Rola Ŝelaza w organizmach Ŝywych



Podobne dokumenty
Geometria wiązania hemu w oksymioglobinie

CHARAKTERYSTYKI SPEKTRALNE UTLENIONEJ I ZREDUKOWANEJ FORMY CYTOCHROMU C

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

Elektrofiltry dla małych kotłów na paliwa stałe. A. Krupa A. Jaworek, A. Sobczyk, A. Marchewicz, D. Kardaś

Nazwy pierwiastków: ...

CIAŁO I ZDROWIE WSZECHŚWIAT KOMÓREK

Dr inż. Marta Kamińska

Budowa atomu Poziom: rozszerzony Zadanie 1. (2 pkt.)

Reakcje utleniania i redukcji

Biologiczne mechanizmy zachowania - fizjologia. zajecia 5 :

Wybrane zagadnienia współczesnego biomagnetyzmu

1. Określ, w którą stronę przesunie się równowaga reakcji syntezy pary wodnej z pierwiastków przy zwiększeniu objętości zbiornika reakcyjnego:

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Zastosowanie spektrofotometrii (UV-VIS) do oznaczania Fe(III) i Fe(II) w wodzie

Równowaga kwasowo-zasadowa. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Fizyko-chemiczne badania. w zabytkach rękopiśmiennych

Równowaga kwasowo-zasadowa. Zakład Chemii Medycznej PUM

Tlen. Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Chemia - laboratorium

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

prawo czynników ograniczających Justus von Liebig

Chemia Grudzień Styczeń

METODY PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO POMIARU STOSUNKÓW IZOTOPOWYCH PIERWIASTKÓW LEKKICH. Spektrometry IRMS akceptują tylko próbki w postaci gazowej!

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA

Pracownia analizy ilościowej dla studentów II roku Chemii specjalność Chemia podstawowa i stosowana Dobór metody analitycznej

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Układ oddechowy. Wymiana gazowa = respiracja wymiana tlenu i dwutlenku węgla między środowiskiem zewnętrznym a organizmem.

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Budowa atomu, układ okresowy i promieniotwórczość

Reakcje chemiczne, związki kompleksowe

Pierwiastek, który się utlenia jest reduktorem, natomiast pierwiastek, który się redukuje jest utleniaczem.

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

Chemia nieorganiczna Semestr I (1 )

XXI Regionalny Konkurs Młody Chemik FINAŁ część I

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Chemia Wydział SiMR, kierunek IPEiH I rok I stopnia studiów, semestr I. Chemia nieorganiczna. Stopień utlenienia. Stopień utlenienia.

Homeostaza DR ROBERT MERONKA ZAKŁAD EKOLOGII INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII UNIWERSYTET WARSZAWSKI

Wykład. 1. Klasyfikacja chemiczna i geochemiczna pierwiastków chemicznych. b) Podziel wymienione niżej jony na twarde i miękkie kwasy i zasady:

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA

Wykład z Chemii Ogólnej

FOSFOR. w litosferze. apatyty: Ca 5 (PO 4 ) 3. fluoroapatyty hydroksyapatyty chloroapatyty

WODA I OGIEŃ. Prezentacja Mileny Oziemczuk

ŻELAZO PULA METABOLICZNA PULA MAGAZYNOWANA. PULA Labilna (TRANZYTOWA) HEMOGLOBINA(2.5g) MIOGLOBINA, ENZYMY, CYTOCHROMY (0.5g)

Oznaczanie żelaza i miedzi metodą miareczkowania spektrofotometrycznego

Opracowała: mgr Agata Wiśniewska PRZYKŁADOWE SPRAWDZIANY WIADOMOŚCI l UMIEJĘTNOŚCI Współczesny model budowy atomu (wersja A)

MEGAOLIMPIADA WIEDZY CHEMICZNEJ

Antyoksydanty pokarmowe a korzyści zdrowotne. dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. SGGW Katedra Żywienia Człowieka SGGW

Spektroskopia. mössbauerowska

GLOBALNE CYKLE BIOGEOCHEMICZNE obieg siarki

Ćwiczenie 12. Krew - środowisko wewnętrzne ustroju. Transport gazów oddechowych.

