Metalen
Definities
= elementen met een grote elektrische en thermische geleidbaarheid, hoog soortelijk
gewicht en een grote mechanische weerstand.
- Zware metalen = metalen met een dichtheid groter dan 5 g/cm^3
Metalloïden = semi-metalen; elementen tussen metalen en niet-metalen
Bio-elementen = geheel van anorganische en organische elementen die een bestanddeel zijn
van levende organismen
- Levende organismen bestaan vnl uit hoog % water en organische elementen
- Anorganische elementen komen in ppb range voor in de weefsels, tov het drooggewicht
Organische elementen (4): C, H, O, N
Anorganische elementen (9): Na, K, Mg, Ca, Fe, Zn, P, Cl, S
- Anorganische bio-elementen met een beperkt aandeel in de opbouw van een levend
organisme (3): Cu, Mn, Ni
Spore-element = een met de voeding ingenomen bio-element dat in een hoeveelheid minder
dan 50 mg/kg aanwezig is (referentie is Fe). Het is nodig voor bepaalde
stofwisselingsprocessen; optimaal functioneren van systemen en normale ontwikkeling
Eigenschappen
- Elektrochemisch karakter en de elektronenconfiguratie van elementen zijn een van de
belangrijkste eigenschappen om het gedrag van elementen af te leiden
- Elementen van groep 1a en 2a zijn heel elektropositief en als vrije kationen aanwezig in
biologisch midden
- Minder elektropositieve, lichtere, metalen hebben een kleine ionradius en hoge
lading/massa verhouding. Dit zijn goede eigenschappen voor penetratie en diffusie in de
weefsels
Toxiciteit
- Toxiciteit daalt indien stabiliteit van de elektronenconfiguratie daalt
- Toxiciteit stijgt met het elektropositief karakter en het atoomnummer
- Toxiciteit is het hoogst bij minder elektropositieve, lichtere, metalen.
Interacties
- Tussen elementen en biologische componenten; zeer divers; vnl chelaatvormers en
sulfydrylgroepen (=thiol; R-SH)
- metalen van groep 4 en hoger vormen sterke covalente bindingen en chelaten met
biologische liganden. De stabiliteit zal hierdoor stijgen. Een gelijklopende correlatie met
LD50-waarden van wateroplosbare metaalzouten die intraperitoneaal worden toegediend.
- De oplosbaarheid van elementen in water en lipiden zorgen voor een toenemende
biologische beschikbaarheid en toxiciteit.
,Groep 1 vs groep 2
Groep 1 Groep 2
Subgroepen 1a (H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) 2a (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)
1b (Cu, Ag, Au) 2b (Zn, Cd, Hg)
Valentie - Allen 1-waardig - Allen 2-waardig
1b: 2b:
- Cu is ook 2-waardig + - Hg is ook 1-waardig
Au 3-waardig
Eigenschappen 1a: polair, wateroplosbaar - Zouten zijn
- Na en K zijn essentiele wateroplosbaar, behalve in
macro-elementen groep 2a: sulfiden en
- Ionisatie in biologisch sulfaten van Sr en Ba
midden - Als ionen in weefsels
aanwezig
1b: - Fysiologisch actief
- Cu is essentieel in micro-
hoeveelheden en het best
wateroplosbaar
Toxiciteit 1a: /
- Toxiciteit stijgt bij stijgend
atoomgewicht
- Cesium (Cs) is het meest
toxisch
- Mechanisme: competitie
en verplaatsen van Na en K
in de normale biochemische
mechanismen van de cel
Kinetiek -> metabolisatie 1a: 2a:
- Geen binding met macro- - Vormen elektrovalente
moleculen verbindingen
- Grote affiniteit voor het
1b: beenderstelsel +
- De 3 elementen vormen accumulatie in
samen een coordinatief beenminerale matrix is
gebonden complex + mogelijk
affiniteit voor S- en N-
liganden
2b:
- Vormen coordinatieve
verbindingen
- Affiniteit is groter voor
thiol-liganden
- Accumulatie in zacht
weefsel is mogelijk
, Kinetiek -> excretie 2a:
- Urine
2b:
- Feces
Cadmium (Cd)
- Groep 2b; Niet essentieel element
- Geen Cd-ertsen; altijd aanwezig in Zn,Fe of Cu-erts. Cd hieruit winnen is een bijproces van
Zn of Cu-raffinage.
- Aanwezig als sporehoeveelheid in planten en zee- organismen (als enzymen en in kleine
algen/kiezelwier)
- Binden met bodembestanddelen (oa humusresten) in hoge mate, vooral in bovenste
bodemlagen -> opname door planten
- Intoxicatiemogelijkheden: lucht, water, voeding, meststoffen en sigaretten
VB Itai-itai ziekte in japan door eten van Cd-besmette rijst
Functies
- beschermlaag op staal, Fe of Cu.
- Vormt legeringen
- Onderdeel van batterijen
- Als rode en gele kleurstof
- Stabilisator in plastisch materiaal
Verboden toepassingen
- gebruik in metalen die in aanraking komen met voeding
- als kleurstof in plastisch materiaal
- als stabilisator in plastic
Kinetiek
- Absorptie: in het GI-stelsel heel weinig, via de huid niet, via de longen veel
- Distributie: dmv RBC. Cd bindt aan albumine in plasma, wordt opgenomen in hepatocyten
door de lever en bindt met metallothionine, waardoor ook de metallothionine synthese
gestimuleerd wordt. Cd wordt vrijgesteld in plasma, en wordt naar de nieren
getransporteerd.
- Metabolisatie: Cd komt via glomerulaire filtratie in tubulaire cellen; in de lysosomen wordt
het gemetaboliseerd tot vrij Cd, dat metallothionine synthese stimuleert. Bij > 200 mg/kg Cd
in de renale cortex wordt de nier beschadigt.
- Excretie: urine en feces; in urine ovv metallothioninen
- Zwangerschap: gaat niet door placenta; baby’s hebben een lage Cd-spiegel
Toxiciteit
- zeer uitgebreid; dmv binding aan S-groepen in eiwitten
- Acute Cd-intoxicatie: symptomen in GI stelsel
