Текст книги "Металлы, которые всегда с тобой"

Автор книги: Ефим Терлецкий

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 12 страниц)

Вместо заключения

Замечательный советский биохимик академик В. А. Энгельгардт заметил: «Важнейшие функции и характерные специфические черты живых образований – наследственность, движение, функции органов чувств, энергетика, природа заболеваний, явления иммунитета...» Как мы уже успели узнать, любая из этих перечисленных характеристик живого так или иначе связана с присутствием в организме металлов.

Мы ограничились рассказом только о десяти металлах, биологическое действие которых пока доказано наиболее полно. Но, конечно же, этим числом не исчерпывается содержание металлов в организме. Их там гораздо больше. Достаточно сказать, что в живых существах обнаружено так же присутствие хрома, никеля, ванадия, стронция, олова, свинца, ртути, мышьяка, алюминия и даже таких экзотических металлов, как бериллий, цезий, рубидий, не говоря уж о серебре и золоте. Специалисты не исключают, что в нашем организме имеются все металлы менделеевской таблицы. Однако биологическая роль далеко не каждого из них ясна. Так или иначе, но содержание химических элементов в живых организмах отражает состав окружающего нас мира.

И все же... И все же совершенно неясно, зачем нам, например, такой редкостный и радиоактивный металл, как уран? Наш старый знакомый Гомо Кондитионалис содержит его в количестве 0,00009 грамма. Разумеется, это чрезвычайно малая величина, но пренебречь ею, видимо, нельзя. В последнее время некоторые исследователи, изучая накопление урана в живом вещёстве прошлых геологических эпох, пришли к весьма любопытному выводу – этот металл в значительной мере мог изменить ход биологической эволюции.

А для чего нам свинец, олово, ртуть или, скажем, золото? Что это – случайные примеси, попавшие в наш организм из посуды, столовых приборов, консервных банок, зубных коронок и пломб или даже благодаря... разбитым градусникам?

Содержание металлов в нашем организме привлекло к себе внимание и криминалистов. Дело в том, что судебные медики выявили определённую зависимость между концентрациями различных микроэлементов, благодаря чему можно идентифицировать не только биологический материал, но и установить причину смерти: болезнь, травму или отравление. Так, например, под влиянием этилового спирта в печени становится больше кальция, а содержание натрия и калия уменьшается, тогда как в сердце и почках при этом, наоборот, уровень кальция снижается.

Изучение содержания биометаллов и их соотношений чрезвычайно много значит и для диагностики. Известно, что нарушение баланса металлов в организме вызывается патологическими явлениями. Разработка методов ранней диагностики на основе микроэлементного анализа стоит сегодня на повестке дня, и особенно остро для сердечнососудистых заболеваний. Советские исследователи, изучая содержание металлов в крови больных ишемической болезнью сердца и инфарктом миокарда, установили повышение концентрации марганца и никеля при снижении уровня меди, железа и бария. Сравнительно недавно венгерские медики, работающие в этом направлении, обнаружили, что в пробах волос, взятых у больных, перенёсших инфаркт миокарда, содержание кальция в несколько раз меньше, чем в волосах здоровых людей. Группа американских учёных заметила отсутствие хрома в тканевых препаратах умерших от атеросклероза; в то же время у умерших от других болезней он имелся.

Думается, что даже по этим примерам можно составить представление о том, каким образом в недалёком будущем предполагается разработка надёжных диагностических методов не только для сердечно-сосудистых заболеваний, но и для других болезней.

Весьма интересно было бы затронуть тему о металлах и причинах возникновения так называемых эндемических (от греческого «эндемос» – местный) заболеваний, которые встречаются на ограниченных территориях, характерных низким содержанием в почвах и воде определённых микроэлементов. В изучение причин таких заболеваний большой вклад внесли крупные советские учёные – продолжатели идей В. И. Вернадского А. П. Виноградов и В. В. Ковальский.

Однако вместить в рамки научно-популярной книги все аспекты такой интереснейшей темы, как металлы и жизнь, трудно. Но остановимся напоследок ещё хотя бы на одной весьма важной проблеме, которую можно сформулировать так: металлы и рак.

