9709_048 (1109036), страница 2
Текст из файла (страница 2)
4).На рис. 5 схематически представлены важнейшие особенности строения клеточных мембран.Основу оболочки создает липидная мембрана, местами пронизанная ионофорными каналами. Простейшие молекулы липидов представляют собойдлинный алкильный радикал (алкановый “хвост”)ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹9, 1997MeHMeHOHO CH OH2HOMeEtOHHOOOONHHMeMeHOHMeMeCO2HOMeMeHМонензимNHMeCO2HONHMeA23187Рис. 4. Биологические лиганды для транспортировки Na + и К+и фосфатную группировку (“головка”) на конце.Катион металла Na+, K+, попав к стенке клетки, реализует обычно один из двух путей проникновения вклетку.
Во-первых, по ионофорной трубке, взаимодействуя с атомами кислорода полиэфирной стенки, катион, как по рельсам, может попасть внутрьклетки.танется инертным по отношению к органическиммолекулам, составляющим ее основу. Однако отэтого предположения приходится сразу отказаться,так как все основные типы биологических молекул,входящие в состав клетки (рис. 6), являются великолепными лигандами для ионов металлов.Если радиус катиона и его природа не позволяютему проникнуть в отверстие канала, существует другой способ попадания металла в клетку. Молекулыуглеводов, а также некоторые лекарственные препараты дают гидрофобные липорастворимые комплексы, которые просачиваются сквозь мембрануклетки. В настоящее время практически для всехметаллов Периодической системы известны такиепрочные гидрофобные липорастворимые комплексы.
В частности, например, так проникает внутрьклетки диметилртуть. Эта молекула неполярна,имеет гидрофобные метильные группы и благодаряэтому просачивается сквозь мембрану.По сути дела, для любого металла в клетке обнаруживаются соответствующие ему лиганды. Не будем даже пытаться рассмотреть образующиеся соединения, однако отметим, что в зависимости отприроды металла образуются комплексы существенно различной прочности (табл. 1).ÅàéãéÉàóÖëäàÖ åéãÖäìãõäÄä ùîîÖäíàÇçõÖ ãéÇìòäà (ãàÉÄçÑõÑãü ëÇüáõÇÄçàü) åÖíÄããéÇКакова же судьба металла в клетке? Можнопредположить, что ион металла, попав в клетку, ос-ИонофорныеканалыВ целом на введение чуждого металла или избыточного количества металла, участвующего в процессах метаболизма, в клетке откликается хотя быодин класс биологических молекул. При этом свойства связанных с металлом и несвязанных с металлом биологических молекул различаются стольсильно, что говорить о металлах, к которым живаяклетка оказалась бы безразличной, просто не приходится.
Различия в структуре и составе клеток,встречающихся в организме, приводят к тому, чтометаллы распределяются между тканями неравномерно. Для иллюстрации можно обратиться к табл. 2.NH NNH NNNN HNNNN HNNH NМолекулылипидовN HNРис. 5. Строение клеточных мембранãÖåÖçéÇëäàâ Ñ.Ä. ëéÖÑàçÖçàü åÖíÄããéÇ Ç ÜàÇéâ èêàêéÑÖРис. 6.
Биологические лиганды для ионов металлов51Таблица 1. Роль металлов в биологииМеталлВзаимодействиеметалл–лигандNa, KОчень слабоеMg, CaСреднееZn, NiСильноеПереход- Очень сильноеные металлыFe, CuОчень сильноеH2NФункции металлаОсмотический балансНейтрализация зарядовСтабилизация структур энзимов и их активация (К)Активация энзимовСтабилизация структур энзимовКислоты ЛьюисаСтабилизация структур (Zn)Катализаторы окислительно-восстановительных реакцийПереносчики кислородаМеталлОбщее содержание,мг/гКровь, мг/лПечень,мг/г обезвож. тканиМышцы,мг/г обезвож.
тканиТаблица 2. Распределение металлов в тканях человекаNaMgCaCrFeZn1,50,3150,036020–40196024612–54500,29300590100–3600,02–3,3250–14000,23–2,32600–8000900140–7000,024–0,0841800,33–2,4àáåÖçÖçàÖ ëÇéâëíÇ ÅàéãéÉàóÖëäàïåéãÖäìã èéÑ ÑÖâëíÇàÖå ëéÖÑàçÖçàâåÖíÄããéÇКаковы могут быть механизмы лечебного илиразрушительного внутриклеточного действия соединений металлов? Анализ обширных литературных данных показывает, что конкретная геометрическая конфигурация соединений металлов играетогромную роль.
