WYKŁAD 1: 2009

PLAN WYKŁADU, NOTATKI

PRZYKŁADOWE PYTANIA EGZAMINACYJNE

 

PLAN WYKŁADU:

  1. Biopierwiastki w układzie okresowym
  2. Makro-, mikro-elementy (pierwiastki śladowe)
  3. Podstawowa rola pierwiastków organizmie
  4. Stężenia fizjologiczne, niedobory, nadmiar – stężenia toksyczne
  5. Biopierwiastki jako leki
  6. Biopierwiastki w żywności
  7. Przemiany w glebach, kwaśne deszcze
  8. Oznaczanie biopierwiastków we włosach jako metoda oceny stanu mineralnego ustroju

 

NOTATKI

 

Rozwój nowoczesnych technik analitycznych przyczynił się do rozwoju nowej gałęzi biochemii – nauki o roli pierwiastków w fizjologii i patologii organizmów żywych. Każda substancja powinna być w odpowiednim zakresie stężeń. W przypadku niedoboru organizm nie może wzrastać ani realizować różnych cykli przemian. Roli jednego pierwiastka nie może spełniać inny nawet o podobnych właściwościach chemicznych. W przypadku nadmiaru następuje działanie toksyczne.

Na- jeden z najważniejszych pierwiastków płynu pozakomórkowego, zapewnia prawidłową czynność mięśni i nerwów, bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej, ciśnienia osmotycznego.

K- jeden z najważniejszych składników płynów wewnątrz i zewnątrzkomórkowych. Bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej, ciśnienia osmotycznego, w utrzymaniu równowagi organizmu, prawidłowego rytmu serca.

Niedobór wpływa ujemnie na czynność mięśni szkieletowych, powoduje zaburzenia w przewodzeniu i aktywności mięśnia sercowego.

Mg- jeden z najważniejszych składników płynów wewnątrz i zewnątrzkomórkowych. Aktywuje ponad 300 enzymów, wiążąc się z nukleotydami bierze udział w replikacji DNA, syntezie RNA, biosyntezie białek, budowie białek strukturowych, funkcyjnych, bierze udział w przemianach energetycznych wiążąc się z ATP, wpływa na względną przepuszczalność błony komórkowej wiążąc się z fosfolipidami, bierze udział w odbudowie potencjału membranowego w pobudzonych komórkach, utrzymuje pobudliwość neuromięśniową.

Ca- 99% znajduje się w układzie kostnym i zębach, 1% we krwi, płynach międzykomórkowych i wewnątrz komórek. Utrzymuje prawidłową czynność układu sercowo – naczyniowego wpływa na gospodarkę hormonalną, krzepnięcie krwi, utrzymanie właściwego napięcia i pobudliwości mięśni szkieletowych oraz mięśnia sercowego. Bierze udział w metabolizmie żelaza, uczestniczy w przekazywaniu impulsów w obrębie układu nerwowego.

Fe- porfirynowe związki żelaza (grupy hemowe) są istotnymi składnikami hemoglobiny spełniającymi rolę przenośników tlenu we krwi.

Co- składnik kobalamin, podstawowe funkcje w wytwarzaniu czerwonych krwinek, w metabolizmie kwasów nukleinowych i białek.

Ni- aktywator niektórych dehydrogenaz i karboksylaz.

Cu- składnik enzymów biorących udział w procesach utleniania – redukcji.

Cr- współdziała z insuliną w regulowaniu poziomu cukru we krwi.

Mn- aktywtor enzymów regulujących metabilizm glukozy i innych węglowodanów.

Zn- składnik 18enzymów, aktywator 14 enzymów, bierze udział w metabolizmie węglowodanów, konieczny do formowania się kości, w połączeniu z insuliną przedłuża jej działanie, stymuluje aktywność wit. A magazynowanej w wątrobie, przy niedoborze Zn dawkowanie wit. A nie uzupełnia jej braku.

Mo- składnik enzymów biorących udział w procesach wiązania azotu i reducji azotanów, składnik oksydaz.

Se- składnik peroksydazy glutationowej, chroni przed utlenianie lipidów błon komórkowych, współdziała z wit. E (tokoferolem), najwazniejszy naturalnym antyutleniaczem przerywającym reakcje łańcuchowe generujące wolne rodniki.

Szczególne zagrożenie dla organizmów stwarzają Cd, Pb i Hg.

