4)2 и каль–циевых солей жирных кислот. В организме концентра–ция ионов Са регулируется гормонами.
В костях и зубах взрослого человека около 1 кг каль–ция находится в виде нерастворимого кристаллическо–го минерала – гидроксилапатита Са10(РО4)6(ОН)2 , образование которого происходит при взаимодействии ионов Са с фосфат-ионами. В крови и лимфе кальций на–ходится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии – в соединениях с белками, углеводами и др. Механизм свертывания крови состоит из ряда эта–пов, зависящих от наличия ионизированного Са. Ионы Са принимают участие в передаче нервных импульсов, со–кращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы.
Концентрация ионов Са внутри и вне клетки соответ–ственно составляет 10-6 и (2,25—2,8) 10-3 моль/л. По–скольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного мате–риала в организме – в костях, зубах. Скелет – основ–ное хранилище кальция в организме.
39. Биологическая роль d-элементов VIB-группы. Их применение в медицине
Хром обнаруживается в растительных и животных организмах. В организме взрослого человека содер–жится примерно 6 г Сг (0,1%).
Металлический хром нетоксичен, а соединения Сг (III) и Cr (VI) опасны для здоровья. Они вызывают раздраже–ние кожи, что приводит к дерматитам.
Есть предположение, что производные хрома (VI) обладают канцерогенными свойствами. 0,25—0,3 г дихромата калия вызывают летальный исход. Соедине–ния хрома (VI) применяются как фунгициды (протра–вливающие вещества, fungus – «гриб», caldere – «уби–вать»). Соединения хрома (III) благоприятно влияют на рост растений.
Молибден относится к «металлам жизни», являясь одним из важнейших биоэлементов. Его особенное положение было отмечено 20—25 лет назад Ф. Крином и Л. Орилом. Эти ученые выдвинули идею, что возни–кновение жизни на Земле происходило не эволюцион–ным путем, а что она была занесена неведомой циви–лизацией из космоса с молибденовых звезд, где жизнь существовала задолго до нас.
В биохимических процессах молибден участвует в сте–пенях окисления VиVI. В этих состояниях он создает устойчивые оксоформы.
Молибден образует устойчивые оксокомплексы и, ви–димо, поэтому входит в состав ферментов, обеспечи–вающих перенос оксогрупп. В крови преобладает Mo (VI); если лигандом является кислород, то образуются устой–чивые изополимолибдат-ионы.
Избыточное содержание молибдена в пище нару–шает метаболизм Са2+ и РО4 , вызывая снижение проч–ности костей – остеопорозы.
Возможно, происходит связывание в фосфорно-молибденовые комплексы. Такие комплексы можно рас–сматривать как кислотные остатки гетерополимолибденовых кислот. С кальцием эти остатки дают не–растворимые кристаллики. Не исключено, что эти кристаллики инициируют отложение солей мочевой кислоты и вызывают заболевание подагрой. Подагра деформирует суставы, оправдывая свой буквальный перевод – «капкан для ног».
Кроме кислородных комплексов, молибден образует галогенидные (Hal), тиоцианатные (NCS) и цианидные (CN) комплексы.
Молибден входит в состав различных ферментов. В ор–ганизме человека к ним относятся альдегидогидрокси-дазы, ксантиндегидрогеназы, ксантиноксидазы.
Молекулярная масса ксантиноксидазы (КОКС) – 250 000 а. е. м. Это молибденсодержащий фермент млекопитающих. Он может катализировать окисление ксантина и других пуринов, а также альдегидов.
Превращение гипоксантина и ксантина в мочевую кис–лоту катализируется ксантиноксидазой.
Предполагается, что в ходе каталитического процесса молибден образует связь с азотом и кислородом ксантина.
Молибден является важнейшим микроэлементом растений, так как биологически активные вещества с его участием обеспечивают мягкую фиксацию азота: пре–вращают его в аммиак или азотосодержащие продукты.
По сравнению с другими промышленно важными ме–таллами молибден малотоксичен.
Потребление молибдена с продуктами питания – 0,1 – 0,3 мг/сут, но необходимое дневное поступление не уста–новлено. Дефицит молибдена вызывает уменьшение ак–тивности ксантиноксидазы в тканях. Избыточное содер–жание молибдена вызывает остеопорозы.
Вольфрам – микроэлемент. Его роль в организме изучена недостаточно. Анионная форма вольфрама легко абсорбируется в желудочно-кишечном тракте. Металлический вольфрам и его катионные формы не абсорбируются в организме. О гомеостазе вольфрама у млекопитающих сведений нет.
40. Биологическая роль соединений марганца. Их применение в медицине
Из элементов VIIB-группы только марганец является биогенным элементом и одним из десяти «металлов жизни», необходимых для нормального протекания про–цессов в живых организмах.
В теле взрослого человека содержится 12 мг. Мар–ганец концентрируется в костях (43%), остальное – в мягких тканях, в том числе и в мозге.
В организме марганец образует металлокомплексы с белками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, АДФ, от–дельными аминокислотами. Содержат марганец ме-таллоферменты аргиназа, холинэстераза, фосфоглю-комутаза, пируваткарбоксилаза.
