів і появу характерних кольорів. Обґрунтуйте рівняннями реакцій.

Робота2 . Характерні комплекси катіонів заліза і міді.

У 2 пробірки вносимо 2-3 краплі розчинів солей Fe+3, Cu2+ і додаємо по кілька крапель розчинів жовтої кров’яної солі K4[Fe(CN)6]. Спостерігаємо появу характерного забарвлення, написати відповідні рівняння реакцій.

Робота3. Якісне визначення йонів кальцію і магнію за допомогою трилону Б.

В пробірку вносять 2-5 крапель розчину солі кальцію  або магнію, додають 5 крапель амонійного буферу (рН=10,0), 1-2 краплі індикатора хромогену темносинього. Спостерігається вишневе забарвлення, яке змінюється при додаванні розчину трилону Б на синє.

Написати формулу  одержаного комплексу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заняття 5

Тема: Величини, що характеризують кількісний склад розчинів. Приготування розчинів молярної концентрацій еквівалентів.

Актуальність теми: Розчини відіграють дуже важливу роль у різних процесах, у тому числі у життєдіяльності організмів, у техніці і побуті. В медичній практиці розчини використовують для діагностики, лікування, заміни втраченої крові, для наукових досліджень. Використання розчинів різної концентрації в лікарській практиці вимагає знання способів вираження концентрацій розчинів і вміння приготувати розчини необхідної концентрації для практичного використання.

Навчальні цілі:

Знати: основні положення про розчини і способи визначення концентрації розчинів.

Вміти: розрахувати необхідну кількість компонентів і приготувати розчини з заданою масовою часткою, молярною концентрацією та молярною концентрацією еквівалентів.

Самостійна  позааудиторна робота студентів.

  1. Основні поняття про розчини, їх роль в живих організмах. Розчинники, розчинена речовина.
  2. Механізм розчинення речовин.
  3. Фактори, що визначають розчинність речовини.
  4. Розчини насичені, ненасичені і пересичені; розведені і концентровані.
  5. Основні способи вираження концентрації розчинів:

а) масова частка;

б) молярна  концентрація;

в) молярна  концентрація еквівалентів;

г) масова концентрація (титр);

д) моляльна концентрація.

  1. Розрахунки пов’язані із виготовленням розчинів масової і молярної концентрацій.
  2. Перерахунки різних способів вираження концентрації розчинів.

Контрольні  питання.

  1. Розрахувати число еквівалентності та молярну масу еквівалентів для Н2SO4, NaОН, Na2СО3, Н3РО4, Na24, Н3ВО3, Са3(РО4)2, Н2SiO3, Аl2(SО4)3 в реакціях, які йдуть до кінця.
  2. Масова частка соляної кислоти  в шлунковому соці дорівнює 0,5 % (r=1,007г/см3). Обчислити молярну концентрацію еквівалента НCl в шлунковому соці.
  3. Який об¢єм фізіологічного розчину NaCl (0,9 % розчин, r=1,0 г/см3) можна одержати із ампули фіксаналу (0,1 моль).
  4. Яку масу кристалічної соди (Na2СО3.10Н2О) потрібно взяти для приготування 200 мл розчину з молярною концентрацією еквівалентів 0,2?
  5. Масова частка соляної кислоти в шлунковому соці  дорівнює 0,55 % (r = 1,008 г/см3). Обчислити молярну концентрацію еквівалента НCl в шлунковому соці.
  6. Який титр розчину, в 50 мл якого знаходиться 1,8 г сульфату натрію?

Самостійна  робота на занятті.

Виконати  лабораторні роботи:

  1. Приготувати розчин з заданою масовою часткою.
  2. Приготувати розчин з заданою молярною концентрацією.
  3. Приготувати розчин з заданою молярною концентрацією еквівалентів.
  4. Приготувати розчин з заданою молярною концентрацією еквівалентів з фіксаналу.

Методика  виконання роботи

Робота 1. Приготування розчину заданої масової концентрації.

Кожний студент, одержавши завдання на виготовлення розчину з заданою масовою часткою розчиненої речовини, розраховує масу речовини та масу розчинника. Зважує на терезах необхідну кількість речовини і розчиняє її в розрахованій масі розчинника (густина води 1,0 г/см3).

Біогенні s-елементи; біологічна роль, застосування в медицині