ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Бионеорганическая химия из "Общая химия" Бионеорганическая химия (или неорганическая биохимия) представляет собой новую область знания, основной проблемой которой является изучение взаимодействия биометаллов ( металлов жизни ) с биолигандами, изучение строения и свойств образовавшихся биокоординационных соединений, а также их биологических функций. [c.560] Бионеорганическая химия (подобно геохимии, биохимии, биофизике и др.) возникла на стыке неорганической химии и биологии в последнее десятилетие. Этому способствовала четкая формулировка ее основных задач — изучение на молекулярном уровне взаимодействий между металлами (в первую очередь биометаллами) и биолигандами протеинами, нуклеиновыми кислотами, их фрагментами и некоторыми другими находящимися в организме веществами (в том числе витаминами, гормонами, метаболитами и антиметаболитами). Более 100 000 процессов в организме человека представляют собой совокупность многих химических реакций, большинство из которых катализируется металлами, входящими в состав ферментов. [c.560] Для возникновения бионеорганической химии необходим был достаточно высокий уровень развития неорганической химии, который был достигнут во второй половине XX в. благодаря использованию метода молекулярных орбиталей и современных физических методов изучения электронной и геометрической структуры вещества, а также высокий уровень развития биологии, достигнутый за последнее десятилетие в области молекулярной биологии. Методы и подходы современной координационной химии стали широко использоваться в биохимии и молекулярной биологии при исследовании металлоферментов и других биологически важных соединений, функционирование которых связано с присутствием металлов и других элементов неорганогенов. [c.560] Бионеорганическая химия изучает в первую очередь поведение десяти металлов жизни в живом организме. К металлам жизни (табл. 18.1) относятся пять ионов с замкнутыми электронными оболочками (ионы нз- рия, калия, магния, кальция и цинка), четыре иона с недостроенной З -электронной оболочкой (ионы марганца, железа, кобальта и меди) и только один элемент молибден, у которого могут появиться электроны на 4 -оболочке. [c.560] В наиболее значительных количествах в организм человека входят шесть элементов кальций — 1700 г на 70 кг массы, калий — 250 г, натрий — 70, магний — 42, железо — 5 и цинк — 3 г. Остальные четыре элемента входят в количествах меньше 1 г (на 70 кг массы), а прочие меньше 0,1 г. [c.562] Иногда в перечень биометаллов включают также ванадий, хром, никель, кадмий, однако роль этих элементов не выяснена. Кремний, алюминий и титан довольно распространенные в природе элементы, однако ни один из них не является элементом жизни. Очевидно, распространенность элементов — это не решающий критерий для принципов отбора природой элементов жизни. [c.562] Как видно из табл. 18.1, большинство биометаллов входит в четвертый период системы Д. И. Менделеева, лишь натрий и магний относится к третьему периоду и молибден — к пятому. В периодической системе биометаллы расположены довольно компактно (рис. 18.1). [c.562] Свойства биометаллов были описаны в гл. 17. Натрий и калий — элементы главной подгруппы первой группы, кальций и магний — элементы второй группы — характеризуются достаточно большими размерами атомов и ионов, постоянством степеней окисления, малой тенденцией к образованию ковалентных связей. Главное различие между ионами натрия и калия, а также кальция и магния в размерах ионов, теплотах гидратации и потенциалах ионизации. [c.562] Высокие значения потенциалов ионизации цинка приводят к тому, что ковалентное взаимодействие его ионов проявляется значительно сильнее, чем у других ионов. Ион цинка играет большую роль в биосистемах, входит во многие ферменты в качестве необходимой составной части. [c.562] Не подвергаются окислению в биосистемах ионы никеля (II), трудно поддаются окислению ионы кобальта (II) и марганца (П) сравнительно легко реализуются переходы Ре —Ре и Си —Си . Близость размеров ионов и потенциалов ионизации дает возможность замены ибТюв одинаковой степени окисления, например цинка (И) на кобальт (II). [c.563] Отдельно среди биометаллов стоит молибден. Он единственный из V периода имеет, следовательно, незаполненную 4с/-обо-лочку, имеет стабильные степени окисления V и VI и образует анионы и оксосоединения, а также участвует в процессах, связанных с переносом электрона. [c.563] Биолиганды — это молекулы или ионы, взаимодействующие в организме с биометаллами. Многие из них называются молекулами жизни . [c.563] Свыше 90% всей массы клетки приходится на долю воды. Молекулы воды взаимодействуют с ионами металлов, образуя акваионы. Одна из наиболее характерных особенностей живых систем — это образование макромолекул — биополимеров. Существуют три наиболее важных типа биополимеров полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. [c.563] Полисахариды выполняют ряд функций в организме. Например, создание запасов углеводов (крахмала и гликогена). Они могут образовывать координационные соединения с рядом ионов металлов. [c.564] Ес тественно, что при этом могут повторяться одни и те же группы (одни и те же исходные аминокислоты). Подобно тому, как из 32 букв алфавита можно получить огромное количество сочетаний, в частном случае — слов, так из 21 аминокислоты можно получить огромное количество различных белков. [c.564] Полипептидные цепи образуют два типа упорядоченных конформаций. Наиболее распространена так называемая а-спираль, в которой С=Н-группы остатка одной аминокислоты образуют водородную связь с НМ—0-группой другой аминокислоты. Ход полипептидных цепей в спирали напоминает резьбу винта, и на одном витке спирали помещается 3,7 аминокислотных остатка. [c.564] Вторая довольно редко встречающаяся конфигурация известна как р-структура. а- и р-конформации полипептидных цепей образуют вторичную структуру белка. Все аминокислоты, пептиды и протеины могут взаимодействовать с ионами металлов, образуя при этом координационные соединения. Некоторые протеины содержат в своем составе четыре прочно связанных пиррольных кольца. Эти ядра образуют скелет порфина. [c.565] В положении 1—8 могут встречаться различные заместители. В природе встречаются восемь типов порфинов. [c.565] содержащие железотетрапиррол (гемопротеиды), участвуют во многих жизненно важных процессах. К ним относятся гемоглобин, миоглобин, каталаза, пероксидаза, цитохромы. В хлорофилле ион магния входит в окно тетрапирольного кольца. [c.565] Вернуться к основной статье