Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Биологическая роль ионов меди



Медь является необходимым микроэлементом растительных и животных организмов. По значимости она относится к металлам жизни. В организме человека содержится около 1,1 ммоль меди. В основном медь концентрируется в печени, в головном мозге, в крови.

Имеются данные, что в биологических системах медь входит в состав соединений со степенью окисления +1 и +2. Медь (II) чаще всего связывается с карбоксильными, фенольными и аминогруппами белков, а медь (I) более прочно связывается с серосодержащими лигандами. В комплексах медь (I) имеет координационное число, равное 4, которому соответствует тетраэдрическая структура. Для меди (II) более характерно координационное число 6, ему соответствует искаженная ромбическая геометрия комплекса, например металлосвязывающий центр фермента в оксигемоцианине.

В настоящее время известно около 25 медьсодержащих белков и ферментов. Часть ферментов катализирует взаимодействие кислорода с субстратом. Эти ферменты активируют молекулу кислорода, которая участвует в процессе окисления органических соединений. Они составляют группу так называемых оксигеназ и гидроксилаз. Механизм действия этих ферментов различен. Гидроксилазы присоединяют только один атом кислорода. Оксигеназы присоединяют оба атома кислорода с образованием пероксидной цепочки. Кислород играет роль акцептора электронов, а медь, входящая в фермент, выполняет роль донора электронов. В медьсодержащих ферментах медь находится в степени окисления + 1 и кислород легко окисляет ее до +2, электродный потенциал системы Cu + + е- = Cu2+ равен (E° == 0,167 В).

Имеется большая группа медьсодержащих белков, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции с переносом протона или электронов от окисляемого вещества непосредственно на молекулярный кислород — это так называемые оксидазы. Для них характерно высокое сродство к кислороду, а также высокое значение окислительно-восстановительных потенциалов. Следует отметить, что именно этот потенциал определяет роль металла: будет ли он участвовать в транспорте электронов или перено­сить молекулярный кислород, или окисляться кислородом. На потенциал влияет также природа лигандов, которые могут стабилизировать (или дестабилизировать) степень окисления металла, а также влиять на структуру комплекса.

К оксидазам относится такой важнейший дыхательный фермент, как цитохромоксидаза (ЦХО), которая катализирует за­вершающий этап тканевого дыхания. Все ферменты тканевого дыхания связаны с внутренними мембранами митохондрий. В ходе каталитического процесса степень окисления меди цитохромоксидазы обратимо изменяется. Окисленная форма цитохромоксидазы (Си2+) принимает электроны, переходя в восстановительную (Cu+) форму, окисляющуюся молекулярным кислородом, который сам при этом восстанавливается. Затем кислород присоединяет протоны из окружающей среды и превращается в воду. Механизм действия цитохромоксидазы не полностью расшифрован. Однако доказано, что на завершающем этапе тканевого дыхания ЦХО осуществляет перенос электронов на кислород и это укладывается в следующую схему:

++4[ЦXО•Си+] + O2 = 4 [ЦХО.Си2+] +2Н2O

Очень важным медьсодержащим белком, который содержится плазме крови млекопитающих, является церулоплазмин (ЦП) (“голубая” оксидаза). Церулоплазмин содержит восемь атомов меди на 1 молекулу белка. Установлено, что в окисленном церулоплазмине четыре атома меди имеют степень окисления +2, а четыре других — степень окисления + 1. Проведенные исследо­вания показали, что ЦП участвует в окислении железа:

2+ + [ЦПСи2+] = [ЦПСи+] +Fе3+

В то же время ЦП катализирует восстановление кислорода до воды. Таким образом, церулоплазмин подобно цитохромоксидазе осуще­ствляет четырехэлектронное восстановление молекулярного кислорода.

Вместе с тем церулоплазмин, образуя комплекс с ионами меди, транспортирует их в органы. Выполняя транспортную функцию, ЦП регулирует баланс меди и обеспечивает выведение избытка меди из организма.

Известны медьсодержащие белки, например супероксиддисмутаза (СОД), которые выполняют важную физиологическую функцию: они ускоряют реакцию разложения супероксид-иона O2·, представляющего собой свободный радикал. Этот радикал, вступая во взаимодействие с органическими компонентами клетки, разрушает ее. СОД переводит супероксид-ион в пероксид водорода, который является относительно слабым окислителем и быстро разлагается в организме под действием фермента каталазы.

Одним из медьсодержащих белков, обратимо присоединяющих молекулярный кислород, является гемоцианин (НС). Гемоцианин, встречающийся у моллюсков и членистоногих, содержит 0,15—0,26 % меди.

Состав гемоцианина изучен недостаточно, однако известно, что он представляет собой сложное внутрикомплексное соединение, центральным атомом которого является медь со степенью окисления + 1. По структуре гемоцианин подобен гемоглобину. Доказано, что в процессе связывания и освобождения кислорода имеет место окисление и восстановление меди в гемоцианине:

[НС • Си+] + O2 = [НС • Си2+ O2 + е-]

Показано также, что гемоцианин в окислительной форме (Си2+) имеет синий цвет, а восстановительная форма (Си+) практически бесцветна.

Медь вместе с железом участвует в кроветворении. Известно, что при дефиците меди в организме нарушается обмен железом между плазмой крови и эритроцитами, это может привести к разрушению эритроцитов.

Потребность человека в меди 2—3 мг в сутки. Она полностью обеспечивается потребляемой пищей.

Известна болезнь Коновалова — Вильсона, которая связана с избыточным количеством меди в организме. Считается, что этот избыток накапливается из-за того, что нарушается синтез церуплазмина, а поэтому и не обеспечивается выведение избытка меди, поступающего с пищей.

В опытах на животных показано, что недостаток меди приводит к тяжелым отклонениям в обмене веществ: медная анемия (или так называемая лизуха), экзотическая атаксия и др. Атаксия—нарушение координации движения. Вылечить животных можно введением растворимых солей меди в рацион их питания.

В больших концентрациях растворимые соли меди токсичны. Так, например, меди сульфат (медный купорос) массой до 2 г вызывает сильное отравление с возможным смертельным исходом. Токсическое ;действие меди объясняется тем, что медь образует с белками нерастворимые бионеорганические хелаты-альбуминаты, т. е. свертывает белки. Ионы меди образуют прочную связь с аминным азотом и с группой —SН белков, что приводит к инактивации тиоферментов. В упрощенном виде такое взаимодействие можно показать в виде схемы:

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.