Н.А. Добрынина - Бионеорганическая химия (1109648), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Мо-содержащие ферменты обычно катализируют окисление и восстановление небольших молекул: окисление SO32-, AsO2-, ксантина, альдегидов, СO,- или восстановление NO3-, ДМСО и др. Недостаток этих ферментов, что обычно имеет генетическую причину, вызывает серьёзные патологии. Координационный узел Мо-содержащего фермента обычно формируется из тиолатных лигандов (например, птерина), остатков цистеина и дополняется лигандами с донорнымиатомами кислорода: молекулами воды, группами ОН- и О2-.6. Биологическая роль некоторых металлов, не относящихся к биометаллам.Кроме известных неметаллов-органогенов и 10 биометаллов, физиологическоедействие которых наиболее изучено и доказано, имеется много сведений в медицинской, биохимической и экологической литературе о фактах влияния на жизнедеятельность организмов практически всех элементов Периодической системыД.И.Менделеева.
В большинстве своем эти элементы относятся к металлам.6.1. Токсическое действие металловИзвестны многочисленные попытки классифицировать химические элементыпо степени взаимодействия с живыми организмами на основе сочетаний таких параметров, как распространенность, доступность, усвояемость, токсичность. Важную рольиграет форма нахождения элемента в организме и способность его накапливаться в томили ином органе или ткани. Рассматривая токсическое воздействие окружающей среды, часто употребляют термин «токсичные элементы» или «токсичные соединения».Однако токсичное действие того или другого элемента существенным образом зависитот его общей и локальной распространенности в окружающей среде, в том числе и оттого, является ли токсичное соединение природным или образовалось в результате деятельности человека, то есть имеет антропогенную природу.
Кроме того, ни одно соединение нельзя назвать абсолютно токсичным или абсолютно нетоксичным; как писалПарацельс: «Всё яд, дело в дозе». Каждый орган или ткань живого организма нормально функционирует лишь для некоторого интервала (допустимых значений) концентраций какого-либо соединения. Отклонения содержания этого соединения от нормы вызывает патологическую реакцию и является, собственно, причиной токсичности. Натоксичность соединений существенно влияют: доза; общие свойства соединения; способность биологической системы абсорбировать и транспортировать соединение к необходимому органу; способность соединения трансформироваться в более или менеетоксичные формы; способность соединения взаимодействовать с макромолекулам. Так,например, тяжелые металлы обычно токсичны, так как блокируют многие ферменты(табл.9)29Таблица 9Ферменты, ингибируемые тяжелыми металламиМеталлФерментHg(2+)Щелочнаяфосфатаза,глюкоза-6фосфатаза, лактодегидрогеназаCd(2+)Аденозинтрифосфатаза, алкогольдегирогеназа, амилаза, карбоангидраза, карбоксипептидаза, глутаминооксалоацетатотрансаминазаPb(2+)Ацетилхолин, эстераза, щелочная фосфатаза, аденозинтрифосфатаза, карбоангидраза, цитохромоксидазаТак как многие из металлов относятся к редким и рассеянным элементам, тотоксичность их не так значима.
Снижена токсичность и тех соединений, которые плохорастворимы в воде (например, PbS) и не усваиваются организмом. Однако, токсичностьсоединений некоторых элементов, например ртути, повышается из-за действия микроорганизмов, легко усваивающих плохорастворимые соединения ртути и затем «передающие» их высшим животным. В настоящее время существуют особые отрасли науки,такие как токсикология, экотоксикология, возникшие на стыке биологии, медицины,физиологии, популяционной генетики, химии, которые интенсивно изучают причинытоксичности веществ и способы детоксикации.
Важнейшие детоксиканты (антидоты)приведены на рис.12:Димеркапрол(As,Hg,Te, Au)Димеркапто-янтарная кислота (Hg)Пеницилламин (Cu, Hg)ЭДТА (тяжелые металлы, радиоактивные изотопы)Рис. 12. Важнейшие детоксиканты (антидоты). В скобках указан металл, выводимый с помощью данного лиганда.Из объектов бионеорганической химии именно тяжелые металлы в форме комплексов наиболее опасны для жизнедеятельности организмов.