О причинах, вызывающих раковые заболевания, сегодня имеется довольно много различных гипотез. Одна из них имеет прямое отношение к нашей теме. Ее авторы усматривают причину рака в проникновении в живые клетки «чужеродного» металла, который, конкурируя с «родным» металлом того или иного фермента, вызывает изменение его активности. Таким образом, противораковая стратегия, основанная на этой гипотезе, заключается в том, чтобы подобрать вещёство, которое могло бы удалять из организма такие «вредоносные» металлы. В общих чертах эта проблема нам знакома. Мы знаем, что вредные металлы можно выводить с помощью лигандов, связывающих их в комплексы.

Однако подобрать вещёства, которые целенаправленно прекращали бы рост опухолей, чрезвычайно трудно. Сегодня некоторые из них найдены. Они представляют именно комплексные соединения в основном органических вещёств. Хотя механизм их действия до конца не ясен, сторонники «металлической» гипотезы предполагают, что такие соединения способны образовывать в организме хелаты с металлами. Более того, утверждаётся, что противораковая активность этих вещёств повышается, если их вводить в больной организм в виде комплексов с металлами.

В 1969 году было сделано открытие, которое, в общем-то, подтверждало это предположение. Впервые удалось доказать, что значительной противоопухолевой активностью обладают и неорганические комплексы. Это оказались соединения платины. К достоинствам комплексных соединений платины относят широкий спектр терапевтического действия и активность против опухолей различного происхождения. Эти соединения оказались первыми представителями нового класса противоопухолевых препаратов – координационных неорганических соединений металлов, которые в настоящее время весьма интенсивно изучаются исследователями различных стран.

К сожалению, торжествовать победу над грозным недугом ещё не пришло время: платиновые комплексы оказались довольно токсичными, что не даёт права применять их в полной мере. Поиски продолжаются, и новые открытия ещё впереди.

В заключение отметим, что биометаллы вызывают к себе интерес не только тем, что они связаны с процессами жизнедеятельности. Исследование их свойств, особенно проявляющихся при ферментативном катализе и фотосинтезе, позволяет надеяться на создание принципиально новых процессов химической технологии и энергетики. В случае успеха сегодня даже трудно себе представить масштабы изменений, которые могут вторгнуться в нашу жизнь.

МАЛЕНЬКИЙ СЛОВАРИК,

в котором даётся толкование терминов, использованных без достаточного толкования в тексте

Азотфиксаторы (азотфиксирующие микроорганизмы) усваивают молекулярный азот воздуха и восстанавливают его в аммиак. Они участвуют в круговороте азота в природе и снабжают растения доступными для усвоения формами азота.

Активный центр– часть молекулы фермента, обусловливающая его каталитические свойства и непосредственно взаимодействующая с субстратом. В состав активного центра входят функциональные группы боковых цепей аминокислот, а также во многих случаях атомы металлов и коферменты.

Аминокислоты – органические соединения, содержащие карбоксильные (—СООН) и аминогруппы (—NH2), обладают свойствами кислот и оснований, участвуют в обмене азотистых веществ в организме. Около 20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки (порядок включения в них аминокислот определяется генетическим кодом).

Большинство микроорганизмов и растения синтезируют необходимые им аминокислоты. Животные и человек не способны к образованию некоторых так называемых незаменимых аминокислот и получают их только с пищей.

Аминокислоты служат также исходными соединениями при биосинтезе ферментов, витаминов, гормонов, пигментов и других необходимых организму веществ.

Антибиотики – химические вещества, выделяемые бактериями, плесневыми и дрожжевыми грибками или актиномицетами (лучистыми грибками). Они способны подавлять рост болезнетворных микроорганизмов и даже убивать их, не повреждая при этом клетки человеческого организма. Поэтому некоторые из антибиотиков применяют в лечебных целях: пенициллин, стрептомицин, синтомицин, грамицидин и другие. Антибиотики используются также и при биохимических исследованиях.

Апофермент – белковая составная часть фермента, неактивная в отсутствие кофермента. Апофермент определяет избирательность действия фермента и возможность регуляции его активности.

Белки – органические вещества, построенные из остатков 20 аминокислот. Составляют основу жизнедеятельности всех организмов. Различают простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Протеиды содержат кроме аминокислот небелковый компонент, или простетическую группу.

Белки в живых организмах служат для построения тканей и клеточных компонентов, а также выполняют определённые функции в виде ферментов, гормонов, дыхательных пигментов и т. д.

