Глава 5. Координационные соединения и медицина

Организмы животных и растений состоят из сложных веществ, включающих в свой состав как неметаллы, так и металлы. Элементный химический состав организмов тесно связан с химическим составом земной коры. Согласно В.И. Вернадскому, в живом организме находятся все элементы таблицы Д.И. Менделеева, но в различных количествах. Школа В.И. Вернадского различает макроэлементы, встречающиеся в организмах в количествах

10⁰-10^-2 %, микроэлементы, содержащиеся в пределах 10^-3-10^-5 %, и ультрамикроэлементы, встречающиеся в количестве <10^-5 %. Макроэлементы составляют около 99% массы организмов.

Кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор входят в состав основных органических веществ, в том числе пептидов и белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов и витаминов, являющихся материальным субстратом и источником энергии живого, а также биорегуляторами обмена веществ.

5.1.Основные биолиганды

В живом организме многие соединения могут быть лигандами координационных соединений. К ним относятся неорганические ионы и нейтральные молекулы, без которых метаболизм, питание и сама жизнь организма невозможна: галогенид-ионы, сульфат-, нитрат-, фосфат-, карбонат- и гидроксил- ионы; H₂O, O₂, CO₂, NH₃. Но основными биолигандами являются органические соединения. Характерной особенностью биолигандов является их полидентатность, следовательно способность образовывать одной молекулой лиганда с данным катионом металла один или несколько хелатных циклов, что приводит к образованию очень прочных координационных соединений (хелатный эффект). Один из важнейших типов биополимерных лигандов – белки. В полипептидных цепях белка содержатся донорные атомы азота и кислорода, которые могут участвовать в образовании хелатных циклов и макроциклических комплексов (рис.39):

Рис.39. Фрагмент пептидной цепи.

Кроме того, к полипептидным цепям через различные функциональные группы могут быть привязаны порфириновые кольца, содержащие четыре пиррольных ядра. Порфириновые металлоциклы содержатся в хлорофилле и гемоглобине.

Полисахариды, в виде которых организм запасает углеводы (крахмал, гликоген), имеют в своём составе донорные кислородные атомы (рис.40) также являются полимерными лигандами:

Рис.40. Фрагмент амилозы.

Другой вид наиболее важных биополимерных лигандов - нуклеиновые кислоты. В полинуклеотидных цепях нуклеотидные звенья связываются через фосфатную группу. Каркас цепи состоит из чередующихся пентозных и фосфатных остатков, а гетероциклические основания являются боковыми группами, присоединёнными к пентозным остаткам. На рис.41 представлен нуклеотид аденозин-5΄- фосфат, 5΄-адениловая кислота:

Рис.41. Аденозин-5΄- фосфат, 5΄-адениловая кислота.

Совершенно ясно, что рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК) кислоты обладают свойствами лигандов: донорные атомы(N и O) имеются во всех фрагментах нуклеиновых кислот.

Кроме белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот свойствами лигандов обладают производные фосфорной кислоты (аденозинфосфаты, липиды и др.), различные органические кислоты, насыщенные и ненасыщенные.