Bedeutung der Übergangsmetalle in der Biologie(Kröcker-Lüders) · Was sind...

Bedeutung der Bedeutung der ÜÜbergangsmetalle in bergangsmetalle in der Biologieder Biologie

Von Martin LVon Martin Lüüders und Alexander Krders und Alexander Krööckercker

InhaltInhalt

-- Was sind Was sind ÜÜbergangsmetalle?bergangsmetalle?-- Biologisch relevante Biologisch relevante

ÜÜbergangsmetallebergangsmetalle-- MangelerscheinungenMangelerscheinungen-- ÜÜberdosisberdosis-- QuellenangabenQuellenangaben

Was sind Was sind ÜÜbergangsmetalle?bergangsmetalle?-- Elemente der Nebengruppen des PSEElemente der Nebengruppen des PSE-- Metalle:Metalle: -- hohe Schmelzpunkte, Siedepunkte hohe Schmelzpunkte, Siedepunkte

und Verdampfungswund Verdampfungswäärmerme-- üüberwiegend gute berwiegend gute elektrelektr. Leiter. Leiter

-- Vielfache Anwendung aufgrund ihrer Vielfache Anwendung aufgrund ihrer unterschiedlichen Ansprunterschiedlichen Ansprüüche bezche bezüüglich ihrer glich ihrer mechanischen, physikalischen und chemischen mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften (z.B. als Pigmente)Eigenschaften (z.B. als Pigmente)

-- Schrittweise Besetzung von dSchrittweise Besetzung von d--, bzw. f, bzw. f-- Orbitalen Orbitalen der jeweiligen Unterschale in einer Periode von der jeweiligen Unterschale in einer Periode von Element zu ElementElement zu Element

Biologisch relevante Biologisch relevante ÜÜbergangsmetallebergangsmetalle

-- Vanadium Vanadium -- ChromChrom-- MolybdMolybdäänn-- Wolfram Wolfram -- Eisen Eisen -- ManganMangan-- Kobalt Kobalt -- Nickel Nickel -- Kupfer Kupfer -- ZinkZink

VanadiumVanadium--Essentiell fEssentiell füür Menschen, Tiere und r Menschen, Tiere und PflanzenPflanzen--Beim Mensch: vorhanden in Beim Mensch: vorhanden in Zellkernen und Mitochondrien Zellkernen und Mitochondrien --Anreicherung von V durch Anreicherung von V durch Seescheiden im Meer bis zur Seescheiden im Meer bis zur millionenfachen Konzentrationmillionenfachen Konzentration--Akkumulierung von V durch Akkumulierung von V durch FliegenpilzeFliegenpilze--In In anionischeranionischer Form: Inhibierung und Form: Inhibierung und Stimulierung von EnzymenStimulierung von Enzymen--In In kationischerkationischer Form: Wechselwirkung Form: Wechselwirkung mit Proteinen mit Proteinen

ChromChrom

-- Essentiell fEssentiell füür den Menschen und r den Menschen und andere Sandere Sääugetiereugetiere

-- Bedeutend, zusammen mit Insulin Bedeutend, zusammen mit Insulin und Glukagon, fund Glukagon, füür den Glucoseabbau r den Glucoseabbau im Blutim Blut

-- Giftig nur Chrom (VI)Giftig nur Chrom (VI)-- VerbindungenVerbindungen

MolybdMolybdäänn--FFüür Menschen und Tiere r Menschen und Tiere essentiellessentiell--MolybdMolybdäänverbindungen nverbindungen als als AtmungskatalysatorenAtmungskatalysatoren--BegBegüünstigt nstigt Fluorideinlagerung im Fluorideinlagerung im ZahnschmelzZahnschmelz--Bestandteil der Enzyme Bestandteil der Enzyme NitrogenaseNitrogenase und und NitratreduktaseNitratreduktase, , beteiligt an der beteiligt an der StickstofffixierungStickstofffixierung

WolframWolfram

-- FFüür Menschen und Tiere nicht r Menschen und Tiere nicht essentiell (vermutlich)essentiell (vermutlich)

-- ToxischToxisch-- „„Antagonist des MolybdAntagonist des Molybdäänsns““, bewirkt , bewirkt

AktivitAktivitäätsverlust der tsverlust der molybdmolybdäänhaltigen nhaltigen AtmungskatalysatorenAtmungskatalysatoren

EisenEisen--Essentiell fEssentiell füür alle Organismenr alle Organismen--HerauslHerauslöösen des Eisens aus der Nahrung sen des Eisens aus der Nahrung durch Magensdurch Magensääureure--Teilweise Resorption durch den DarmTeilweise Resorption durch den Darm--Als Als TransferrinTransferrin Transport ins Blut und Transport ins Blut und anschlieanschließßend Aufbau von:end Aufbau von:

-- HHäämoglobin (Knochenmark; moglobin (Knochenmark; 75%, Sauerstofftransport)75%, Sauerstofftransport)-- FerritinFerritin (Leber; 16%, (Leber; 16%, Energiespeicherung)Energiespeicherung)-- MyoblobinMyoblobin (Muskeln; 3%, (Muskeln; 3%, Sauerstoffspeicherung)Sauerstoffspeicherung)-- CytochromCytochrom (Muskeln; 0,1%, (Muskeln; 0,1%, ElektronenElektronen-- und und EnergieEnergieüübertragung)bertragung)-- CatalaseCatalase (0,1%) und andere (0,1%) und andere eisenhaltige Enzymeeisenhaltige Enzyme→→ wichtig fwichtig füür Atmungsr Atmungs-- und und SauerstofftransportvorgSauerstofftransportvorgäängenge

