Бионеорганическая химия. Комплексообразование в организме. (Лекция 3)

Формы существования ионов
Акватированные (свободные) ионы
K+, Na+ 100%
Mg2+ 55-60%
Сa2+ 45%
Комплексы с белками,
фосфолипидами и т.д.
Mg2+ 40-45%
Сa2+ 55%
d-металлы 100%
Водонерастворимые соединения
(костная ткань)
Mg2+ 50%
Сa2+ 99%

Теория жестких и мягких кислот и оснований Пирсона
Ральф Пирсон
(Pearson)
J. Am. Chem. Soc., 1963, 85 (22), pp 3533–3539
№13 в списке топ-цитируемых статей JACS
2603 ссылки
Основная идея: жесткое с жестким
мягкое с мягким
Куст максимальна
Гилберт Льюис
(Lewis)

Теория ЖМКО (HSAB)
Увеличение мягкости комплексообразователя
Na+, K+ Mg2+, Ca2+ Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ Cd2+, Pb2+, Hg2+
«металлы жизни»
токсиканты
Увеличение мягкости комплексообразователя
F-, OH-, H2O, Cl- RCOO-, RNH2 S2O32-, RSH, CN-, CO

Металлолигандный гомеостаз
биометалл
биолиганд
Гомеостаз – постоянство неравновесных концентраций
2. Появление в организме металла-токсиканта МТ (поступает извне)
Куст (MТLB ) > Куст (MBLB)
Причины нарушения металлолигандного гомеостаза
1. Нехватка или избыток биометалла MB
Хелатотерапия – введение хелатного препарата LП,
эффективно связывающегося с MТ и не затрагивающего MB
Куст (MBLП) < Куст (MBLB)
Куст (MТ LП) > Куст (MТ LB)

Металлолигандный гомеостаз
Хелатирующие препараты
EDTA в виде тетацин-кальция
Унитиол
Сукцимер
Тиосульфат натрия Na2S2O3
3. Появление в организме лигандов-токсикантов LT
поступают извне
образуются в результате лигандной патологии
Куст (MBLT) > Куст (MBLB)

Комплексы «хозяин-гость»
Дональд Крам
(Cram)
+
«гость»
«хозяин»
комплекс
«хозяин-гость»
Нобелевская премия по химии, 1987
Ионофоры – органические вещества, осуществляющие перенос ионов
через биологические мембраны
Валиномицин – природный депсипептид
переносит К+
Грамицидин А – спиралевидный полипептид
«эстафетный» транспорт Na+

Гемоглобин
Порфин
Гем B
Хлорофилл
Миоглобин: гем В + глобин
Гемоглобин: 4 гема В + 4 глобина

в легких
Гемоглобин
Цитохром с – содержит гем
Гем А в цитохром с-оксидазе
миоглобин
оксимиоглобин
+ О2
+ Н2О
в тканях

Гемоглобин
Координация кислорода
+ О2
- О2
π*(O2) (занятая)
π*(O2) (свободная)
Синглетный кислород!
ǁ
ǁ
ǁ
ǁ
ǁ
ǁ
неподеленная
пара
вакантная
орбиталь

- СO2
в легких
в тканях
+ СO2
в легких
O2
H2O
в тканях
Глобин
Глобин
Глобин
Глобин
Глобин
Глобин
гемоглобин (HHb)
оксигемоглобин
(HHbО2)
карбоксигемоглобин
(HHbСО)
анион
гемоглобина
Hb-
анион
оксигемоглобина
HbО2-
анион
карбаминогемоглобина
Hb∙СО2-
СО
pKa=6,95
pKa=8,20

Сеченов И.М.
Фиксация СО2
Гемоглобин
Координация СО
Летальная концентрация СО 2 мг/л при 60-минутной экспозиции
(≈60% HHbСО) 5 мг/л при 2-минутной экспозиции
Глобин
Глобин

Влияние окислителей
Глобин
Гемоглобин
окислитель
восстановитель
+ Н+ + ē
NO3-, NO2- …
метгемоглобин
метНHb(Fe3+)
HHb + NO
нитрозогемоглобин

Цитохромоксидаза
М = Fe3+/2+, Cu2+/1+
+ CN-
М = Fe3+, Cu2+
+ CN-
- OH
Na2S2O3 + KCN = Na2SO3 + KSCN
роданид
метгемоглобин
цианметгемоглобин