Cd- długo zatrzymywany w tkankach (okres biologicznego półtrwania 10 – 30 lat), inhibitor fosfataz i innych enzymów, powoduje zaburzenia w mwtabolizmie białek, zakłóca przemianę wit. B1. Każda postać nowotworu może być spowodowana nadmiarem Cd w organizmie.

Pb- szczególna toksyczność pochodnych alkilowych, powoduje nadpobudliwość psychoruchową, agresję, obniżenie odporności, zwiększoną podatność na choroby nowotworowe, u dzieci - opóźniony rozwój umysłowy.

Hg- kumuluje się w glebach, roślinach, organizmach ludzkich i zwierzęcych, szczególna toksyczność pochodnych alkilowych, przedostaje się do komórek centralnego układu nerwowego. Hg uznano za jeden z czynników ryzyka białaczki.

 

Związki metali i metaloidów są lekami.

Zn- w leczeniu ran od 5 tys. Lat.

Mg- w schorzeniach jelitowyc

Fe- w leczeniu anemii

Li- w leczeniu depresji maniakalnej

Au- w leczeniu reumatycznego zapalenia stawów

As- w postasi salwasanu w leczeniu kiły

Metale szlachetne Pt, Ru – kompleksy w chemioterapii nowotworów (jako interkalatory)

 

Biopierwiastki we włosach.

Podstawowym składnikiem włosa jest białko keratyna o innym składzie aminokwasowym niż albuminy i globuliny we krwi, o innym powinowactwie do metali. Pierwiastki dostają się z krwi do żywej części włosa. Następuje wiązanie metali w postaci połączeń siarczkowych z grupą –SH cysteiny (bardzo trwałe połączenie), możliwe połączenia z udziałem grup =CO, =NH, wiązań wodorowych. Białko korzenia włosa jest czulszym wskaźnikiem niedożywienia, zaburzeń procesów metabolicznych niż albuminy lub transferyny w surowicy krwi. Próbka jest łatwo dostępna i trwała. Zawartość pierwiastków we włosach jest od 10 do 200 razy wyższa niż we krwi czy erytrocytach. Analiza może służyć do oceny stanu mineralnego organizmu, oceny żywienia, zatrucia metalami ciężkimi. Nie do końca poznane są mechanizmy wbudowywania pierwiastków w strukturę włosa, co utrudnia interpretację wyników.

 

PRZYKŁADOWE PYTANIA:

  1. Ile spośród znanych pierwiastków jest niezbędnymi składnikami organizmu człowieka
  1. ok. 10
  2. ok. 30
  3. ok. 50
  4. ok. 100

 

  1. Jaka jest podstawowa rola pierwiastków w organizmie
  1. działanie regulacyjne
  2. rola budulcowa
  3. reakcje enzymatyczne
  4. przeniesienie ładunku (elektronu, jonu)
  5. przeniesienie tlenu

 

  1. Wymień pierwiastki występujące w stężeniach dużych (budulcowe), makroelementy (ułamki mola/l lub/kg), mikroelementy (p. śladowe, poniżej 10-6 mol/l lub /kg)

 

  1. Za utrzymanie odpowiedniego ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych odpowiedzialny jest
  1. Na
  2. K
  3. Ca
  4. Mg

 

5. Dlaczego Cd, Pb i Hg są uważane za szczególnie toksyczne dla organizmu.

6. Wymień kilka pierwiastków stosowanych jako leki

7. W jakiej żywności można znaleźć szczególnie dużą zawartość Mg, Ca, Zn, Se, Na, K

8. Jak kwaśne deszcze wpływają na dostępność pierwiastków dla roślin

9.  Jak rozmieszczone są pierwiastki w organizmie:

a.      nierównomiernie w poszczególnych częściach roślin i organach zwierząt

b.      równomiernie w całym organizmie

c.      inaczej w płynach pozakomórkowych, inaczej komórce

d.      stężenie w płynach pozakomórkowych jest wprost proporcjonalne do stężenia wewnątrz komórki

 

 

Wykład 2: 2009

Dostępność biologiczna pierwiastków

 

Plan wykładu
•Budowa Ziemi i skład jej zewnętrznych stref

•Środowiska i procesy migracji pierwiastków w skorupie ziemskiej

•Biosfera

•Antroposfera, równowaga chemiczna środowiska i jej zagrożenia

 

Przykładowe pytania:

(w pytaniach testowych może być więcej niż 1 poprawna odpowiedź)

 

1. Promień Ziemi ma długość:

  1. Ok. 1000 km
  2. Ok. 3500km
  3. Ok. 6500km
  4. Ok. 10 000 km

 

