12. Железо-, кобальт-, медь-, цинксодержащие биокомплексные соединения. Понятие о металлокомплексном гомеостазе.

БИОКОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. ФЕРМЕНТЫ. ФУНКЦИИ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В ФЕРМЕНТАХ. МЕТАЛЛОЛИГАНДНЫЙ ГОМЕОСТАЗ. ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ КОМПЛЕКСОНАТОВ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Биокомплексные соединения значительно различаются по устойчивости. Одни из них настолько прочны, что постоянно находятся в организме и выполняют определенную функцию. Роль металла в таких комплексах высокоспецифична: замена его даже на близкий по свойствам элемент приводит к значительной или полной утрате физиологической активности. Примерами таких соединений являются гемоглобин, витамины В₁₂, хлорофилл и некоторые металлоферменты, например, цитохромы. В организме присутствуют и менее прочные комплексы, которые образуются только для выполнения определенных функций, после чего распадаются: например, образование между ионом металла и ферментом комплексного соединения на период осуществления катализа. Большинство таких ферментов обладают каталитической активностью, но без иона металла она будет ниже. Ионы металлов выполняют функцию активаторов. Специфичность металлов в этих комплексах не выражена. Он может быть заменен на другой металл без потери физиологической активности. К биологическим соединениям с невысокими значениями констант устойчивости можно отнести соединения, которые стабилизируют сложные структуры. Например, образование металлополинуклеотидных комплексов стабилизирует двойную спираль ДНК. Комплексы с ДНК (в основном с донорным атомом кислорода, фосфатных групп, частично с донорными атомами азота оснований) образуют двухзарядные ионы марганца, кобальта, железа и никеля. Они взаимозаменяемы. Промежуточное положение между этими двумя группами биокомплексов занимают диссоциирующие металлоферменты. Ионы металлов в этих комплексах выполняют функции кофактора. Например, карбоксипептидаза в отсутствии иона металла неактивна. Максимальная активность в присутствии иона цинка.

Итак, с повышением прочности комплекса повышается специфичность его биологического действия.

В живых организмах действует большое число ферментов, в состав которых входят ионы металлов, выполняющие следующие функции: 1) они являются электрофильной группой активного центра фермента и облегчают взаимодействие с отрицательно заряженными участками молекул субстрата, 2) ион металла формирует каталитически активную конформацию структуры фермента, 3) в ряде случаев ионы металла, которые могут находиться в переменных степенях окисления, участвует в транспорте электронов (многоядерные комплексы).

Концентрации ионов d–элементов в организме поддерживаются постоянными за счет существования механизма металлолигандного гомеостаза, основными звеньями которого являются: всасывание, распределение, транспорт, депонирование и элиминация. Параметры всасывания и элиминации в норме сбалансированы, т.е. при уменьшении поступления в организм того или иного микроэлемента уменьшается его выведение и наоборот. Для поддержания постоянной концентрации ионов металлов в организме существуют депонированные и транспортные формы. Например, железо в организме млекопитающих депонируется в составе ферритина – водораствори мого белка,в котором находится мицеллярное ядро неорганического соединения железа (III). В депонированной форме находится около 25% железа. Регуляция металлолигандного гомеостаза осуществляется с помощью нервной, эндокринной и иммунной систем. Комплексонаты переходных металлов обеспечивают сбалансированность минерального питания, активизируют метаболические процессы, интенсифицируют рост и развитие организма. Наибольшую близость в биологическом действии (процессах иммуногенеза, кроветворения, стимулирующем эффекте) показали комплексонаты, образованные ионами металлов в степени окисления +2, сходные по электронной структуре атомы. Это обусловливает неспецифич ность в их биологическом действии поддерживается и активно проявляется в присутствии полидентатных лигандов – комплексонов. Комплексонаты, образованные ионом металла с более высокой степенью окисления, малым размером иона, более высоким сродством к электрону, обладают наиболее высоким стимулирующим эффектом. Для ионов переходных металлов в биологическом действии их комплексонатов характерно больше горизонтальное сходство, чем вертикальное в периодической системе Д.И.Менделеева в ряду Ti – Zn. По интенсивности их стимулирую щего действия на организм их можно расположить в следующий ряд: Ti ⁴⁺ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > Fe ²⁺