Бионеорганическая химия. Биогенные элементы. (Лекция 4.1)

Содержание в организме
Элементы-органогены: O, C, H, N, P, S – 97,3%

«Металлы жизни»
Общее содержание – 2,4%

Биогенные элементы
Макроэлементы
>10-3 %
Микроэлементы
10-3 ÷ 10-6 %
Биогенные элементы – элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности
различных клеток организма
построение тканей
поддержка осмотического давления
кислотно-основный,
окислительно-восстановительный,
металло-лигандный гомеостаз
ферменты, гормоны, витамины
комплексообразователи
активаторы обмена веществ
В организме более 60 элементов! (Se, As, Tl, V, Cr, Ag…)
оптимальное содержание
микроэлемента
(гомеостаз)
дефицит
токсичность

Роль биогенных элементов
Углерод
белки, жиры и прочая органика (совместно с N, S, O, H)
гидрокарбонатный буфер HCO32-/CO2
Кислород
вода (совместно с Н)
неорганические соли (совместно с Н)
дыхание
Фосфор
гидрокарбонатный буфер HРO42-/ H2РO4-
фосфаты кальция (апатиты)
АТФ и прочие «энергетики»
Калий, натрий
буферные системы
осмотическое давление
Магний
костная ткань
активатор ферментов (окислительное фосфорилирование, репликация ДНК, синтез белков, гидролиз АТФ)

Биологическая роль железа
гемоглобин-free
Цитохром с (cytc)
перенос электронов
апотоз (запрогромированная клеточная смерть)
окисление ароматических у/в
антиокисдант (O2- ? O2)
Цитохром с-оксидаза (COX)
α3/CuB – каталитический центр
электронный перенос (α1/CuА )
катализ восстановления О2

Биологическая роль железа
Оксигеназы
катализируют реакции внедрения О2
Диоксигеназы
внедряют оба атома О
Монооксогеназы
внедряют один атом О
+ Н2О
Активный центр 3,4-PCD
протокатеохат-3,4-диоксигеназа
тригональная
бипирамида
tbp
гемовое железо (цитохром Р-450)
негемовое железо (липооксигеназа)
N = гистидин
Активный центр
липоокигеназы
октаэдр
Oh

Биологическая роль железа
+
Ing
либо
tbp
tbp
Oh
ингибитор
сильно связывающийся
ингибитор
слабо связывающийся
ингибитор
3,4-PCD
Механизм работы цитохрома Р-450
пероксожелезо
гидропероксожелезо
оксеноидное железо

Биологическая роль железа
Ферредоксины fd
FeS-протеины или кубановые кластеры
Известно более 120 ферментов
[Fe2S2](SCys)4
[Fe4S4](SCys)4
[Fe2S2]-
[Fe2S2]2-
[Fe4S4]+
[Fe4S4]2+
[Fe4S4]3+

Биологическая роль железа
Ферредоксины fd
[Fe3S4](SCys)3
[Fe3S4]+
[Fe3S4]0
[Fe3S4]-
[Fe3S4]-
[Fe8S8](SCys)6(OSer)

Биологическая роль железа
Ферредоксины fd
Кубановые кластеры в дегидрогеназе

Биологическая роль железа
Цикл Кребса
Ханс Кребс
(Krebs)
Нобелевская премия по медицине, 1953
+
+Fe2+
-Fe2+
Актиназа
неактивная форма
цис-актиновая к-та
цитрат

Биологическая роль железа
Возникновение ферредоксинов
Кристаллическая решетка
грейгита
ферредоксины

Биологическая роль меди
Cu+1 – цистеин, метионин
Td
Cu+2 – гистедин, серин, тирозин
D4h
CuZn-зависимые супероксиддисмутазы SOD
Активнй цент
CuZn-супероксидисмутазы
O2- + SOD-Cu(II)
O2 + SOD-Cu(I)
O2- + SOD-Cu(I)
H2O2 + SOD-Cu(II)