Академия » Статьи » Болезни и лечение » Биохимия

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МЕДИ




В организме взрослого человека содержится около 100 мг меди. В основном медь концентрируется в печени, в головном мозге, в крови. Средняя дневная доза потребления меди для человека 4—5 мг. Медь — элемент 4 периода периодической системы, IБ группы. На внешнем уровне находится только один 4s-электрон, зато 3d-подуровень приобретает сразу два электрона, что обеспечивает его полное заполнение (3d10) и энергетический выигрыш. Поэтому электронная конфигурация атома меди 1s22s22р63s23р63d104s1 . В соединениях медь проявляет степень окисления +1 и +2. В ряду напряжений металлов она стоит после водорода и является малоактивным металлом, который кислоты могут окислять лишь за счет аниона:
Сu + 2Н2SО4(конц) = СuSО4 + SО2 + 2Н2О
3Сu + 8НNО3(разб) = 3Сu(NО3)2 + 2NО + 4Н2О

или в присутствии дополнительного окислителя в среде:

2Сu + О2 + 4НС1 = 2СuС12 + 2Н2O.

Известны два оксида меди Сu2O и СuО. Гидроксид меди(I) неустойчив, и при попытке его получения реакцией обмена выделяется оксид меди(I), который проявляет основные свойства:

2СuС1 + 2NаОН = Cu2О + 2NаС1 +HOH
Сu2O + 2НС1 = 2СuС1 + Н2O

Оксид меди(II) и гидроксид меди(II) проявляют слабые амфотерные свойства с преобладанием основных свойств:

Сu(ОН)2 + 2НС1 = СuС12 + 2Н2O
Сu(ОН)2 + 2NаОH(конц) = Nа2[Сu(ОН)4]

В нейтральных и кислых растворах катион Сu2+ гидратирован с образованием окрашенного в голубой цвет аквакомплекса [Сu(Н2О)6]2+, который довольно прочно удерживает молекулы воды (т = 3*10-8с). Катион Сu+ при повышенных температурах склонен к окислительно-восстановительной дисмутации: 2Сu+ = Сu + Сu2+. Это равновесие может быть смещено в любом направлении в зависимости от природы лиганда. Катион Сu2+ — достаточно сильный окислитель, который может окислить альдегиды до карбоновых кислот, а некоторые тиолы до дисульфидов:

СН3СОН + 2Сu(ОН)2 = СН3СООН + Сu2О + 2Н2О
2Сu2+ + 2RSН = 2Сu+ + RSSR + 2Н+

Катионы меди — сильные комплексообразователи по отношению к лигандам, содержащим карбоксильную ( — СОО-), амино ( — NH2), циано- ( -СN-) и особенно тиольную (— SН) группы, причем образуются комплексы нейтрального, катионного и анионного типа:
CuSO4+4(NH3*HOH)=[Cu(NH3)4]2+SO4+4HOH
CuSO4+4KCN=K2[Cu(CN)4]2-+K2SO4

За счет реакции с тиолъными группами белков катионы меди инактивируют ферменты и разрушают нативную конформацию белка. На этом основано их антимикробное действие:

Биологическое действие. Медь является необходимым микроэлементом растительных и животных организмов. Это связано со следующими ее особенностями. Во-первых, ионы меди по сравнению с ионами других металлов жизни активнее реагируют и образуют более устойчивые комплексы с аминокислотами и белками. Во-вторых, ионы меди служат исключительно эффективными катализаторами, особенно в сочетании с белками. В-третьих, медь легко переходит из одного валентного состояния в другое, что особенно благоприятствует ее метаболическим функциям. Например, при активации молекулы кислорода в реакциях окисления органических соединений.

Медьсодержащие ферменты окисления оксигеназы [ОКГСu+] присоединяют молекулу кислорода с образованием пероксидной цепочки и окислением меди из Сu+ в Сu2+. Образовавшийся комплекс фермента с молекулой кислорода окисляет биосубстрат:

Важную физиологическую функцию выполняет фермент су-пероксиддисмутаза [СОДСu2+], ускоряя реакцию разложения супероксид-иона *О2-, возникающего при свободнорадикальном окислении веществ в клетке. Этот радикал очень активно взаимодействует с разными компонентами клетки, разрушая их. Супероксиддисмутаза, взаимодействуя с супероксидионом *O2-, превращает его в молекулярный кислород и в пероксид водорода, при этом атом меди фермента выступает и окислителем, и восстановителем:

[СОДСu2+] + *O2- = [СОДСu+] + О2
[СОДСu+] + *О2-+ 2Н+ = [СОДСu2+] + Н2О2

Важную роль в дыхательной цепи играет фермент цитохромоксидаза [Fе2+ЦХОСu+], которая кроме меди содержит еще и железо. Цитохромоксидаза катализирует перенос электронов от окисляемого вещества на молекулярный кислород. В ходе каталитического процесса степени окисления меди и железа обратимо изменяются, а восстанавливающийся кислород, присоединяя протоны, превращается в воду:

2[Fе2+ЦХОСu+] + О2 + 4Н+ ==> 2[Fе3+ЦХОСu2+] + 2Н2О

Многопрофильную функцию в организме выполняет медьсодержащий белок плазмы крови — церулоплазмин [ЦПСu2+]. В церулоплазмине присутствует 98 % меди, имеющейся в плазме крови, и он выполняет не только роль резервуара для меди, но и транспортную функцию, регулируя баланс меди и обеспечивая выведение избытка меди из организма. Кроме того, церулоплазмин катализирует окисление Fе2+ в Fе3+, участвуя в кроветворении:

[ЦПСu2+] +Fe2+ => Fe3++[ЦПCu+]

Медь вместе с железом участвует в кроветворении. Дефицит меди может привести к разрушению эритроцитов, а также нарушению остеогенеза с изменениями в скелете, аналогичными наблюдаемым при рахите. У моллюсков и членистоногих кислород переносится медьсодержащим белком гемоцианином [ГЦСu+]. В отличие от гемоглобина гемоцианин находится только в плазме, а не в клетках, и, кроме того, в процессе связывания н освобождения кислорода происходит окисление и восстановление меди в гемоцианине, что объясняет голубой цвет крови у этих организмов:

[ГЦСu+]+O2=[ГЦСu2+]O2+ е –

Возникшие в процессе эволюции высшие организмы для переноса кислорода используют гемоглобин, обеспечивающий более высокие концентрации кислорода в крови.

Вы можете прокомментировать статью
avatar