Кратко рассмотрим лишь одинкласс металлокомплексных соединений – соединения платины и один класс биологических молекул –молекулы дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК)в их взаимодействии с соединениями металлов.Известны соединения платины, являющиесяэффективными противораковыми препаратами:OH3NH3NPtClH3NClH3NPtO CO CO52NH2PtOOOOВсе они относятся к плоскоквадратным цис-изомерам. Очень интересно, что аналогичные соединения с транс-конфигурацией терапевтическим действием не обладают:H3NClPtClNH3Этот пример ярко демонстрирует существованиежесткой геометрической комплементарности между структурой платинового препарата и структуройреагирующей с ним биологической молекулы.А теперь перейдем к молекулам ДНК. Рассмотрим единственный пример влияния комплексообразования металла внутри клетки, а именно влияния присутствия комплекса металла на процессрепликации ДНК.
На рис. 7 показаны два пути, покоторым металлические комплексы вмешиваются впроцесс репликации ДНК.На рис. 7, а представлен стандартный механизмрепликации. На рис. 7, б показано, что прочное ковалентное связывание металла одновременно с двумяветвями молекулы ДНК останавливает расплетаниедвойной спирали и делает репликацию невозможной. На рис. 7, в видно, что образование прочногокомплекса одной ветви спирали с металлом в видеобособленного аппендикса укорачивает молекулуДНК.
В результате два ранее удаленных друг от друга участка ДНК сильно сближаются в пространстве.Возможность репликации не исчезает, но происходит репликация новой ДНК с совершенно другойпоследовательностью нуклеотидов. Учитывая хорошо известную схему в передаче структурной информацииДНКРНК (рибонуклеиновая кислота)Белокчитателю становится очевидно, что влияние металла может привести к синтезу нового белка. Такимобразом, данный пример упрощенно представляетодин из механизмов влияния на молекулярномуровне металла на функционирование живого организма.áÄäãûóÖçàÖХотелось бы отметить, что в настоящее времяметаллы очень широко используются для созданияновых лекарственных препаратов и диагностических средств. Если обратиться к специальной литературе, то обнаруживается, что для этой целипредлагаются соединения практически всех элементов, представленных на рис.
1. Обычно из тестируемых в подобных исследованиях 10 000 соединенийëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹9, 1997Спираль ДНКГЦ ЦЦ АСпираль ДНКСпираль ДНКА ... ТТ ... АА...ТА ... ТТ ... АА...ТА ... ТТ ... АА...ТГ... ЦГ ...Ц..Т .АЦ...ГГ... ЦГ ...Ц..Т .АЦ...ГГ... ЦГ ...Ц..Т .АЦ...ГА...ТГ ...ЦЦ ... ГА...ТА...ТГ ...ЦЦ ... ГА...ТА...ТГ ...ЦЦ ...
ГА...ТГТ АЦ ТСтарая цепьГЦ... АА...ТТ ... АА...ТЦ ... ГНовая цепьГГТ ... АА...ТТ ... АА...Т...ЦГАЦ ЦЦ АГТ АЦ ГMГЦГГГЦ ЦЦ АГТ АГЦГГАТАТТАТГТ ... АА...ТТ ... АА...Т...ЦТААМ ГТА...ТА...ТА...ТЦ ГабвРис. 7. Механизм репликации ДНК и влияние на него металловположительный терапевтический эффект обнаруживается примерно у 6–8. Свойства же ядов проявляет принципиально большее число соединений.Учитывая, что стоимость биохимических тестовочень велика, ясно, что создание новых лекарствдоступно лишь богатым, индустриально и интеллектуально развитым странам.Следует также иметь в виду, что биохимическимтестам сейчас желательно подвергать вообще все новые соединения и полупродукты, которые впервыеначинают производиться промышленностью.
И этоделает задачу тестирования еще более трудной. Однако другого пути нет, так как человечество продолжает идти по пути технократического развития.êÖäéåÖçÑìÖåÄü ãàíÖêÄíìêÄ1. Sadler P.J. Inorganic Chemistry and Drug Desigh // Advances in Inorganic Chemistry / Ed. A.G. Syker. L.: Acad.Press, Inc. 1991. Vol. 36. P. 1–48.ãÖåÖçéÇëäàâ Ñ.Ä. ëéÖÑàçÖçàü åÖíÄããéÇ Ç ÜàÇéâ èêàêéÑÖ2. Hughes M.N. Coordination Compounds in Biology //Comprehensive Coordination Chemistry / Ed.
G. Wilkinson. N.Y.: Pergamon Press, 1987. Vol. 6. P. 515–765.3. Craid P.J. Environmental Aspects of OrganometallicChemistry // Comprehensive Organometallic Chemistry /Ed. G. Wilkinson. N.Y.: Pergamon Press, 1987. Vol. 2.P. 979–1020.4. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. 2-e изд. М.: Медицина, 1991.* * *Дмитрий Анатольевич Леменовский, докторхимических наук, профессор Московского государственного университета им. М.В.
Ломоносова.Работает в области металлоорганической химиипереходных металлов. Автор более 125 публикаций.53.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
