2. Лігандообмені процеси, що протікають в організмі в нормі

2.1. Загальна характеристика.

Практично усі іони, d-елементів в умовах організму в зв'язаному стані, оскільки утворюють комплексні сполуки з різними біолігандамі, до складу яких входять донорниє атоми кисню, азоту, сірі. Іони мають різну спорідненість до тих або інших донорних атомів: Cu²⁺ переважно зв'язується атомами азоту, Сu⁺, Мо²⁺ і Cd²⁺ атомом сірки SH – групи цистєїна, Zn²⁺ – гетероатомом азоту імідазола і атомом сірки цистєїна. Іони d-металів здатні утворювати комплекси не тільки з амінокислотами, але і з білками, полінуклеотидами і багатьма іншими сполуками.

Біокомплексні сполуки значно розрізняються по стійкості. Одні з них настільки міцні, що постійно знаходяться в організмі і виконують певну функцію. Роль металу в таких комплексах специфічна; заміна його навіть на близький по фізико- хімічних параметрах елемент приводить до значної або повної втрати фізіологічної активності. Прикладами таких сполук є гемоглобін (тільки кобальтовий аналог цьой сполуки володіє незначною здатністю зв'язувати і переносити кисень), вітамін В₁₂ хлорофіл, деякі металлоферменти, наприклад цитохроми.

Проте в організмі присутні і менш міцні комплексні сполуки, які часто утворюються тільки для виконання певних функцій, після чого руйнуються: наприклад, утворювання між іоном металу і ферментом комплексної сполуки на період здійснення каталізу. Більшість таких ферментів володіють каталітичною активністю і без іона металу, але вона буде нижча. Іони металів в таких випадках виконують функції активаторів. Специфічність металу в цих комплексах часто не виразлива, він може бути замінений на іншій без втрати фізіологічної активності. Наприклад, кинази активуються в основному іонами магнію, а також іонами кальцію і марганцю. У ряді випадків ці активатори можуть бути замінені на інші двохзарядні іони (кобальту, цинку). В даний час вважають, що іон металу активує киназу в тому випадку, якщо він зв'язується з ферментом через субстрат Е—S—Me. При іншому порядку скріплення Е—Me—S наступає інгибірованіє ферменту.

Імовірно, що для активації ферменту величина константи нестійкої комплексу, що утворюється, відповідно до цих уявлень повинна бути чималою, оскільки комплекс кожного разу руйнується після структурної перебудови в молекулі субстрата і знов утворюєтся після приєднання чергової молекули субстрата.

До біокомплексних сполук з невисокими значеннями констант стійкості можна віднести також сполук, які стабілізують складні структури. Утворення, наприклад, металополінуклеотідних комплексів стабілізує подвійну спіраль ДНК. Комплекси з ДНК (в основному з донорним атомом кисню фосфатних груп, частково — з донорнимі атомами азоту підстав) утворюють двохзарядні іони марганцю, кобальту, заліза, нікелю. Вони можуть замінювати один одного.

Проміжне положення між цими двома групами біокомплексних сполук займають так звані діссоциірующие металлоферменти. Іони металів в цих комплексах виконують функції кофактора. Наприклад, карбоксипептідаза у відсутність нона металу неактивна. Максимальну активність цей фермент проявляє в тому випадку, якщо в активному центрі знаходиться іон цинку. Заміна іона цинку на іони кобальту, марганцю або нікелю приводить до зменшення каталітичної активності карбоксипептідази. Таким чином, з підвищенням міцності комплексу підвищується і специфічність ролі металу.