ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ионы металлов в живых организмах из "Химические основы жизни" В настоящее время уже совершенно очевидна роль металлов в важнейших биологических процессах. Функции металлов и их соединений в живых организмах чрезвычайно многообразны. Процессы, происходящие в организмах с участием ионов металлов и металлосодержащих соединений, являются предметом изучения всех наук о жизни. Ведущая роль здесь принадлежит бионеоргантеской химии. Долгое время не привлекавшая внимания ученых, сейчас она стремительно развивается. [c.171] Основной задачей бионеорганической химии является изучение и освещение вопросов, связанных с распространением и ролью химических элементов в живой природе. Главное внимание при этом уделяется установлению взаимосвязей между электронной структурой и физико-химическими свойствами ионов металлов и их ролью в осуществлении сложнейших биохимических процессов. Широко исследуются пути синтеза, строение, устойчивость и реакционная способность металлосодержащих биологических структур, как низко-, так и высокомолекулярных. Кроме того, в задачи бионеорганической химии входят формирование экспериментальных подходов к изучению роли тех или иных химических элементов в жизйи организмов, моделирование биохимических процессов, установление механизмов действия лекарственных препаратов, решение вопросов, связанных с эффективным использованием микроудобрений, защитой окружающей среды от загрязнения токсичными соединениями и т. д. [c.171] бионеорганическая химия является пограничной областью между неорганической химией и науками о жизни и представляет собой ту сферу научной деятельности, в которой химики могли бы применить свои знания и на примере модельных систем объяснить поведение неорганических объектов в биологических процессах, что способствовало бы развитию биохимии в целом. [c.171] Одни биохимические процессы предъявляют весьма жесткие требования к иону металла и осуществляются под действием лишь строго определенных ионов в фиксированной степени окисления, другие процессы значительно менее специфичны, и для них возможна замена одного металла другим. [c.172] Ионы металлов в живых организмах находятся или в гидратированном (сольватированном) состоянии, или в виде координационных соединений с биолигандами (в основном белками). Как указывалось в главе 2, каталитическая активность многих ферментов зависит от присутствия того или иного иона металла. Особую актуальность приобретают вопросы, касающиеся особенностей взаимодействия между ионами металлов и органическими лигандами. Избыток или недостаток таких металлов, вступление токсичных веществ или вирусов — потенциальных комплексообразующих соединений — в конкуренцию за металл с полезными комплексообразующими лигандами (компонентами клеток) приводят к нарушению нормальных процессов в организмах и различным заболеваниям. [c.172] На долю металлов приходится всего около 3 % от массы тела человека, тем не менее они имеют огромное биологическое значение. [c.172] Десять металлов, жизненно необходимых для организма, получили название металлы жизни . К ним относятся кальций, калий, натрий, магний, железо, цинк, медь, марганец, молибден и кобальт. [c.172] Содержание некоторых металлов в живых организмах меняется с возрастом. Так, содержание кадмия в почках и молибдена в печени к старости понижается, а ванадия, хрома и ряда других микроэлементов увеличивается. Максимальное содержание цинка наблюдается в период полового созревания, затем оно понижается и к старости доходит до минимума. [c.172] Следует отметить, что металлы и их соединения, которые в оптимальных количествах являются жизненно необходимыми, при более высоких концентрациях могут проявлять токсические свойства. Под токсичностью понимают меру любого аномального изменения функций организма под воздействием токсичного агента при заданных внешних условиях. Известно также, что многие из неорганических веществ, токсичных в физиологических дозах, могут быть биологически важными при низких концентрациях, например выполнять функции стимуляторов биопроцессов. Это свойство ряда веществ с успехом применяется в гомеопатии. [c.172] Токсичными могут оказаться даже металлы жизни , если их концентрация в окружающей среде достаточно высока и они присутствуют в легко доступных для организма формах, т. е. в виде соединений, легко растворимых в воде или липидных фазах. Поэтому разделение элементов, попадающих в организм из окружающей среды, на токсичные и нетоксичные весьма условно. Так, известно, что введение в организм с пищей избытка такого нетоксичного металла, как железо, вызывает сидероз, избыток другого металла жизни — меди — приводит к отравлениям и тяжелым заболеваниям. [c.174] В этой связи важно отметить, что многие заболевания связаны с аномальным содержанием некоторых металлов в почве, водоемах той или иной географической зоны. Территории, в почвах которых содержание химического элемента отличается от среднего, названы биогеохимически-ми провинциями. Существуют биогеохимические провинции с пониженным и с повышенным содержанием какого-либо элемента, например биогеохимические провинции с повышенным содержанием стронция (Восточная Сибирь), меди (Башкортостан), молибдена (некоторые районы Армении), с пониженным содержанием иода (Ивановская область, некоторые районы Украины), кобальта (Ярославская область). [c.174] Как уже упоминалось выше, биологическая активность ионов металлов существенно зависит от наличия в биосредах природных лигандов, так как комплексообразование существенно изменяет реакционную способность иона металла. В большинстве случаев именно в составе комплексных соединений с биолигандами ионы металлов транспортируются и депонируются в организме и участвуют в ферментативных процессах. Физиологическое действие многих лекарственных препаратов, являющихся активными лигандами, обусловлено образованием соответствующих координационных соединений. В связи с этим в данной главе целесообразно напомнить некоторые положения координационной химии, знание которых потребуются в дальнейшем при обсуждении биологической активности и токсичности металлов и их соединений. [c.174] Вернуться к основной статье