Связывание аммиака – токсичного продукта превра–щения аминокислот в организме млекопитающих – осуществляется через аминокислоту аргинин. Аргина–за – фермент, катализирующий в печени гидролиз аргинина. В результате аргинин расщепляется на мо–чевину и циклическую аминокислоту орнитин.
Мочевина – нетоксичное, растворимое в воде ве–щество. Оно потоком крови доставляется в почки и выво–дится с мочой.
Атомный радиус марганца 128 пм. Это объясняет то обстоятельство, что марганец может замещать маг–ний (атомный радиус 160 пм) в его соединении с АТФ, существенно влияя на перенос энергии в организме.
Ионы Mg и Mn осуществляют также активацию фер–ментов – нуклеаз. Эти ферменты катализируют в две–надцатиперстной кишке гидролиз нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В результате эти биополимеры расщеп–ляются на мономерные единицы – нуклеотиды. В част–ности, такой нуклеазой является дезоксирибонуклеаза, которая катализирует гидролиз ДНК только в присутствии Mg2+ или Мп2+.
Марганец может входить и в состав неорганических соединений организма. Это, например, малораство–римый пирофосфат марганца-магния MnMgP2O7. Кристаллы этой соли локализуются на внутренней по–верхности мембраны везикул.
Почти одинаковое значение атомного радиуса мар–ганца и железа объясняет способность марганца за–мещать железо в порфириновом комплексе эритро–цита. По той же причине марганец может замещать и цинк в цинкзависимых ферментах, изменяя при этом их каталитические свойства.
Перманганат калия КМпО4 – наиболее известное соединение марганца, применяемое в медицине. Ис–пользуют водные растворы с содержанием КМпО4 0,01—5%. В качестве кровоостанавливающего средст–ва применяют 5%-ный раствор. Растворы перманганата калия обладают антисептическими свойствами, кото–рые определяются его высокой окислительной способ–ностью.
Из других соединений марганца следует отметить сульфата марганца (II) и хлорид марганца (II), которые используют при лечении малокровия.
О наличии технеция в живых организмах данных нет. Однако соединения технеция с бисфосфонатами ис–пользуют для радиоизотопного метода диагностики.
41. Биологическая роль соединений железа. Гемоглобин
Железо – биогенный элемент, содержится в тканях животных и растений. Общая масса железа в организ–ме взрослого человека примерно 5 г, что составляет 0,007%. Металлическое железо малотоксично, а сое–динения Fe (II), Fe (III) и Fe (VI) в больших количествах опасны для здоровья.
Миоглобин, цитохромы, каталаза обеспечивают клеточное дыхание.
Все эти белки состоят из собственно белковых частей и связанных с ними активных центров. Активный центр представляет собой макроциклическое комплексное соединение – гем. В качестве макроциклического ли-ганда выступает соединение – порфирин. Донорные атомы азота расположены по углам квадрата, в центре которого расположен ион Fe. В целом комплекс имеет октаэдрическую конфигурацию. Пятая орбиталь через азот аминокислоты (гистидина) используется для связи гема с белком.
Гемоглобин состоит из 4 белковых молекул (субъеди–ниц), которые образуют единый макромолекулярный агрегат. Каждая субъединица по строению аналогична молекуле миоглобина. Таким образом, гемоглобин может одновременно связывать четыре молекулы О2 , а миоглобин – 1.
В тканях имеется также несколько негемовых желе–зосодержащих белковых комплексов. Это, например, ферменты – оксидазы, а также белки – накопители (депо) и переносчики железа. Избыток железа перено–сится с кровью белком трансферрином и накапливает–ся в виде белка ферритина в различных тканях и орга–нах, особенно в печени, селезенке, костном мозге.
Ферритин состоит из 24 белковых молекул (субъ–единиц), которые образуют сферу диаметром 12—14 нм. Каждая субъединица содержит полость диа–метром 7 нм, вмещающую до 4500 атомов железа. Та–ким образом, каждый агрегат ферритина может хранить запас примерно 100 000 атомов железа, обеспечивая многочисленные реакции метаболизма с участием это–го элемента.
На основе законов химического равновесия нетруд–но понять функционирование гемоглобина как пере–носчика кислорода от легких к тканям.
Гемоглобин без кислорода (дезоксигемоглобин) представляет собой слабую кислоту и его химическую формулу можно представить в виде HHb+. Присоедине–ние кислорода сопровождается отщеплением протона и образуется оксигемоглобин HbO2- . При этом имеет место равновесие:
HHb+ + O2 → HbO2 + Н+.
При поступлении бедной кислородом венозной крови в легкие, где парциальное давление кислорода велико (до 20 кПа), его растворимость возрастает согласно за–кону Генри. Это приводит в соответствии с принципом Ле Шателье к смещению равновесия вправо и образо–ванию оксигемоглобина. Дополнительное смещение равновесия вправо обусловлено тем, что в легких зна–чение рН повышено (до 7,5). В результате в легких дезоксигемоглобин практически полностью (до 97%) на–сыщается кислородом и переходит в оксигемоглобин. В капиллярах, пронизывающих периферические ткани, парциальное давление кислорода снижается до 5 кПа, а значение рН снижается до 7,2. В результате равнове–сие смещается влево. В оттекающей с периферии кро–ви гемоглобин насыщен кислородом лишь на 65%.