Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
(11.1) (11.2) (11.3)
В кровотоке аминокислоты связаны с очень незначительным количеством меди и цинка. Около 90% всего количества меди находится в связанном состоянии, образуя с белком церуло-плазмином комплекс ярко-синего цвета, причем связь эта настолько прочна, что никакого обмена не наблюдается. Концентрации обменивающихся ионов меди и цинка в плазме крови составляют 1,1 мкМ и 15 мкМ соответственно [Agarwal, Perrin, 1976]. Почти все обменивающиеся ионы меди связаны с концевыми остатками альбумина NH2-Asp-Thr-His (в плазме быка) и NH2-Asp-Ala-His (в плазме человека). В связывании участвуют NH2-rpynnbi, два пептидных атома азота и имидазольный атом азота гистидинового остатка. Условная константа связывания (выражаемая как log К1) составляет 12,1 при pH 7,4 для комплекса медь — альбумин (1:1) и 7,6 для комплекса цинк — альбумин (1 : 1), хотя характер связывания цинка и меди различается. Цинк в отличие от меди легко удаляется из; плазмы крови при инъекции комплекса кальций — ЭДТА. (11.27).
Металл в качестве кофактора необходим примерно 12% всех известных ферментов. Какую же роль он играет в этих, случаях? По-видимому, металл часто служит мостиком между субстратом и белком, причем последний способен активировать металл, акцептируя его свободные электроны. Образование избыточного положительного заряда на атоме металла приводит к тому, что электронная плотность смещается от субстрата к металлу. При этом уменьшение свободной энергии активации субстрата происходит за счет изменения его электронной-структуры под действием металла.
Подобная картина наблюдалась и при исследовании двух содержащих марганец ферментов — креатинкиназы и мышечной енолазы методом ЭПР. Было показано, что у первого из них марганец образует связь с коферментом (АДФ) и с субстратом, но не с белком, а у второго — атом марганца, по-видимому, служит мостиком между субстратом и белком [Cohn, Leigh, 1962]. В других случаях роль металла, по-видимому, сводится исключительно к обеспечению необходимой третичной структуры белка (по аналогии с дисульфидным мостиком S—S). При образовании требуемой третичной структуры часто происходит сближение двух или трех остатков аминокислот, образующих активный центр, тогда как в вытянутой полипептидной цепи
10—734
145 /
і
эти остатки располагаются далеко друг от друга. Примером •может служить атом цинка в молекуле щелочной фосфатазы •бактерий Е. coli: при удалении атома цинка спектр кругового дихроизма этого фермента резко изменяется под действием 6М мочевины, так как природная конформация превращается в беспорядочную спираль [Trotman, Greenwood, 1971]. Подробнее об этом ферменте см. разд. 11.0.
Многие ферменты, например трипсин, функционируют без участия металла. Однако те ферменты, которым необходимы тяжелые металлы, обычно удерживают их очень прочно. Поэтому во многих случаях металл не удается удалить диализом и даже сильные хелатирующие агенты проникают в клетки микроорганизмов, не причиняя им вреда (разд. 11.7.1). Вероятнее всего, это обусловлено спецификой третичной структуры, а не высокими значениями констант устойчивости (см. выше).
Кроме аминокислот, белков и пептидов существует много других металлосвязывающих соединений, играющих важную роль во всех живых клетках. К ним прежде всего относятся птеридины (в том числе фолиевая кислота) и пурины, для комплексов которых с металлами были определены константы устойчивости [Albert, 1953; Albert, Serjeant, I960]; рибофлавин, обладающий наибольшим сродством к металлу в частично восстановленном состоянии [Hemmerich, Veeger, Wood, 1965], спермин (11.4) и диамины спермидин (11.5) и путресцин (11.6).
H2N(CH2)3NH(CH2)4NH(CH2)3NH2 H2N(CH2)3NH(CHj)4NH2
Спермин Спермидин
(11.4) (11.5)
h2nch2ch2ch2ch2nh2
Путресции (11.6)
Все виды фосфатов способны связывать металлы в живых клетках. Говоря о неорганических фосфатах, следует отметить, что для орто-фосфатов (Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+) значения констант устойчивости были заново определены и выяснилось, что комплексы, образованные в соотношении 1 : 1, например CaHPO4, имеют тенденцию к образованию димеров типа Ca2H2(PO4)2 [Childs, 1970]. Данные для аналогичных пиро-фосфатов можно найти в работе Wolhoff, Overbeck (1959). Определены также константы устойчивости комплексов АТФ с Mg2+, Ca2+, Mn2+, Со2+, Ni2+, Zn2+ и Cu2+ [Perrin, Sharma, 1966] и аналогичные величины для АМФ, АДФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ, ИТФ [Phillips, 1966]. Как показывают потенциометриче-ское титрование и метод ЯМР 31P, ионы магния прочно связаны с фосфатными группами АТФ [Tuck, Baker, 1973]. Константы устойчивости комплексов Cu2+, Ca2+ и Fe3+ с ДНК имеют тот же порядок, что и комплексы этих металлов с АМФ, имею-
146" щим значительно меньшее сродство к катионам металлов, чем;-АТФ №гУап> Frieden, 1967]. Некоторые катионы более тяжелых металлов в природе связаны с молекулами нуклеиновых, кислот. Предполагают, что ионы цинка образуют координационную связь с пуриновыми основаниями при обратимом скручивании и раскручивании спирали ДНК [Shin, Eichhorn, 1968]. Жирные кислоты цикла лимонной кислоты также связывают катионы металлов.
