Металлы в живых организмах

Как видно, ион кобальта (II) помещается в центре цикла, очень похожего на порфириновый. Но, внимательно посмотрев на формулу, мы заметим и важное отличие. Комплекс витамина B₁₂ построен так, что два пиррольных ядра (на схеме слева) соединены непосредственно друг с другом, а другая пара пиррольных ядер соединена через группу СН, т. е. так, как у порфириновых колец. Такие циклы называются корриновыми. Типичное для различных кобаламинов строение, по-видимому, имеет отношение и к их своеобразным каталитическим свойствам.

На схеме показано соединение, содержащее цианогруппу (-CN). В природном коферменте вместо этой группы содержится другая, а именно остаток дезоксиаденозина:

Соединение, содержащее цианогруппу (-CN)

Цианогруппа (по которой это соединение часто называют цианкобаламином) может отщепляться в процессе выделения витамина.

Витамин B₁₂ необходим для образования эритроцитов. Механизм его действия еще во многом не ясен, но доказано, что, наряду с другими функциями, этот витамин осуществляет перенос групп -СН₃ (и других алкильных групп) на важных стадиях обмена веществ. Перенос этот интересен тем, что в нем промежуточным продуктом является соединение, в котором имеется связь между ионом кобальта и атомом углерода переносимой группы, например -СН₃. С точки зрения химика, образование таких связей (металл — углерод) совершенно необычно; соединения этого типа получаются искусственно и хорошо известны, но в природе, как правило, не встречаются. Кобаламиновые комплексы — пока единственный пример такого рода.

Кальций и магний

Мы уже неоднократно имели возможность заметить, что один и тот же металл выполняет несколько биохимических обязанностей: железо переносит кислород и электроны, медь участвует в аналогичных процессах, цинк способствует гидролизу полипептидов и разложению бикарбонатов и т. д.

Но кальций побивает в этом отношении все рекорды. Ионы кальция образуют защитные оболочки у кораллов, скопления которых достигают громадных размеров; кальций необходим для работы ферментов, обеспечивающих мышечную деятельность; кальций регулирует систему свертывания крови, активирует некоторые ферменты; он же входит в состав костей и зубов у позвоночных и т. д.

Круговороту кальция способствует различная растворимость его углекислых солей: карбонат СаСО₃ мало растворим в воде, а гидрокарбонат Са(НСО₃)₂ растворим довольно хорошо, причем концентрация его в растворе зависит от концентрации диоксида углерода и, следовательно, от парциального давления этого газа над раствором; поэтому, когда углекислые воды горных источников вытекают на поверхность земли и теряют диоксид углерода (углекислый газ), карбонат кальция выделяется в виде осадка, образуя кристаллические сростки (сталактиты и сталагмиты в пещерах). Микроорганизмы осуществляют аналогичный процесс, извлекая из морской воды гидрокарбонат и используя карбонат для строительства защитных оболочек.

В организмах высших животных кальций также выполняет функции, связанные с созданием механически прочных структур. В костях кальций содержится в виде солей, близких по составу к минералу апатиту 3Са₃(РO₄)₂*CaF₂(Cl). Символ хлора в скобках указывает на частичное замещение фтора на хлор в этом минерале.

Формирование костной ткани происходит под влиянием витаминов группы D; эти витамины, в свою очередь, синтезируются в организмах под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Значительное количество витамина D имеется в рыбьем жире, поэтому при дефиците витамина в детском питании кальций не всасывается в кишечнике и развиваются симптомы рахита; врачи назначают в качестве лекарства рыбий жир или чистые препараты витамина D. Избыток этого витамина очень опасен: он может вызвать обратный процесс — растворение костной ткани!

Из пищевых продуктов кальций содержится в молоке, молочных продуктах (особенно много его в твороге, так как белок молока казеин связан с ионами кальция), а также в растениях.

Белки, имеющие небольшую молекулярную массу (около 11000) и содержащиеся в мышцах рыб, проявляют способность активно захватывать ионы кальция. Некоторые из них (например, альбумин карпа) были тщательно изучены; их состав оказался необычным: они содержат много аминокислоты аланина и фенилаланина и вовсе не содержат гистидина, цистеина и аргинина — почти неизменных составных частей других белков.

Для комплексных соединений иона кальция характерно образование мостиков — ион связывает преимущественно карбоксильные и карбонильные группы в образующемся комплексе.