Presentation 5 (1)

1.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ»
Институт химии и защиты в чрезвычайных ситуациях
Кафедра неорганической и технической химии
Направление подготовки (специальность):
04.03.02 Химия, физика и механика материалов
Направленность (профиль, специализация) образовательной программы:
Современные материалы для медицины и промышленности
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Неорганическая химия»
УЧАСТИЕ МАРГАНЦА В ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Научный руководитель:
к.х.н., доцент Ямансарова Э.Т.
Выполнил: студент 1 курса
Очной формы обучения группы
:ХФММ-102Б Хайруллин Т.С.

2. АКТУАЛЬНОСТЬ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Актуальность: Поиск путей снижения токсичности и
повышения биодоступности эссенциальных
микроэлементов с помощью металлополимерных матриц.
• Цель работы: Анализ литературных
данных по биологической роли марганца и механизмам его
комплексообразования с органическими лигандами.

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАРГАНЦА

• Электронная конфигурация • Высокий окислительноатома марганца определяет
восстановительный
широкий диапазон степеней
потенциал системы Mn+3/
окисления. В живых
Mn+2 составляет около 1.5
системах наиболее
В, что позволяет металлу
стабильны катионы
участвовать в экспрессмарганца со степенью
переносе электронов с
окисления +2, +3 и +4.
минимальной радикалиндуцированной
токсичностью.

4. Сравнение параметров ионов-дублеров

Ионный радиус (Å)
Энергия гидратации (кДж/моль)
Электроотрицательность
Mg2+
Mn2+
0.72
0.83
-1920/-1921
-1800/-1900
1,31
1,55

5. Ферментативный катализ

Классификация систем взаимодействия
марганца с белками:
• Интегральные металлоферменты
(прочносвязанный металл)
• Лабильные комплексы (марганецактивируемые системы)
Ключевые металлоферменты:
• Аргиназа — катализирует финальный этап
детоксикации азота в цикле мочевины. Содержит
биядерный марганцевый центр.
• Митохондриальная супероксиддисмутаза (Mn-SOD)
— главный фактор антиоксидантной защиты клетки
от свободных радикалов.
Лабильные системы:
• Глутаминсинтетаза (связывание аммиака в мозге),
• Фосфоенолпируват-карбоксикиназа (обеспечение
глюконеогенеза).

6. Биологическая роль у животных

• Регуляция остеогенеза:
Активация гликозилтрансфераз
при сборке молекул
хондроитинсульфата костной
матрицы.
• Метаболические функции:
Участие в синтезе холестерина,
инсулиноподобный и
липотропный эффекты.
Орган/ткань
Средняя
концентрация
(мг/кг сухого
вещества).
Биологическое
значение
10–15
Главное депо,
участие в
метаболизме
3–5
Структурная
роль, резерв
микроэлемента
Поджелудочная
железа
4–6
Участие в
секреции
инсулина
Почки
3–4
Регуляция
выделения
Головной мозг
0.4–1.0
Поддержание
функций ЦНС
Печень
Кости

7. Комплексообразование с пектинами

Комплексообразован
ие с пектинами
Химическая модификация
яблочного пектина:
Введение гидразидных групп
вместо метоксилированных
фрагментов для
направленного хелатирования.

8. Фталацианины марганца

• Макроциклические комплексы
фталацианинов марганца —
перспективные катализаторы
окислительновосстановительных систем.
• Ограничение применения:
Интенсивная самоассоциация
(агрегация молекул в стопки)
в водных растворах,
блокирующая активные
центры металла.
• Роль поливинилпирролидона
(ПВП): Создание стерического
защитного барьера вокруг
фталацианинового кольца.
• Результат стабилизации:
Подавление агрегации,
сохранение марганца в
активной мономерной форме
и стабилизация интенсивной
Q-полосы поглощения в
электронных спектрах в
области 670–700 нанометров.

9. Практическое применение

• Использование гидразидных пектинатов марганца в
направленной терапии сочетанных железодефицитных анемий.
• Механизм пространственной протекции в желудочно-кишечном
тракте:
• Устойчивость комплекса в кислой среде желудка (pH меньше 3).
• Защита ионов марганца от пассивации фитатами, танинами и
фосфатами компонентов корма и пищи в тонком кишечнике.
• Результат: Адресный транспорт микроэлемента
непосредственно к рецепторам всасывания энтероцитов,
стимуляция феррохелатазы и плавный запуск эритропоэза.

10. Гибридные материалы и кинетика высвобождения

Интерполимерные
полиэлектролитные гидрогели:
Смешивание катионного
хитозана и анионного
модифицированного пектина.
• Функция ионного перекрестного
связывания (cross-linking): Ионы марганца
связывают цепи двух полимеров
одновременно, формируя прочную
трехмерную сетку с высокой мукоадгезией.
• Математическое моделирование по
уравнению Хигучи: Количество
высвобожденного марганца прямо
пропорционально квадратному корню из
времени. Линейный характер зависимости
доказывает стабильный диффузионный
выход ионов в течение 24 часов.
• Биоцидный потенциал: Пленки на основе
систем фталацианин марганца — ПВП при
локальном облучении генерируют
активные формы кислорода,
уничтожающие бактерии золотистого
стафилококка.

11. Токсикология марганца

Высокая органная селективность:
Избыток марганца преодолевает
гематоэнцефалический барьер и
избирательно накапливается в
базальных ганглиях мозга.
Марганцевый паркинсонизм —
дегенерация экстрапирамидной
нервной системы при токсической
кумуляции элемента.
Экскреторные риски: Основной
путь выведения — с желчью через
кишечник. Патологии печени
вызывают задержку экскреции
марганца.
Умные металлополимерные системы
требуют строгого дозирования из-за
повышенной биодоступности.

12. Магнитно-резонансная томография головного мозга при хроническом отравлении марганцем

13. Заключение

• Марганец является фундаментальным компонентом живых
систем, обеспечивающим катализ ферментов, остеогенез и
обмен веществ. Гибридные металлополимерные
комплексы на его основе открывают новые горизонты для
создания средств терапии анемии и антисептических
материалов. Однако выраженная нейротоксичность и
кумулятивные свойства элемента требуют ювелирной
точности и строгого контроля при дозировании
разработанных систем.

14. Спасибо за внимание!