VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Роль комплексных соединений в жизнедеятельности живых организмов огромна. Исключительно важное значение их видно из следующего примера: два вещества – гемоглобин и хлорофилл являются комплексными соединениямижелеза и магния соответственно. Применение комплексных соединений в медицине и фармации связано в основном с их использованием в методах качественного и количественного анализа – в комплексонометрии. Широкое применение методы комплексонометрии получили после открытия органических веществ, относящихся к классу аминокарбоновых кислот, которые оказались прекрасными комплексообразователями. Эти соединения были названы комплексонами, а методы объёмного анализа, основанные на их применении, - комплексонометрией. К наиболее известным комплексонам относятся: - нитрилотриуксусная кислота (комплексон 1), этилендиаминтетрауксусная кислота (комплексон II), двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, комплексом III, трилон Б).

На практике обычно применяют хорошо растворимую в воде двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б). Анион этой соли образует особо прочные пятичленные кольца с ионами металлов и может действовать как четырёх-, пяти- и шестидентатныйлиганд.

В настоящее время разработаны кемплексонометрические методы определения более 80 химических элементов. Широкое распространение получила комплексонометрия в медико-биологических исследованиях. Этот метод необходим для определения в живых организмах кальция, магния и многих микроэлементов. Комплексонометрия применяется в анализе лекарственного сырья, питьевых, минеральных и сточных вод. В биологии и медицине комплексоны используются не только в аналитических целях, но и в качестве стабилизаторов при хранении крови, так как комплексоны связывают ионы металлов, катализирующих реакции окисления. Комплексоны применяются также для выведения из организма ионов токсичных металлов (Рb²⁺, Cd²⁺ , Hg²⁺ и др.) , радиоактивных изотопов и продуктов их распада.

Также широко распространено применение монодентатныхлигандов. В гемоглобине таким лигандом является молекула воды, а оксигемоглобине - молекула О₂.. Прочность последнего комплекса достаточна для связывания кислорода в капиллярах альвеол и переноса от легких к тканям , но вместе с тем не слишком велика, что обеспечивает своевременное высвобождение молекул кислорода при падении его парциального давления над кровью в процессе газообмена.

Помимо гемоглобина способностью связывать молекулярный кислород обладают и некоторые другие металлопротеины. Одним из них является миоглобин, содержащийся в мышцах и придающий им характерный красно-серый цвет. По своей структуре миоглобин напоминает гемоглобин, но состоит из единственной полипептидной цепи, связанной с одной простейшей группой. Основной ролью миоглобина является накопление и поддержание запаса кислорода, необходимого для выполнения мышечной работы.

В организмах членистоногих и моллюсков функции переносчика кислорода выполняет гемоцианин, простетические группы которого представляют собой порфириновые комплексы меди в степенях окисления +1 или +2.

Основным источником энергии для жизнедеятельности является солнечный свет, в поглощении которого участвует хлоролофилл - комплекс магния с макроциклическими лигандами. В процессе фотосинтеза энергия квантов электромагнитного излучения используется для осуществления сложной последовательности эндэргонических процессов, приводящих в конечном итоге, к образованию глюкозы и кислорода из воды и углекислого газа:

6СО2+ 6Н2О =С6Н12О6 + 6О2.

Эта реакция является важнейшим биологическим процессом на Земле. Семейство витаминов В12 (кобаламинов) включает порфириновые производные кобальта, в которых ион-комплексообразователь Со²⁺ связан с пятью атомами азота хелатного лиганда и одним монодентатнымлигандом-цианогруппой CN^- ,анионом ОН^- . Терапевтическое действие кобаламинов практически не зависит от природы монодентатноголиганда,т.к. в человеческом организме все они быстро превращаются в цианокобаламин.

В отличии от многих металлоферментов витамины семейства В₁₂ обладают широким спектром биологического действия .Они участвуют в катаболизме жиров и белков, синтезе метионина и процессах кроветворения. Недостаток витамина В₁₂ приводит к развитию анемии и дегенерации нервных тканей. Подвижность монодентатноголиганда при атоме кобальта и относительно большая цианокобаламина по сравнению с другими витаминами В₁₂ позволяет использовать оксикобаламин в качестве эффективного антидота при острых отравлениях цианидами. Своевременная инъекция нескольких граммов оксикобаламина способствует связыванию токсичных ионов CN^- по схеме: оксикобалами +CN^- = цианокобаламин + ОН^- с последующегосяцианокобаламин из организма.

