12. Зв’язок між будовою молекул та їх фізіологічною дією

Фізіологічна дія тієї чи іншої речовини, що входить до складу організ-му, а також фармакологічна дія лікарського препарату залежить від його хімічної природи, складу, електронної конфігурації, характеру хімічних зв’язків.

Однак на сучасному рівні розвитку хімії і медицини неможливо оха-рактеризувати можливу фізіологічну (фармакологічну) дію тієї чи іншої речовини на основі формули її будови. Наприклад, серед білкових речо-вин, які у більшості випадків є доволі інертними, зустрічаються такі, котрі виявляють надзвичайну фізіологічну активність, у мільйони разів при-скорюючи перебіг визначених біохімічних реакцій? Дати вичерпну від-повідь на такі питання доволі складно.

Проте навіть при тому рівні знань, який зараз досягнутий, можна зро-бити прогнози щодо зміни фізіологічних (фармакологічних) властивостей у ряду схожих за структурою сполук: при послідовному заміщуванні в одних атомів чи функціональних груп на інші, при подовженні карбоново-го ланцюга в органічних сполуках, при зміні кратності хімічного зв’язку і т. ін.

Відомо, наприклад, що чим довший карбоновий ланцюг вуглеводнів жирного ряду, тим більшою мірою виявляється властива їм дія на цент-ральну нервову систему.

Заміна в органічних сполуках одного чи декількох атомів Гідрогену на алкіли чи гідроксильну групу у більшості випадків призводить до поси-лення властивої цій сполуці фізіологічної (наприклад, наркологічної) дії. Якщо вуглеводні жирного ряду мають дію, головним чином, на чуттєві нервові волокна, які сприяють збудженню від різноманітних рецепторів до центральної нервової системи, то вуглеводні ароматичного ряду діють в основному на рухомі нервові волокна, які передають збудження від нервових центрів до робочих органів – м’язів, судин і т.ін. Насичені спо-луки звичайно менш впливають на продовгуватий мозок і розташовані в ньому волокна, які передають імпульси від головного мозку до периферії, ніж ненасичені.

Органічні сполуки, яким властива снотворна дія, наприклад, спирти і уреїди кислот (сполуки, в яких гідроксид карбоксильної групи заміщений на залишок сечовини), виявляють її в більшій мірі, якщо мають розгалу-жений карбоновий ланцюг.

Специфічність ферментативної активності залежить від того, який із металів (Fe, Zn, Co, Cu, Mn) виконує роль комплексоутворювача у схожих за структурою білкових молекулах.

Фізіологічна дія, властива L-ізомеру будь-якої оптично активної ре-човини, майже завжди є більш виражена, ніж відповідна дія D-ізомеру. Слід відзначити, що всі природні білки складаються лише із L-амінокислот і лише вони можуть брати участь у метаболізмі. Нормальний обмін речо-вин був би порушений, якщо в організм вводити білки, синтезовані із D-амінокислот.

Слід розібрати іще одне важливе, з точки зору біології та медицини, питання. Чому саме Карбон є основою всього живого на Землі і утворює 5 млн. відомих на сьогоднішній день органічних сполук, сотні тисяч яких беруть активну участь у процесах обміну речовин і енергії в живих орга-нізмах, у той час як неорганічних сполук, утворених усіма іншими еле-ментами періодичної таблиці, нараховується близько 100 тис. і лише неба-гато із них приймає участь у цих складних процесах?

Відповідь на це питання необхідно шукати, насамперед, у тому, що атоми Карбону, які у збудженому стані мають чотири неспарених елек-трони і мають здатність безпосередньо з’єднуватись один з одним з утво-ренням довгих і розгалужених ланцюгів, замкнених циклів і складних ба-гатомірних структур, мають також виключні можливості для утворення ве-ликої кількості хімічних зв’язків із найрізноманітнішими атомами і функ-ціональними групами.

Карбон здатний утворювати міцні ковалентні зв’язки як і з більш елек-тронегативними порівняно з ним елементами – Оксигеном, Нітрогеном, Хлором, Флуором і Бромом, так і з елементами менш електронегативними – Гідрогеном, Сульфуром, Фосфором, Арсеном, Іодом, Бором і навіть з типовими електропозитивними металічними елементами – Кальцієм, Маг-нієм, Алюмінієм, Ферумом, Манганом, Титаном та багатьма іншими.

Особлива роль Карбону у живій природі обумовлена іще й тим, що хімічні зв’язки в багатьох біологічно важливих сполуках Карбону вини-кають і розриваються під впливом таких природних факторів, як сонячне випромінювання, коливання температур, а також дія природних реагентів – води, кисню, озону та ін. За участю карбон(IV) оксиду і води під впливом сонячних променів здійснюється у біосфері важливий процес фотосинтезу, завдяки чому земні рослини синтезують складні органічні речовини, що далі використовуються тваринами. На наступній стадії кругообігу вуглецю у природі складні органічні речовини, які потрапили до складу живих організмів, при відмиранні останніх знову повертаються у вигляді СО₂ в світ неживої природи. Кисень, ресурси якого в атмосфері безперервно поповнюються за рахунок фотосинтезу, відіграє унікальну роль у процесах дихання живих істот.

Слід відзначити, що серед сполук Карбону є як добре розчинні у воді речовини, так і практично нерозчинні в ній, а також речовини, що утво-рюють колоїдні розчини. Важливо також, що швидкість взаємодії сполук Карбону одного з одним та з важливими природними реагентами може змінюватись у широких межах. У більшості випадків хімічні реакції за участю органічних речовин здійснюються з помірною швидкістю, але в деяких випадках вони можуть перебігати миттєво.