2. Na jakie sfery jest podzielona Ziemia?

 

3. Skorupa ziemska ma grubość średnio:

  1. 5 km
  2. 17 km
  3. 100 km
  4. 1000 km

 

4. Jak można podzielić zasoby wód na Ziemi?

 

5. Morza i oceany zajmują na powierzchni Ziemi:

  1. 25%
  2. 50%
  3. 70%
  4. 95%

 

 5. Większość zasobów wód ziemskich skupiona jest w:

  1. Rzekach i jeziorach
  2. Lądolodach, lodowcach i śniegach
  3. Biomasie roślinnej
  4. Morzach i oceanach

 

6. W wodach morskich największe stężenie (ponad 10 g/l) osiągają  jony:

  1. Cl-
  2. HCO3-
  3. Mg2+
  4. Na+

 

7. W czystych wodach rzecznych największe stężenie (ponad 10 mg/l) osiągają jony:

  1. K+
  2. Ca2+
  3. SO42-
  4. HCO3-

 

8. Na jakie sfery możemy podzielić atmosferę ziemską?

 

9. Jakie gazy wchodzą w skład Troposfery?

 

10. Co znaczy sformułowanie „pierwiastki biofilne”?

 

11. Co znaczy sformułowanie „pierwiastki cykliczne”?

 

12. W zewnętrznej części skorupy ziemskiej średnio jest najwięcej wagowo:

  1. Pierwiastków alkalicznych
  2. Pierwiastków niemetalicznych
  3. Metali grupy żelaza
  4. Metali nieżelaznych

 

13. Co oznacza sformułowanie hipergeneza?

 

14. Jakie czynniki powodują wietrzenie skał?

 

15. Jakie czynniki powodują transport pierwiastków w skorupie ziemskiej i w atmosferze?

 

16. Jakie pierwiastki są głównymi składnikami materiału zwietrzelinowego podczas sedymentacji w rezystatch, hydrolizatach, oksydatach, precypitatach, ewaporatach, reduzatach, biolitach?

 

17. Co to jest diageneza?

 

18. Co to jest metamorfizm?

 

19. Jakie sfery Ziemi i jej atmosfery zajmuje biosfera?

 

20. Co to jest ekosystem?

 

21. Co to jest homeostaza?

 

22. Skład chemiczny materii żywej jest odbiciem składu:

  1. Litosfery
  2. Hydrosfery
  3. Średniej zawartości pierwiastków w litosferze, hydrosferze i dolnej warstwy atmosfery
  4. Żadnej z nich, ponieważ niektóre pierwiastki występujące w dużych ilościach w sferach ziemskich (np. Si, Al) w materii żywej występują w ilościach śladowych i odwrotnie (np. C)

 

23. Jak możesz opisać migrację pierwiastków chemicznych w biosferze?

 

24. Zawartość wody w ciele człowieka jest w % wagowych ok.:

  1. 25%
  2. 45%
  3. 65%
  4. 95%

 

 

25. Co to jest specjacja pierwiastków?

 

26. Jaki jest wpływ pH gleby na mobilność pierwiastków?

 

27. Najłatwiej przyswajalną dla roślin formą pierwiastków w glebie są:

  1. Kationy w fazie wodnej
  2. Kationy związane w kompleksy chelatowe (wielokleszczowe)
  3. Pierwiastki wytrącone na powierzchni cząstek glebowych
  4. Pierwiastki wbudowane w strukturę minerałów

 

28. Stopień bioakumulacji (gromadzenia, wzbogacania w porównaniu z glebą) Cd, Pb i Hg w roślinach zielonych (lub w grzybach) jest:

  1. Brak akumulacji
  2. Słaby stopień akumulacji
  3. Średni stopień akumulacji
  4. Intensywny stopień akumulacji

 

29. Jakimi drogami pierwiastki dostają się do organizmu człowieka?

 

30. Wyjaśnij pojęcie współdziałania pierwiastków w organiźmie: synergizm i anatgonizm.

 

31. Jaki jest wpływ działalności człowieka na obieg pierwiastków w środowisku?

 

32. Jakie czynniki wpływają na bioakumulację pierwiastków w organiźmie ludzkim?

 

33. Jakie tkanki i narządy akumulują pierwiastki Pb, Cd, Hg, Al, których stężenie toksyczne łatwo jest przekroczyć?

 

34. Co to jest bioindykacja?

 

35. Czy pierwiastki śladowe występują w zwiększonych ilościach w ściekach komunalnych (lub w popiołach węgli kamiennych) w porównaniu z ich średnią zawartością w skorupie ziemskiej?