EisenEisen

-- In Pflanzen: Beeinflussung von In Pflanzen: Beeinflussung von eisenhaltigen Enzymen bei der eisenhaltigen Enzymen bei der Photosynthese und Photosynthese und ChlorophyllbildungChlorophyllbildung

-- Bei der Stickstofffixierung wichtig fBei der Stickstofffixierung wichtig füür r NitrogenaseNitrogenase (Enzym (Enzym →→ Reduktion von Reduktion von Luftstickstoff zu Ammoniak)Luftstickstoff zu Ammoniak)

ManganMangan-- Essentiell fEssentiell füür den menschlichen Kr den menschlichen Köörper & die rper & die

PhotosynthesePhotosynthese-- Aufbau von Knorpel und KnochengewebeAufbau von Knorpel und Knochengewebe-- Blutgerinnung (Prothrombin)Blutgerinnung (Prothrombin)

-- Kein geklKein gekläärter Mechanismus bei PS IIrter Mechanismus bei PS II

--Oxidationsstufen Oxidationsstufen zwischen +II und +IVzwischen +II und +IV

--Mn als Mn als Ladungsakkumulator Ladungsakkumulator

-- Keine Erzeugung Keine Erzeugung von toxischen von toxischen ZwischenstufenZwischenstufen

-- Frei werdende Frei werdende Elektronen benElektronen benöötigt tigt ffüür PS Ir PS I

KobaltKobalt

Essentiell fEssentiell füür den r den menschlichen menschlichen KKöörperrper

--Bestandteil des Bestandteil des Vitamins B12Vitamins B12

--Beteiligung an Beteiligung an der Bildung roter der Bildung roter BlutkBlutköörperchenrperchen

NickelNickel

-- Vermutlich essentiell fVermutlich essentiell füür den r den menschlichen Kmenschlichen Köörperrper

-- Bildung von Hormonen (Urease)Bildung von Hormonen (Urease)

-- Aufbau von NukleinsAufbau von Nukleinsääure im ure im ZellkernZellkern

KupferKupferEssentiell fEssentiell füür den r den menschlichen Kmenschlichen Köörper rper

--Beteiligung an der Beteiligung an der Bildung von roten Bildung von roten BlutkBlutköörperchenrperchen

--PigmentstoffwechselPigmentstoffwechsel

-- an der Funktion des an der Funktion des Zentralen Nervensystems Zentralen Nervensystems beteiligtbeteiligt

ZinkZinkLebenswichtiges SpurenelementLebenswichtiges Spurenelement

-- Synthese von DNS und RNSSynthese von DNS und RNS

-- NeurotransporterNeurotransporter-- Beeinflusst die SinnesorganeBeeinflusst die Sinnesorgane

-- Zentralatom im InsulinZentralatom im Insulin--Mangel fMangel füührt zu hrt zu StoffwechselstStoffwechselstöörungen und rungen und Diabetes Diabetes

-- Stoffwechselbeteiligung von Vitamin AStoffwechselbeteiligung von Vitamin A

-- Synthese von Synthese von RetinolRetinol--bindendesbindendesProtein in der LeberProtein in der Leber

ZinkZink

--Transport erfolgt Transport erfolgt üüber Blutplasma als ber Blutplasma als ZinkZink--AluminAlumin--KomplexKomplex

--Der menschliche KDer menschliche Köörper enthrper enthäält ca. lt ca. 2g Zn2g Zn

--Zinkspiegel sinkt nach jedem Zinkspiegel sinkt nach jedem EntzEntzüündungsprozessndungsprozess

MangelerscheinungenMangelerscheinungen

-- BlutarmutBlutarmut-- Unausgeglichener HormonhaushaltUnausgeglichener Hormonhaushalt-- ZuckerunvertrZuckerunverträäglichkeitglichkeit-- WachstumsstWachstumsstöörungenrungen-- MMüüdigkeit digkeit -- Starker HarndrangStarker Harndrang

ÜÜberdosisberdosis-- SchSchäädigung des Zentralen Nervensystemsdigung des Zentralen Nervensystems-- AllergienAllergien-- HerzHerz--MuskelMuskel--SchSchäädenden-- Graue HautfGraue Hautfäärbungrbung-- VerdauungsstVerdauungsstöörungenrungen-- Bildung von KrebszellenBildung von Krebszellen-- GichtGichtäähnliche Symptomehnliche Symptome→→ Hierbei gilt allerdings, dass die Dosis den Effekt Hierbei gilt allerdings, dass die Dosis den Effekt

machtmacht

QuellenQuellen

-- Holleman, Wiberg: Lehrbuch der Holleman, Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. AuflageAnorganischen Chemie, 102. Auflage

-- www.onmeda.dewww.onmeda.de-- www.novafell.dewww.novafell.de-- Mortimer, MMortimer, Müüller: Chemie, 9. Auflageller: Chemie, 9. Auflage-- www.uniwww.uni--heidelberg.deheidelberg.de-- www.wissenschaft.dewww.wissenschaft.de