I. Substancje i ich przemiany

TIENS L-Karnityna Plus

SZACOWANIE STOPNIA ZANIECZYSZCZENIA GLEB NA PODSTAWIE POMIARÓW ICH PODATNOŚCI MAGNETYCZNEJ

Bezinwazyjne badania specjacji

MARATON WIEDZY CHEMIA CZ. II

Procesy biotransformacji

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

(+) ponad normę - odwodnienie organizmu lub nadmierne zagęszczenie krwi

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE STOPNIE SZKOLNE Z CHEMII klasa I

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

I II I II III II. I. Wartościowość pierwiastków chemicznych. oznacza się cyfrą rzymską. tlenek żelaza (III) C IV O II 2

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

Zn + S ZnS Utleniacz:... Reduktor:...

Na rysunku przedstawiono fragment układu okresowego pierwiastków.

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Cel główny: Uczeń posiada umiejętność czytania tekstów kultury ze zrozumieniem

analogicznie: P g, K g, N g i Mg g.

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA POZIOM ROZSZERZONY

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, Obliczenia na podstawie wzorów chemicznych

Klub Honorowych Dawców Krwi PCK

Maksymalne wydzielanie potu w czasie wysiłku fizycznego może osiągać 2-3 litrów na godzinę zastanów się jakie mogą być tego konsekwencje?

MEGAOLIMPIADA WIEDZY CHEMICZNEJ

1. Określ liczbę wiązań σ i π w cząsteczkach: wody, amoniaku i chloru

Temat 1: Budowa atomu zadania

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

pobrano z

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

WYKRYWANIE ZANIECZYSZCZEŃ WODY POWIERZA I GLEBY

Chmura pyłu nad wulkanem Eyjafjoll, Fot. Jon Gustafsson AP

Scenariusz lekcji chemii w klasie III gimnazjum. Temat lekcji: Białka skład pierwiastkowy, budowa, właściwości i reakcje charakterystyczne

Biowęgiel w remediacji zanieczyszczeń w środowisku gruntowo-wodnym

Konkurs Chemiczny dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych rok szkolny 2013/2014

W tej reakcji stopień utleniania żelaza wzrasta od 0 do III. Odwrotnie tlen zmniejszył stopień utlenienia z 0 na II.

Active Filter Media filtracyjne przyszłości

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Czy można zastosować ultradźwięki do niszczenia tkanki nowotworowej?


PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

Sem nr. 10. Elektrochemia układów równowagowych. Zastosowanie

XIV Konkurs Chemiczny dla uczniów gimnazjum województwa świętokrzyskiego. II Etap - 18 stycznia 2016

BADANIE WYNIKÓW NAUCZANIA Z CHEMII KLASA I GIMNAZJUM. PYTANIA ZAMKNIĘTE.

KONKURS CHEMICZNY ROK PRZED MATURĄ

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

Krew ZAKŁAD FIZJOLOGII ZWIERZĄT, INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII, UNIWERSYTET WARSZAWSKI

Transkrypt:

Rola Ŝelaza w organizmach Ŝywych Maria Bałanda Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego PAN

Rola żelaza w organizmach żywych Żelazo, najbardziej rozpowszechniony pierwiastek magnetyczny w skorupie ziemskiej, jest niezbędne do funkcjonowania organizmów żywych. W organizmie człowieka znajduje się około 3-4 g żelaza i zarówno jego niedobór, jak i nadmiar prowadzą do stanów chorobowych. Subtelny mechanizm wiązania i odłączania tlenu zachodzący w hemoglobinie związany jestzezmianąstanuspinowegożelazafe zmianą stanu spinowego 2+ wkompleksiehemu.żelazobierze udział w reakcjach, które są źródłem energii. Magazynowane jest w postaci zmineralizowanej, w cząstkach ferrytyny. Wiadomo, że w organizmach zwierząt biogeniczne żelazo w postaci nanocząstek Fe 3 O 4 (Fe 3 S 4 ) pomaga w orientowaniu się względem ziemskiego pola magnetycznego. Poruszanie się bakterii magnetotaktycznych jest w pełni poznane, natomiast mechanizm nawigacji ptaków nie jest jeszcze dokładnie wyjaśniony.

