Bedeutung der Übergangsmetalle in der Biologie (Alexander

Bedeutung der Übergangsmetalle in
der Biologie
Von Martin Lüders und Alexander Kröcker
Inhalt
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Was sind Übergangsmetalle?
Biologisch relevante
Übergangsmetalle
Mangelerscheinungen
Überdosis
Quellenangaben
Was sind Übergangsmetalle?
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Elemente der Nebengruppen des PSE
Metalle: - hohe Schmelzpunkte, Siedepunkte
und Verdampfungswärme
- überwiegend gute elektr. Leiter
Vielfache Anwendung aufgrund ihrer
unterschiedlichen Ansprüche bezüglich ihrer
mechanischen, physikalischen und chemischen
Eigenschaften (z.B. als Pigmente)
Schrittweise Besetzung von d-, bzw. f- Orbitalen
der jeweiligen Unterschale in einer Periode von
Element zu Element
Biologisch relevante
Übergangsmetalle
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Vanadium
Chrom
Molybdän
Wolfram
Eisen
Mangan
Kobalt
Nickel
Kupfer
Zink
Vanadium
Essentiell für Menschen, Tiere und
Pflanzen
-Beim Mensch: vorhanden in
Zellkernen und Mitochondrien
-Anreicherung von V durch
Seescheiden im Meer bis zur
millionenfachen Konzentration
-Akkumulierung von V durch
Fliegenpilze
-In anionischer Form: Inhibierung und
Stimulierung von Enzymen
-In kationischer Form: Wechselwirkung
mit Proteinen
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Chrom
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Essentiell für den Menschen und
andere Säugetiere
Bedeutend, zusammen mit Insulin
und Glukagon, für den Glucoseabbau
im Blut
Giftig nur Chrom (VI)- Verbindungen
Molybdän
Für Menschen und Tiere
essentiell
-Molybdänverbindungen
als
Atmungskatalysatoren
-Begünstigt
Fluorideinlagerung im
Zahnschmelz
-Bestandteil der Enzyme
Nitrogenase und
Nitratreduktase,
beteiligt an der
Stickstofffixierung
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Wolfram
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Für Menschen und Tiere nicht
essentiell (vermutlich)
Toxisch
„Antagonist des Molybdäns“, bewirkt
Aktivitätsverlust der
molybdänhaltigen
Atmungskatalysatoren
Eisen
Essentiell für alle Organismen
-Herauslösen des Eisens aus der Nahrung
durch Magensäure
-Teilweise Resorption durch den Darm
-Als Transferrin Transport ins Blut und
anschließend Aufbau von:
- Hämoglobin (Knochenmark;
75%, Sauerstofftransport)
- Ferritin (Leber; 16%,
Energiespeicherung)
- Myoblobin (Muskeln; 3%,
Sauerstoffspeicherung)
- Cytochrom (Muskeln; 0,1%,
Elektronen- und
Energieübertragung)
- Catalase (0,1%) und andere
eisenhaltige Enzyme
→ wichtig für Atmungs- und
Sauerstofftransportvorgänge
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Eisen
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In Pflanzen: Beeinflussung von
eisenhaltigen Enzymen bei der
Photosynthese und
Chlorophyllbildung
Bei der Stickstofffixierung wichtig für
Nitrogenase (Enzym → Reduktion von
Luftstickstoff zu Ammoniak)
Mangan
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Essentiell für den menschlichen Körper & die
Photosynthese
- Aufbau von Knorpel und Knochengewebe
- Blutgerinnung (Prothrombin)
Kein geklärter Mechanismus bei PS II
-Oxidationsstufen
zwischen +II und +IV
-Mn als
Ladungsakkumulator
- Keine Erzeugung
von toxischen
Zwischenstufen
- Frei werdende
Elektronen benötigt
für PS I
Kobalt
Essentiell für den
menschlichen
Körper
-Bestandteil des
Vitamins B12
-Beteiligung an
der Bildung roter
Blutkörperchen
Nickel
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Vermutlich essentiell für den
menschlichen Körper
- Bildung von Hormonen (Urease)
- Aufbau von Nukleinsäure im
Zellkern
Kupfer
Essentiell für den
menschlichen Körper
-Beteiligung an der
Bildung von roten
Blutkörperchen
-Pigmentstoffwechsel
- an der Funktion des
Zentralen Nervensystems
beteiligt
Zink
Lebenswichtiges Spurenelement
- Synthese von DNS und RNS
- Neurotransporter
- Beeinflusst die Sinnesorgane
- Zentralatom im Insulin
-Mangel führt zu
Stoffwechselstörungen und
Diabetes
- Stoffwechselbeteiligung von Vitamin A
- Synthese von Retinol-bindendes
Protein in der Leber
Zink
-Transport erfolgt über Blutplasma als
Zink-Alumin-Komplex
-Der menschliche Körper enthält ca.
2g Zn
-Zinkspiegel sinkt nach jedem
Entzündungsprozess
Mangelerscheinungen
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Blutarmut
Unausgeglichener Hormonhaushalt
Zuckerunverträglichkeit
Wachstumsstörungen
Müdigkeit
Starker Harndrang
Überdosis
Schädigung des Zentralen Nervensystems
- Allergien
- Herz-Muskel-Schäden
- Graue Hautfärbung
- Verdauungsstörungen
- Bildung von Krebszellen
- Gichtähnliche Symptome
→ Hierbei gilt allerdings, dass die Dosis den Effekt
macht
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Quellen
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Holleman, Wiberg: Lehrbuch der
Anorganischen Chemie, 102. Auflage
www.onmeda.de
www.novafell.de
Mortimer, Müller: Chemie, 9. Auflage
www.uni-heidelberg.de
www.wissenschaft.de