-Ein Einblick in die Bioanorganische Chemie-

Präsentation zum Thema: "-Ein Einblick in die Bioanorganische Chemie-"—  Präsentation transkript:

1 -Ein Einblick in die Bioanorganische Chemie-
Metalle in Lebewesen -Ein Einblick in die Bioanorganische Chemie-

2 Gliederung 1. Was ist Bioanorganische Chemie? 2. Spurenelemente
3. Eisen im menschlichen Körper Versuch 1: Einfluss verschiedener Gase auf die Färbung von Hämoglobin Versuch 2: Ein Modell der Atmungskette (Baumannscher Versuch) Versuch 3: Quantitative Eisenbestimmung im Feldsalat 4. Metalle im Zentrum der Photosynthese Versuch 4: Chlorophyll als Ionenaustauscher 5. Beispiel eines toxischen Metalls: Blei Versuch 5: Hemmung der α-Amylase 6. Abschlussbetrachtung

3 Was ist Bioanorganische Chemie?

4 Periodensystem des Lebens
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Essentiell für alle Tiere und Pflanzen Essentiell für bestimmte Klassen von Tieren und Pflanzen Essentiell für eine Vielfalt von Spezies in einer Klasse Biochemische Bedeutung unklar

5 Eine Auswahl essentieller Spurenelement
Eisen: 4 – 5 g Zink: 0,04 – 0,08 g Kupfer: 2 – 4 g

6 Eisenverbindungen im menschlichen Körper
Fe-haltige Fraktion Erwachsener [mg / 70 kg] Hämoglobin/ Myoglobin 3000 Enzyme 430 Transport 10 Depot 800 Gesamt 4240

7 Funktion des Eisens im Hämoglobin
Versuch 1: Einfluss verschiedener Gase auf die Färbung des Hämoglobins Waschflasche 1: Blut + Kohlendioxid Waschflasche 2: Blut + Sauerstoff Waschflasche 3: Blut + Kohlenmonoxid

8 Die sauerstoffbindende Gruppe: das Häm
Fe2+

9 Das Hämoglobinmolekül

10 Bindung von Sauerstoff
Fe Fe

11 Kohlenmonoxid: ein toxisches Gas
Bindung am freien Häm-Komplex Bindungsaffinität des CO x stärker als die des O2

12 Bindungsaffinität des CO 200 x stärker als die des O2
Bindung am Hämoglobin Erzwungene Abknickung H-Brücken Bindungsaffinität des CO 200 x stärker als die des O2

13 Der Kohlendioxidtransport im Blut
CO2 Gewebe CO2 + H2O H2CO HCO3- + H+ langsam Plasma Carboanhydrase CO2 + H2O H2CO HCO3- + H+ schnell H H CO2 + Protein-N H+ + Protein-N H COO- Rotes Blutkörperchen

14 Auswertung: Versuch 1 Waschflasche 1: Kohlendioxid: Desoxyhämoglobin
Sauerstoff: Oxyhämoglobin Waschflasche 3: Kohlenmonoxid: Carboxyhämoglobin

15 Absorptionsspektrum menschlichen Hämoglobins
0,7 0,6 0,5 Oxyhämoglobin, Desoxyhämoglobin Carboxyhämoglobin 0,4 0,3 0,2 0,1 Wellenlänge [nm]

16 Funktion des Eisens in der Atmungskette
Einfache Knallgasreaktion: H ½ O ⇌ H2O Δ G = kJ/mol NADH/H ½ O2 ⇌ H2O NAD+ ADP + Pi ⇌ ATP

17 Die Elektronentransportkette
E° [V] NADH/H+ - 0,32 2 e- 2 H+ H2O 2 H+ Chinon Cytochrom b 2 e- 2 e- 1,13 Cytochrom c Cytochromoxidase 2 e- 2 e- ½ O ½ O2- + 0,81