Tlen 65% Węgiel 18% Wodór 10% Azot 3% Ca 1.5% P 1%, K 0.35% Fe, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, Se. pierwiastki śladowe Fe 0.008%, ~ 4 g ( krew, mięśnie, szpik kostny, wątroba, śledziona) Organizm ludzki jest złoŝoną organizacją cząsteczek i makrocząsteczek, podlegającą nieprzerwanie wielorakim i skomplikowanym procesom chemicznym i fizycznym

Fe (3d 6 4s 2 ) potrzebny do transportu tlenu bierze udział w procesach i reakcjach, które są źródłem energii Fe(II) 3d 6 Fe(III) 3d 5 jon Ŝelazawy (ferrous) jon Ŝelazowy (ferric) Fe(II) OH Hem (Fe(II) + porfiryna)

śelazo w organizmie człowieka Ŝelazo aktywne metabolicznie hemoglobina ( erytrocyty) mioglobina ( mięśnie) Ŝelazo transportowe transferryna ( osocze) Ŝelazo zmagazynowane ferrytyna ( wątroba, śledziona) en.wikipedia.org Zdjęcie SEM krwi

Copyright 2004 Pearson Education, Inc., osocze (~ 55%) ok. 100 składników leukocycty i płytki (<1%) erytrocyty (~ 45%) Krew: ~ 8 % wagi ciała 5-6 l (męŝczyźni) 4-5 l (kobiety) ph 7.35 7.45 Erytrocyty ~2*8 µm Czas Ŝycia ~ 120 dni www.esa.int/images/bloodcell400.jpg

śelazo metabolicznie aktywne Hemoglobina C 2952 H 4664 N 812 O 832 S 8 Fe 4 m M 67 000 V 5 * 5.5 * 6.4 nm 3 2 łańcuchy α 2 łańcuchy β www2.chemie.uni-erlangen.de/

śelazo metabolicznie aktywne Mioglobina jedna grupa hemowa, łatwiej wiąŝe tlen niŝ Hb magazyn tlenu w mięśniach departments.oxy.edu/

Subtelny mechanizm wiązania, transportu i odłączania tlenu oparty na kompleksie Ŝelaza HO 2 C N N Fe NR HO 2 C N N O O Fe 2+ hem Fe(II) w centrum grupy hemowej Globina wiąŝe i odłącza O 2 Fe(III) niezdolne do wiązania tlenu

Stany spinowe Fe(II) LS i HS Low Spin High Spin e g e g t 2g t 2g S=0 S=2 Przerwa zaleŝna od ładunku jonu i otoczenia (rodzaju liganda)

Hemoglobina bez tlenu: Hb Hemoglobina utleniona: HbO 2 O 2 Fe(HS) Fe(LS) Globina T - tense Fe(II) 3d 6 High Spin S=2 r=0.92 Å krew paramagnetyczna Globina R - relaxed r 0.75 Å krew diamagnetyczna Fe(II) LS, O 2 stan wzbudzony Fe(III) LS s=1/2, O2 s=1/2

Płuco molekularne

Mechanizm kooperacyjny, małe zmiany (0.29 Å) wywołują duŝe ruchy Hb tense

HbO 2 relaxed

ZaleŜność wysycenia tlenem od ciśnienia dla hemoglobiny i mioglobiny 1 tkanki płuca Y, fractional saturation 0.8 0.6 0.4 0.2 Mb Hb 0 0 20 40 60 80 100 120 po 2, mm Hg