В состав металоферментов могут входить атомы как одного, так и нескольких различных металлов. Так, фермент ксантиноксидаза, катализирующий окисления пуриновых оснований и образование мочевой кислоты ,содержит два атома молибдена и восемь атомов железа. Комплексы меди(2), марганца(2), кобальта(2) и молибдена(4) способствует протеканию ОВР, и участвуют в синтезе РНК и других важнейших биохимических превращениях.

Еще одним важнейшим классом бионеорганических комплексов металлов являются транспортные комплексы, в которых один или несколько атомов металла связаны с атомами азота, кислорода или серы белковых молекул, выступающие в роли полидентатныхлигандов. Одним из основных переносчиков ионов металлов в человеческом организме является низкомолекулярный белок металлотионеин(Мr=6500), содержащий большое число цистеиновых фрагментов. Один моль металлотионина способен перенести 7-12 моль таких жизненно необходимых элементов, как Zn, Cu и Se. При отравлениях тяжелыми металлами (Сd, Hg, Pb, Ag, As) данный белок выполняет защитную функцию, связывая их в прочные и относительно малотоксичные комплексы.

Другой железосодержащий белок, трансферрин выполняет преимущественно транспортные функции. Несмотря на сравнительно низкое содержание железа ( 2моль ионов Fe³⁺ на одну молекулу белка, трансферриновые комплексы обеспечивают высокую скорость тканевого обмена данного элемента и являются важными переносчиками железа.

Изучение бионеорганических комплексов дает важную информацию об особенностях их метаболизма и позволяет разрабатывать эффективные способы коррекции заболеваний, связанных с недостатком (или, наоборот, с избытком) тех или иных элементов в человеческом организме. В многочисленных экспериментах было показано, что непосредственное введение в организм катионов физиологически важных микроэлементов (Fe²⁺ Fe³⁺,Zn²⁺ Cu²⁺ Co²⁺ Mn²⁺Cr³⁺) в форме их неорганических солей ( например, хлоридов или сульфатов) обычно не приводит к желаемому результату, поскольку при попадании в желудочно- кишечный тракт или другие жидкие среды организма эти ионы немедленно превращаются либо а нерастворимые соединения (фосфаты, карбонаты, оксалаты) либо в прочные комплексы с разнообразными защитными белками. Кроме того, свободные катионы переходных элементов вызывают денатурацию ферментов и других белковых соединений ,что приводит к разнообразным нарушениям метаболических процессов, функций внутренних органов, поражению слизистых оболочек.

Многие из указанных проблем могут быть успешно решены при правильном подборе бионеорганических комплексов металлов, необходимых для нормального функционирования человеческого организма. Так, для лечения анемии, вызванной недостатком железа и кобальта, данные элементы должны вводится в виде координационных соединений, например, представляющих собой комплексы железа с глюконовой кислотой, витамином В_12. и другими.

Недостаток хрома может быть восполнен введением комплексов этого элемента с пиколиновой или аспарагиновой кислотами, биоусвояемость которых в желудочно-кишечном тракте достигает 20-30%. Для сравнения отметимБигеннаяроль,что аналогичный показатель для неорганических солей хрома не превышает 1%.

Также для выделения избытка того или иного элемента используются различные органические соединения, молекулы или анионы которых способны выступать в роли хелатных лигандов. Помимо комплексов в качестве универсального антидота при отравлениях кадмием, ртутью, мышьяком, свинцом и многими переходными элементами широко применяется препарат унитоил. Молекулы унитоиласодержат две функциональные группы SH и по характеру своего действия является аналогом металлотионина.

Список прилагаемой литературы:

1.http://www.f-mx.ru/ximiya/kompleksnye_soedineniya.html

2. http://ppt4web.ru

3.http://vmede.org/sait/id=Obwaja_himija_jolina