 

36. Czy istnieją normy na dopuszczalne stężenia pierwiastków śladowych w wodzie pitnej?

 

 

Wykład 3: 2009

Dostępność pierwiastków i metabolizm

 

 

Plan wykładu
•Wchłanianie z przewodu pokarmowego

•Witaminy, hormony

•Płyny fizjologiczne

•Specjacja pierwiastków w płynach fizjologicznych

 

 

Przykładowe pytania:

(w pytaniach testowych może być więcej niż 1 poprawna odpowiedź)

 

1. Co możesz powiedzieć o wchłanianiu pierwiastków z przewodu pokarmowego?

 

2. Jakie funkcje spełniają witaminy w organizmie?

 

3. Czy istnieją normy na dzienne zapotrzebowanie na witaminy i pierwiastki?

 

4. Czy istnieją witaminy, które organizm może sam wytworzyć?

 

5. Funkcje antyoksydanta spełniają witaminy:

  1. A
  2. E
  3. C
  4. B

 

5. Które witaminy są koenzymami i jakich enzymów?

 

6. Najwyższe stężenie we krwi osiąga kation:

  1. Na+
  2. K+
  3. Mg2+
  4. Ca2+

 

7. Najwyższe stężenie wewnątrz erytrocytu (komórki) osiąga kation:

a.        Na+

b.        K+

c.        Mg2+

d.        Ca2+

 

8. Jaką rolę odgrywa w organizmie jon magnezu związany z nukleotydami, z ATP, z fosfolipidami?

 

9. Jakie hormony zapewniają homestazę magnezu we krwi?

 

10. Jaki hormon zapoczątkował badania nad tą grupą związków?

  1. Adrenalina
  2. Parathormon
  3. Kalcytonina
  4. Insulina

 

11. Jaką rolę spełniają ogólnie hormony w organizmie?

 

12. Jaką rolę spełniają mineralokortykoidy?

 

13. Jaką budowę chemiczną mogą mieć hormony?

  1. Są to fosfolipidy
  2. Różnorodną, małe cząsteczki (adrenalina), polipeptydy (insulina), pierścienie wodorowęglowe skondensowane (sterydy)
  3. Są to sacharydy z długimi łańcuchami wodorowęglowymi

 

14. Podczas ostrego ataku serca wzrasta przepuszczalność błony komórkowej, powoduje to:

  1. Zmniejszanie stężenia jonów Mg2+  w komórce mięśnia sercowego
  2. Zmniejszanie stężenia jonów Ca2+ w komórce mięśnia sercowego
  3. Zmniejszanie stężenia jonów Na+ w komórce mięśnia sercowego
  4.  Zmniejszanie stężenia jonów K+ w komórce mięśnia sercowego

 

15. Czy różne rodzaje białek wiążą jony metali w tym samym stopniu?

 

16. Jaką chorobę powoduje zmiana jednego nukleotydu (mutacja) w genie kodującym b- globinę hemoglobiny?

 

Wykład 4: 2009

Pierwiastki w komórce

 

Plan wykładu:

 

Przykładowe pytania:

(w pytaniach testowych może być więcej niż 1 poprawna odpowiedź)

 

1. Wymień organelle występujące w komórce zawierającej jądro i określ jakie funkcje spełniają.

 

2. Po wprowadzeniu znacznika fluorescencyjnego do komórki możemy obserwować emisję promieniowania elektromagnetycznego. Znacznik ten jest związkiem, który:

  1. Kompleksuje jon, który chcemy obserwować
  2. Ulega rozkładowi w komórce
  3. Pod wpływem naświetlania odpowiednim promieniowaniem ulega wzbudzeniu
  4. Nie oddziałuje z interesującym nas (obserwowanym) jonem

 

3. Za pomocą fluorymetrii możemy obserwować w komórce stężenia jonów:

  1. K+, Na+ Ca2+
  2. NO3-
  3. H+, Cl-, Mg2+
  4. SO42-

 

4. Czy pod wpływem bodźców zewnętrznych stężenie jonów wewnątrz komórki może ulegać zmianie?

 

5. W jaki sposób pierwiastki promieniotwórcze mogą działać toksycznie na organizm?

 

6. Wymień kilka przykładów zastosowania pierwiastków promieniotwórczych w diagnostyce i terapii.