Атака тяжелых металловнаправлена на гемсодержащие белки и ферменты; на системы пероксидного и свободнорадикального окисления липидов и белков; на системы антиоксидантной защиты; на30ферменты транспорта электронов и синтеза АТФ; на белки клеточных мембран и ионные каналы мембран. Так, например, ионы Pb(2+), Hg(2+), Co(2+), Cd(2+) образуютпрочные комплексы с аминокислотами и многими другими биолигандами, в особенности содержащими группы RS- и HS-. Токсическое действие тяжелых металлов проявляется в том, что, обладая подходящим размером и характером электронной оболочки,они могут вместо биометаллов «встраиваться» в соответствующие рецепторы, блокируя действие субстратов (табл.9).6.2.Металлы-зонды в биохимических исследованияхСпособность некоторых металлов с выраженными спектральными и магнитными свойствами позволяет использовать их как зонды на места связывания биометаллов(табл.10)Таблица 10.Ионы-заместители в биокомплексахНативный Ионный ради- КатионыИонный ра- Методы исследованиякатионус (А), КЧ)заместители диус(А), катионов—заместителей(КЧ)++2+K1,33, (6,8)NH4 ,Cd ,, 1,43Колебательные спектры,Cs+,1,65, (8)ЯМР, флуоресценция+Tl1,49, (8)Mg2+0,78, (6) 0,65 Mn2+,0,91, (6),ЯМР, магнетохимия,2+2+(8)Ni Zn0,78, (6) 0,74 Электронные спектрыСа2+1,06, (6, 8)Mn2+0,91ЭПР, магнетохимия,2+Eu1,12Гамма-резонанс,Ln3+1,00 – 1,20Флуоресценция3+3+Fe0,63, (6)Ln1,00 – 1,20“ ----- “Zn2+0,83, (4, 6)Co2+0,82, (4, 6)Электронные спектры,Cd2+0,97магнетохимияCu2+0,72Ni2+0,68Например, широкое применение в качестве зондов нашли ионы редкоземельных элементов, которые по радиусу и электронной оболочке являются близкими аналогами ионов Са.Радиоактивные изотопы некоторых элементов также применяются в качествеметок в медицине и биологии.
Концентрируясь в определенном органе, они создаютконтур органа и позволяют выявить патологии в его функционировании. Иногда радиоактивные метки используют в радиологическом лечении новообразований.6.1. Лекарственные препараты на основе координационных соединений металлов.Если в организме обнаружены токсичные металлы в количестве, превышающемдопустимый порог, то для выведения их применяются специальные препараты. Обычноэто активные лиганды с набором различных донорных атомов и способные образовывать прочные комплексы с нежелательными металлами (рис.12).Если ион металла специально вводят в организм в виде лекарственного средства, тоудобной формой для этого служит обычно координационное соединение данного металла с лигандом, который либо присутствует in vivo (эндогенный лиганд), либо с нетоксичным экзогенным лигандом. Доказано, что биодоступность комплекса, как правило, выше, чем у свободного иона металла, так как комплекс легче проходит через липидные оболочки клеток по ионным каналам.31Рассмотрим, следуя группам Периодической системы, важнейшие координационные соединения металлов, играющие значительную роль в фармакологии.Металлы I и П побочных групп Периодической системы.Простые некомплексные соединения металлов I и П групп издавна нашли применение в качестве антисептических средств, например CuSO4, AgNO3, HgNH2Cl,HgCl2, ZnS, ZnO и др., а также и сами чистые металлы Cu, Ag, Au в тонкоизмельченномвиде.
Комплексы меди с тиосемикарбазонами и Шиффовыми основаниями применяются в качестве бактерицидных средств. Лечение препаратами золота, называемое хризотерапией, было известно еще с 2500 г. до н.э. в Китае. В виде официальных фармацевтических средств соединения золота нашли применение с 20-ых годов ХХ в.
как средства для борьбы с туберкулезом, артритами и др.КупраленДикупренМиокрецинАллокризинАллантоинАуранофинРис. 13. Некоторые лекарственные формы на основе комплексов меди,серебра, золота.Действие препаратов Au начинается с того, что вводимые внутривенно комплексы диссоциируют в плазме крови, и свободные ионы Au+ связываются с тиоловыми (SH) группами белков крови и быстро разносятся по организму. Считают, что ионы Au+блокируют избыточные сульфгидрильные группы, но могут и действовать по-другому,например, ингибируя активные формы радикалов ОН и О2-. Главным недостатком препаратов Cu, Ag, Au является плохая переносимость желудком. Отклонения от нормы всодержании меди приводит к тяжелым и часто необратимым заболеваниям (табл.8).Так, например, выведение меди из соединительной ткани физиологическим путем илипод действием некоторых лекарств ведет к красной волчанке, а накопление меди в печени или мозге – к ревматоидному артриту – болезни Вильсона.32Препараты биометаллов Mg и Са, в том числе и комплексные, являются распространенными антацидными (противокислотными) средствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
