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 CatFe 2+ 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.

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.

Интересно отметить, что с древних времен до настоя–щего времени для лечения железодефицитной анемии применяют так называемое железное вино – напиток, который получают путем настаивания виноградного вина на железных опилках. Очевидно, железо раство–ряется в вине (кислая среда) и образует комплексы с природными органическими веществами, которые содержатся в нем в больших количествах. Понятно, что механизм действия древнего напитка примерно тот же, что и у современных препаратов.

Как и железо, кобальт также является одним из важнейших биогенных элементов. Общая масса кобальта в организме взрослого человека примерно 1,2 мг, что составляет менее 10%. Около 100 мг из этой массы находится в форме цианкобаламина (жирораст–воримого витамина В₁₂) и его аналогов. Это вещество, как и гем, представляет собой макроциклическое комп–лексное соединение.

В качестве макроциклического лиганда выступает тетрадентатное соединение – порфин. R представляет собой сложный органический заместитель. В аналогах цианкобаламина вместо аниона CN– выступают раз–личные органические заместители.

Наиболее важную роль витамин В₁₂ играет в разви–тии и формировании эритроцитов (эритропоэзе). Де–фицит витамина В₁₂ (поступление менее 3 мкг в сутки) приводит к тяжелому заболеванию – злокачествен–ной анемии (малокровию).

Установлено, что аналоги цианкобаламина являются активаторами – кофакторами различных ферментов, участвующих в эритропоэзе. Недостаток кофакто–ров проявляется в дефиците гемоглобина и эритро–цитов.

Растения и животные не могут синтезировать вита–мин В₁₂. Его вырабатывают лишь некоторые виды бак–терий. В желудочно-кишечном тракте человека такие бактерии имеются. Они синтезируют достаточное ко–личество витамина В₁₂. Злокачественная анемия связа–на с нарушением всасывания этого витамина в кровь. Поэтому прием таблеток малоэффективен. Инъекция витамина (100—200 мкг в течение 2 суток) в кровь су–щественно улучшает состояние больного при злока–чественном малокровии.