Efekt Bohra Oprócz O 2 hemoglobina moŝe wiązać: CO b. silnie, w miejscu tlenu SO, NO 2, H 2 S toksyny protony i CO 2 NO ZaleŜność wysycenia tlenem od ph (zawartości CO 2 ) niskie ph Fe(II) Fe(III) www2.chemie.uni-erlangen.de/ Transport NO przez Hb

śelazo transportowe - transferryna www.structure.kais.kyoto-u.ac.jp m M 80 000 Transport do szpiku kostnego ( 25 mg/24 h) WiąŜe silnie (lecz odwracalnie) 2 centra Fe(III) S=5/2 Wiązanie słabnie gdy ph maleje śelazo uwolnione z rozpadających się krwinek czerwonych jest wbudowywane do nowo powstających erytrocytów

śelazo zmagazynowane - ferrytyna nanokryształ [FeO(OH)] 8 [FeO(H 2 PO 4 )] www.ph.hunter.cuny.edu ~ 4500 jonów Fe(III) ghr.nlm.nih.gov/.../illustrations/ferritin.jpg m M 474 000 astro.ocis.temple.edu

Uwalnianie Ŝelaza z ferrytyny 3 fold hydrofilny 4 fold - hydrofobny www.chemistry.wustl.edu/ 1. redukcja Ŝelaza Fe(III) do Fe(II) przez DHF 2. Fe(II) opuszcza ferrytynę przez kanał 3 fold i zostaje włączone do kompleksu Fe(ferrozine) 3 4-

Rozkład Ŝelaza w organizmie Lokalizacja Białko Zawartość Pula Hemoglobiny Hemoglobina ~ 70% Fe zmagazynowane Ferrytyna ~ 25% Hemosyderyna Tkanki Mioglobina ~ 3% Peroxydaza Osocze Transferyna ~ 2% Ŝelazo rozpuszczone Magazynowanie Ŝelaza: wątroba, śledziona, szpik kostny 0-1000 mg ANEMIA HEMOCHROMATOZA

Magnetyt Fe 3 O 4 Fe 3+ relatively safe Fe 2+ potentially toxic

Fe (3d 6 4s 2 ) pierwiastek niezbędny do Ŝycia donor lub akceptor elektronów potrzebny do transportu tlenu moŝe być toksyczny, katalizuje powstawanie wolnych rodników tolerancja na zawartość Fe bardzo niewielka Ŝelazo podlega procesowi recyrkulacji - uwolnione z rozpadających się krwinek czerwonych jest wbudowywane do nowo powstających erytrocytów Organizm ludzki kontroluje absorpcję i recyrkulację Fe, lecz nie usuwanie

Bakterie magnetotaktyczne Magnetosomy - ziarna Fe 3 O 4, Fe 3 S 4, Fe 7 S 8 (35 100) nm jednodomenowe

Ruch wzdłuŝ linii pola magn. polar Ruch axial Mechanizm magnetorecepcji: pszczoły, pstrągi, łososie, ptaki.

Migracje ptaków mechanizm magnetorecepcji

Model magnetoreceptorów u ptaków oparty na superparamagnetycznych klastrach magnetytu Fe 3 O 4 10 µm A.F. Davila et al. Physics and Chemistry of Earth 28 (2003) 647.

Biogeniczne minerały Ŝelaza - metabolizm bakterii Amorficzne, quasikrystaliczne lub nanokrystality Fe 2 O 3 *9H 2 O, Fe 3 O 4, Fe 3 S 4, γ -FeOOH wody, morza, osady, gleby,. TEM γ -FeOOH TEM przetwarzanie ferryhydrytu na magnetyt Biomineralizacja tlenków Ŝelaza przez bakterie i wirusy D. Fortin, S. Langley, Eath-Science Reviews 72 (2005) 1.

Dziękuję Państwu za uwagę