Неорганическая химия - [24]

На основе законов химического равновесия нетруд–но понять функционирование гемоглобина как пере–носчика кислорода от легких к тканям.

Гемоглобин без кислорода (дезоксигемоглобин) представляет собой слабую кислоту и его химическую формулу можно представить в виде HHb⁺. Присоедине–ние кислорода сопровождается отщеплением протона и образуется оксигемоглобин HbO_2- . При этом имеет место равновесие:

HHb⁺ + O₂ → HbO₂ + Н⁺.

При поступлении бедной кислородом венозной крови в легкие, где парциальное давление кислорода велико (до 20 кПа), его растворимость возрастает согласно за–кону Генри. Это приводит в соответствии с принципом Ле Шателье к смещению равновесия вправо и образо–ванию оксигемоглобина. Дополнительное смещение равновесия вправо обусловлено тем, что в легких зна–чение рН повышено (до 7,5). В результате в легких дезоксигемоглобин практически полностью (до 97%) на–сыщается кислородом и переходит в оксигемоглобин. В капиллярах, пронизывающих периферические ткани, парциальное давление кислорода снижается до 5 кПа, а значение рН снижается до 7,2. В результате равнове–сие смещается влево. В оттекающей с периферии кро–ви гемоглобин насыщен кислородом лишь на 65%.

42. Биологическая роль соединений железа. Моноксид углерода СО.

Металлокомплексные свойства гемсодержащих бел–ков проявляются при действии таких токсических ве–ществ, как СО (угарный газ) и MCN (цианиды – соли синильной кислоты).

Наиболее важными с физиологической точки зре–ния являются железосодержащие белки: гемоглобин, миоглобин, цитохромы, пероксидазы, каталаза. Гемо–глобин – главная составная часть эритроцитов, обес–печивает внешнее дыхание, являясь переносчиком кислорода от легких к тканям.

Железо Fe и кобальт Со – необходимые микроэле–менты живых организмов.

Моноксид углерода СО – один из продуктов непол–ного сгорания топлива. Значительные количества этого газа выделяются при работе котельных, двига–телей внутреннего сгорания, курении. При вдыхании СО с воздухом в легких параллельно с оксигемогло-бином HbO₂ образуется металлокомплексное соеди–нение – карбонилгемоглобин HbCO. Константа устой–чивости HbCO примерно в 200 раз больше, чем у HbO₂ –. Поэтому даже малые количества СО «перехватывают» значительную долю дезоксигемоглобина, в результате поступление кислорода к органам уменьшается. По–являются признаки гипоксии – кислородной недоста–точности. В первую очередь страдают нервные ткани. Для детоксикации (устранения отравляющего дей–ствия) моноксида углерода во многих случаях доста–точно прекратить его поступление и усилить кислород–ную вентиляцию – вывести пострадавшего на свежий воздух. При этом опять работает принцип Ле Шателье – равновесие смещается в сторону образования оксиге-моглобина.

При больших концентрациях моноксид угле–рода блокирует гемсодержащие белки клеточ–ного дыхания, и трудно избежать летального исхода.

Аналогичен механизм действия цианидов, но их ток–сичность выше, чем у СО. Поступление в кровь даже очень небольших количеств этих веществ приводит к остановке дыхания и летальному исходу. Высокая ток–сичность цианидов объясняется высокой прочностью связи Fe—CN—, что обусловливает большую устойчи–вость цианидгемоглобина.

Кислородное дыхание приводит к образованию пероксида водорода H₂O₂ . Это вещество обладает высо–кой окислительной способностью. При его взаимо–действии с биоорганическими соединениями клеток образуются радикалы – очень активные молекуляр–ные частицы с ненасыщенной валентностью, и иниции–руется пероксидное окисление. Под действием ради–калов разрушаются важнейшие составные части клетки – мембраны и ДНК. В ходе биологической эво–люции природа выработала особый белок – фермент каталазу, которая разрушает пероксид водорода. Тем самым ограничивается избыточное накопление этого вещества, и предотвращается разрушение клетки.

Действие каталазы (CatFe²⁺ ) может быть предста–влено в виде каталитического цикла из двух последо–вательных реакций:

CatFe²⁺ + Н₂O₂ – CatFe²⁺ × Н₂O₂ ,

CatFe²⁺ × Н₂O₂ + Н₂O₂ → CatFe²⁺ + 2Н₂O₂ + O₂ .

В результате разрушаются 2 молекулы пероксида водорода, а молекула биокатализатора CatFe2+ осво–бождается и может вступать в следующий каталити–ческий цикл. Этот процесс очень быстрый. В течение секунды 1 молекула каталазы может осуществлять до 20 000 циклов.

43. Биологическая роль соединений железа и кобальта

При недостатке в организме железа может развиться болезнь – железодефицитная анемия (малокровие). Возникает тканевая кислородная недостаточность, связанная с нехваткой железа для синтеза гемоглоби–на. В результате доставка кислорода к перифериче–ским органам снижается, и, соответственно, понижает–ся уровень клеточного дыхания, замедляется обмен веществ.

Введение в качестве лекарственных препаратов хлорида железа (II) или сульфата железа (II) ослабляет остроту заболевания. Для этих же целей используется мелкодисперсный порошок металлического железа (железо восстановленное, до 1 г на прием), который легко растворяется в соляной кислоте желудочного сока. Поэтому действие этого препарата аналогично действию хлорида железа (II). Однако более эффек–тивны препараты, представляющие собой бионеорга–нические комплексы железа с сахарами, никотинамидом и другими органическими веществами. Такие комплексы хорошо всасываются в кровь, с чем и связана их фарма–кологическая эффективность.