18 Cytochrom e- Fe Fe3+ e-

19 Versuch 2: Ein Modell der Atmungskette (Baumannscher Versuch)
H2O 2 H+ 2 Cys-SH 2 Fe3+ O2- 2 e- 2 e- Cys-S-S-Cys 2 Fe2+ ½ O2

20 Der Fe(III)-Cystein-Komplex

21 Eisengehalte in Nahrungsmitteln [mg/100g]
Fisch: 1,0 – 3,0 Rohes Obst/ Gemüse: 0,5 – 4,0 Fleisch/ Wurst: 2,0 – 17,0 Weizenkeime: 9,4

22 Die Eisenspeicherkrankheit (Hämochromatose)
Erhöhung des Eisengehaltes im Körper auf bis zu 80 g Symptome: Ermüdungserscheinungen, Hautpigmente, Herzprobleme, Leberzirrhose bis hin zum Leberkrebs Therapie: regelmäßige Blutabnahme in Form eines Aderlasses

23 Versuch 3: Quantitative Bestimmung von Eisen Feldsalat

24 Reaktion 1: Reduktion von Fe3+
+II +III +II + 2 Fe3+(aq)+ 2 H2O(aq) + 2 Fe2+(aq)+ 2 H3O+(aq) +I +II (aq) (aq) Reaktion 2: Pufferwirkung CH3COO-(aq) H3O+(aq) CH3COOH(aq) H2O(aq) B S S B2

25 Reaktion 3: Komplexierung von Fe2+
+ Fe2+(aq) + 3 H2O(aq) 3 (aq) N/ N/ /N + 3 H3O+(aq) + 3 Cl-(aq) Fe2+ N/ /N (aq) /N

26 Metalle im Zentrum der Photosynthese
Licht Grundgleichung der Photosynthese Licht 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 H2O

27 Strukturformel des Chlorophylls

28 Versuch 4: Chlorophyll als Ionenaustauscher
Reaktionen: 1. Ionenaustausch Chlorophyll Chlorophyllin

29 2. Ausfällen der Cu2+-Ionen
2 Cu2+(aq)+ SO32-(aq)+ 3 H2O(aq) Cu+(aq) + SO42-(aq) + 2 H3O+(aq) Cu+(aq) + SCN-(aq) CuSCN(s)↓ (weiß) 3. Nachweis der Mg2+-Ionen mit Titangelb N N N Mg2+ N

30 Beispiel eines toxischen Metalls: Blei
Verwendung von Blei Beimischung im Benzin als Antiklopfmittel in Form von Pb(C2H5)4 und Pb(CH3)4 Bleirohre Rostschutzmittel (Pb3O4) Bleigefäße oder Bleiglasuren (PbSiO3); Bleizucker (Pb(CH3COO)2)

31 Bleifarben PbCrO4 Chromgelb PbCrO4 . PbO Chromrot Pb(OH)2 . 2 PbCO3 Bleiweiß Bleiakkumulatoren

32 Gesundheitliche Folgen einer Bleikontamination
Akute Bleivergiftungen... Symptome: Erbrechen, Darmcholiken, schwere Schädigung der Leber, der Niere und des ZNS Chronische Bleivergiftungen... Symptome im Anfangsstadium: Kopfschmerzen, Verstopfung, Müdigkeit, Übelkeit Gewichtsabnahme Symptome im fortgeschrittenen Stadium: Neusynthese von Blut wird gestört (Anämie), Sterilität, Fehlgeburten, geistiges Zurückbleiben in der Wachstumsphase

33 Versuch 5: Hemmung der α- Amylase durch Blei(II) -ionen
Stärke (Amylose) Zucker (Glucose) Polyiodidionen

34 Mögliche Reaktionen von Pb2+ mit der Aminosäure Cystein
OH + + + O + Pb2+ Pb + 2 H+ SH S S Pb + O

35 + Pb2+ Pb + + + 2 H+ S S

36 Paracelsus ( ): „Was ist das nit gifft ist? Alle ding sind gifft/ und nichts ohn gifft/ allein die dosis macht das ein ding kein gifft ist.“