Биологическая роль комплексных соединений

Комплексные соединения, рассмотренные нами выше, содержали лиганды, в основном, неорганической природы. Однако, в биологи-ческих системах огромную роль играют комплексные соединения, в которых в качестве лигандов выступают сложные органические молекулы, обладающие полидентатными свойствами (т. е., способны образовывать с комплексообразователем несколько связей).

Металлопротеины

К металлопротеинам относят биополимеры, которые, помимо белка, содержат простетическую группу (компонент небелкового характера), включающую ионы металлов.

Отдельную группу металлопротеинов составляют гемопро-теины, содержащие в качестве простетической группы соединения железа. Одним из важнейших гемопротеинов является гемоглобин. Он состоит из белка (глобина) и комплекса железа с порфирином (гема). В геме ион Fe²⁺ (комплексообразователь), связан с двумя атомами азота, принадлежащими порфириновому кольцу, ковалентной связью, а еще с двумя - координационной. Координа-ционное число Fe²⁺ равно шести: в порфириновом комплексе пятое координационное место занимает гистидиновая группа белка, образуя координационую связь атома азота с Fe²⁺. В отсутствие кислорода шестым лигандом является вода. В случае, когда вода замещается на кислород, образуется оксигемоглобин. Кроме воды и кислорода ион Fe²⁺ может связывать и некоторые другие лиганды, например, СО, CN^- и оксиды азота. Так, с молекулами угарного газа гемоглобин образует карбоксигемоглобин, а с оксидами азота - метгемоглобин, содержащий ионы Fe³⁺. Накопление этих видов гемоглобина в крови приводит к снижению снабжения тканей кровью.

Схема образования связей в гемоглобине

Гем в виде гем-порфирина является простетической группой производных гемоглобина: миоглобина, каталазы, пероксидазыи цитохромов.

Отличительной особенностью гемоглобина (миоглобина) являет-ся постоянство степени окисления железа Fe²⁺. Равновесие:

О₂ + гемоглобин ⇄ оксигемоглобин

в легких смещено вправо, а в клетках – влево.

Таким образом, гемоглобин (миоглобин) является переносчиком молекул (Н₂О, О₂).

Транспортные функции выполняют и цитохромы,в которых связь между гемом и полипептидной цепью осуществляется при помощи остатков цистеина белковой цепи.

Однако, в отличие от гемоглобина и миоглобина, механизм их действия основан на изменении степени окисления железа:

Fe²⁺ - Fe³⁺,

Fe³⁺ + Fe²⁺.

Передавая электроны от цитохрома b к цитохромооксидазе, ионы железа участвуют в процессе окислительного фосфорилирования.

С кислородом и СО цитохромы не взаимодействуют.

Витамины

Единственным витамином, содержащим в своей структуре металл, является витамин В₁₂ (кобаламин).

В его состав входит ион Со³⁺, который находится в центре плос-кой корриновой системы (подобна порфириновой) и связан с атомами азота восстановленных пиррольных колец. Перпендикулярно плос-кости корриновой системы расположен нуклеотидный лиганд, состо-ящий из 5,6-диметилбензимидазола и рибозы с остатком фосфорной кислоты. Наконец, шестым лигандом является цианид-ион.

Витамин В₁₂ содержится в ферментных системах в виде В₁₂-ко-ферментов или кобамидных коферментов - метилкобаламина, содер-жащего дополнительную метильную группу, и дезоксиаденозин-кобаламина, содержащего 5¢-дезоксиаденозинкобаламин.

Так, метил-кобаламин выполняет функции переносчика метильной группы в реакции синтеза метионина. Кроме того, витамин В₁₂ необходим для образования эритроцитов.

Недостаток витамина₁₂ приводит к нарушениям деятельности нервной системы и вызывает резкое снижение кислотности желудоч-ного сока.

Схема образования связей в витамине B₁₂ (кобаламине)

Ферменты

Ферментами называют класс веществ белковой природы, катали-зирующих большое число химических реакций. Ферменты обеспечи-вают реализацию генетической информации, а также обмен веществ и энергии. Ферменты отличаются от неорганических катализаторов значительно большей активностью и высокой специфичностью действия: один фермент, как правило, катализирует только одну химическую реакцию.

Действующим началом фермента карбоксипептидазы, катализи-рующего процессы гидролиза, является ион Zn²⁺. Ион цинка оттягивает на себя электроны карбонильной группы С = O в пептиде (- СО - NH -), в результате связь С = O еще больше поляризуется, что облегчает гидролиз и разрыв С-N связи.

Ионы цинка также входят в состав фермента карбоангидразы, который катализирует гидратацию СО₂, т. е. образование иона НСО₃^-, и в тоже время участвует в каталитическом разложении НСО₃^-, которое сопровождается выделением СО₂. Первая реакция протекает в альвеолах легких, вторая (обратная) - в клетках.

Некоторые другие комплексные соединения металлов, играющие определенную биологическую роль, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Биологически важные комплексы металлов.