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Metalle in Lebewesen -Ein Einblick in die Bioanorganische Chemie-

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

1 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 HHe LiBeBCNOFNe NaMgAlSiPSClAr KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn FrRaAc 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 Enzyme430 Transport10 Depot800 Gesamt4240

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

8 Die sauerstoffbindende Gruppe: das Häm Fe 2+

9 Das Hämoglobinmolekül

10 Bindung von Sauerstoff Fe

11 Kohlenmonoxid: ein toxisches Gas Bindung am freien Häm-Komplex Bindungsaffinität des CO x stärker als die des O 2

12 Bindung am Hämoglobin Bindungsaffinität des CO 200 x stärker als die des O 2 H-Brücken Erzwungene Abknickung

13 Der Kohlendioxidtransport im Blut Gewebe CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + CO 2 + Protein-N H + + Protein-N CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + CO 2 Plasma Rotes Blutkörperchen Carboanhydrase langsam schnell H HCOO - H

14 Auswertung: Versuch 1 Waschflasche 1: Kohlendioxid:Desoxyhämoglobin Waschflasche 2: Sauerstoff:Oxyhämoglobin Waschflasche 3: Kohlenmonoxid:Carboxyhämoglobin

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

16 Funktion des Eisens in der Atmungskette Einfache Knallgasreaktion: H 2 + ½ O 2 ⇌ H 2 O Δ G = kJ/mol NADH/H + + ½ O 2 ⇌ H 2 O + NAD + ADP + P i ⇌ ATP

17 NADH/H + Chinon Cytochrom b Cytochrom c Cytochromoxidase ½ O 2 ½ O 2- 2 e - 2 H + H2OH2O E° [V] + 0,81 - 0,32 1,13 Die Elektronentransportkette 2 H +

18 Cytochrom Fe 2+ Fe 3+ e-e- e-e-

19 Versuch 2:Ein Modell der Atmungskette (Baumannscher Versuch) 2 e - 2 Cys-SH Cys-S-S-Cys 2 Fe 3+ 2 Fe 2+ 2 e - ½ O 2 O 2- H2OH2O 2 H +

20 Der Fe(III)-Cystein- Komplex

21 Eisengehalte in Nahrungsmitteln [mg/100g] Fisch: 1,0 – 3,0 Fleisch/ Wurst: 2,0 – 17,0 Rohes Obst/ Gemüse: 0,5 – 4,0 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 + 2 Fe 3+ (aq) + 2 H 2 O (aq) + 2 Fe 2+ (aq) + 2 H 3 O + (aq) Reaktion 2: Pufferwirkung CH 3 COO - (aq) + H 3 O + (aq) CH 3 COOH (aq) + H 2 O (aq) +III+II (aq) Reaktion 1: Reduktion von Fe 3+ +II +I B1 S2 S1 B2

25 Reaktion 3: Komplexierung von Fe 2+ + Fe 2+ (aq) + 3 H 2 O (aq) + 3 H 3 O + (aq) + 3 Cl - (aq) 3 (aq) Fe 2+ /N N/ /N

26 Metalle im Zentrum der Photosynthese Grundgleichung der Photosynthese Licht 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 H2OH2O Licht

27 Strukturformel des Chlorophylls

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

29 2 Cu 2+ (aq) + SO 3 2- (aq) + 3 H 2 O (aq) 2 Cu + (aq) + SO 4 2- (aq) + 2 H 3 O + (aq ) Cu + (aq) + SCN - (aq) CuSCN (s) ↓ (weiß ) 2. Ausfällen der Cu 2+ -Ionen 3. Nachweis der Mg 2+ -Ionen mit Titangelb Mg 2+ N NN N

30 Verwendung von Blei Beimischung im Benzin als Antiklopfmittel in Form von Pb(C 2 H 5 ) 4 und Pb(CH 3 ) 4 Bleirohre Rostschutzmittel (Pb 3 O 4 ) Bleigefäße oder Bleiglasuren (PbSiO 3 ); Bleizucker (Pb(CH 3 COO) 2 ) Beispiel eines toxischen Metalls: Blei

31 Bleifarben PbCrO 4 Chromgelb PbCrO 4. PbO Chromrot Pb(OH) 2. 2 PbCO 3 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 Stärke (Amylose) α-Amylase Zucker (Glucose) Versuch 5: Hemmung der α- Amylase durch Blei(II) -ionen Polyiodidionen

34 Mögliche Reaktionen von Pb 2+ mit der Aminosäure Cystein + SHSH + OHOH + Pb 2+ + O S Pb O S H +

35 ++ Pb SS + Pb H +

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.“


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