4 Биологическая роль элементов

1. Li

2. Na

3. K

4. Ca

5. Mg

6. Ca

7. Cr

8. Mo

9. V

10. Mn

11. Fe

12. Co

13. Cu

14. Zn

15. Hg

16. Cd

17. B

18. Al

19. P

20. As

21. N

22. F

23. Cl

Образец ответа Задание 4. Биологическая роль элементов

Вопрос 14 «Zn»

По содержанию в организме цинк относится к микроэлементам. В организме взрослого человека содержится 1,8 г (0,0024 %) Zn.

Цинк – необходимый элемент всех растений и животных. В организме взрослого человека больше всего цинка в мышцах (65 %), костях (20 %). Остальное количество приходится на плазму крови, печень, эритроциты. Наибольшая концентрация цинка в предстательной железе.

Цинк не проявляет переменной валентности. Видимо поэтому его биокомплексы принимают участие во многих биохимических реакциях гидролиза, идущих без переноса электронов. Ион цинка входит в состав более 40 металлоферментов, катализирующих гидролиз эфиров и белков.

Одним из наиболее изученных является бионеорганический комплекс цинка – фермент карбоангидраза (М_r = 30 000), состоящий, примерно, из 260 аминокислотных остатков.

Ниже схематично представлено положение иона цинка в полости карбоангидразы (КА). Белковый лиганд, связанный с Zn²⁺, представляет активный центр фермента. Цинка в ферменте всего 0,22 %. Тем не менее наличие цинка – необходимое условие каталитической активности карбоангидразы, которая обеспечивает гидратацию СО₂:

СO₂ + Н₂O НСО₃^– + Н⁺

Протекание этой реакции обусловливает нормальное дыхание. В отсутствие карбоангидразы нормальный газообмен был бы затруднен, так как гидратация СО₂ замедлилась бы в 10000000 (10⁷) раз.

Как видно из схемы, координационное число Zn²⁺ в карбоангидразе равно 4. Три связи заняты аминокислотными остатками (His – гистидил), а четвертая связывает гидроксил – ион ОН^– или молекулу воды.

Единого мнения о действии карбоангидразы нет. Одни исследователи считают, что цинк координирует молекулу воды, гидратирующую СО₂. Другие полагают, механизм «цинк–гидроксид»), что цинк координирует гидроксильную группу при гидратации СО₂:

ОН^– + СО₂  НСО₃^–

Прежде полагали, что карбоангидраза катализирует только обратимую гидратацию СО₂. Однако имеются данные о каталитическом действии карбоангидразы на превращение карбонильной группы (С=О) субстрата в карбоксильную (СООН). В этом случае механизм действия карбоангидразы подобен действию другого цинксодержащего фермента – карбоксипептидазы (КОП).

Одна из наиболее изученных форм КОП имеет 307 аминокислотных остатков (содержание цинка 0,19 %). Схему реакции превращения карбонильной группы субстрата в карбоксильную, катализируемой КОП, можно представить следующим образом:

Механизм действия КОП окончательно не выяснен, и возможны два варианта. Механизм «цинк–карбоксил» предполагает, что субстрат вытесняет молекулу воды, координированную цинком. Затем карбонильная группа образует связь с ионом цинка. Другой механизм не предполагает образование связи через карбоксил фермента.

Цинк не входит в состав дипептидаз – ферментов, катализирующих гидролиз дипептидов – веществ, состоящих из двух аминокилсот.

Цинк образует бионеорганический комплекс с инсулином – гормоном, регулирующим содержание сахара в крови.

Потребность человека в цинке полностью удовлетворяется пищевыми продуктами: мясными, молочными, яйцами.

При недостатке цинка в растениях нарушаются белковый и углеводный обмен, тормозится синтез хлорофилла и витаминов. Дефицит цинка устраняется при использовании цинксодержащих удобрений.

Использование соединений цинка в медицине основано на его вяжущем, прижигающем и антисептическом действии. В качестве глазных капель применяют 0,25 %-ный водный раствор цинк сульфата ZnSO₄. В стоматологии цинк хлорид ZnCl₂ используют для прижигания папилом, для лечения воспаленных слизистых. Применяется также цинк оксид ZnO.

земная кора