В организме человека насчитывают свыше миллиона (!) различных белков. Необходимость их постоянного обновления лежит в основе обмена веществ.

Решающая роль в биосинтезе белков принадлежит нуклеиновым кислотам.

Б и о г е о х и м и я – раздел геохимии; изучает' химический состав живого вещества и химические процессы, протекающие в биосфере Земли при участии живых организмов.

Бионеорганическая химия (неорганическая биохимия) изучает комплексы ионов металлов с белками, нуклеиновыми кислотами, липидами и другими веществами. При этом, как правило, рассматриваются ионы десяти важнейших биометаллов, о которых идёт речь в книге.

Биоорганическая химия изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями, используя при этом методы и приёмы органической химии.

Биосфера – область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, океаны и поверхность суши. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя динамическую систему. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупность деятельности живых организмов (в том числе и человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения создано В. И Вернадским.

Биофизика – наука, изучающая физические и физико-химические явления в живых организмах, структуру и свойства белков и других веществ, а также влияние различных физических факторов на живые системы.

Биохимия – наука, изучающая входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции.

Биоэнергетика – раздел биологии, изучает механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов.

Гемолимфа – жидкость, циркулирующая в сосудах и межклеточных полостях таких беспозвоночных животных, как, например, членистоногие и моллюски. Выполняет те же функции, что кровь и лимфа у позвоночных животных.

Ген – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака. У высших организмов входит в состав хромосом – структурных элементов ядра клетки, содержащих ДНК, в которой заключена наследственная информация организма.

Геохимия – наука, изучающая химический состав Земли, распространённость в ней химических элементов, законы их поведения, сочетания и миграции (концентрации и рассеяния).

Геронтология – наука, изучающая процесс ста–рения живых организмов, включая и человека.

Гормоны – биологически активные вещества, вырабатываемые в организме специализированными клетками или органами – желёзами внутренней секреции. Оказывают целенаправленное влияние на деятельность других органов и тканей. Позвоночные животные и человек имеют развитую систему таких желёз: щитовидная, гипофиз, надпочечники, половые и другие, которые посредством гормонов, выделяемых в кровь, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов – роста, развития, размножения, обмена веществ.

Химическая природа гормонов различна – белки, пептиды, липиды, производные аминокислот...

Градиент – вектор, показывающий направление наискорейшего изменения какой-либо величины, например концентрации раствора.

Диффузия – самопроизвольный процесс переноса вещества, обусловленный тепловым движением молекул приводящий к выравниванию концентраций.

Живое вещество – совокупность живых орга низмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии. Это понятие ввёл В. И. Вернадский в учение о биосфере и роли живых организмов в круговороте веществ и энергии.

Ионофоры – антибиотики, способствующие ионной проницаемости биологических и искусственных мембран (например, валиномицин, грамицидин).

Канцерогены – вещества, вызывающие раковые заболевания.

Квант энергии – определённое количество энергии, которое способна поглотить или отдать данная система (обычно молекула или атом) в одном акте изменения состояния.

Кинетика химическая – учение о скоростях и механизмах химических реакций.

Комплексен ы – аминополикарбоновые кислоты и их производные. В качестве лекарственных препаратов способствуют выведению токсичных соединений металлов из организма.

Кофактор – вещество небелковой природы, обусловливающее активность фермента и образующее комплекс с его белковой частью – апоферментом. В качестве кофактора могут выступать ионы металлов.

Липиды – жиры и жироподобные вещества, содержатся во всех живых клетках и являются одними из основных компонентов биологических мембран.

Метаболизм – то же, что и обмен веществ.

Митохондрии – органоиды животных и растительных клеток, в которых протекают реакции, обеспечивающие клетки энергией.

Молекулярная биология исследует основные проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращения энергии в живых клетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных молекул – таких, в основном, как белки и нуклеиновые кислоты. Молекулярная биология тесно связана с биохимией, химией, биофизикой, а исторически также с генетикой и микробиологией.

Молекулярная масса – масса молекулы, выраженная в единицах атомной массы. Равна сумме масс всех атомов, из которых состоит молекула.

Мутации – возникающие естественно или вызываемые искусственно изменения наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений в его генетическом материале – хромосомах и генах. Мутации – основа наследственной изменчивости в живой природе.

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) – органические соединения, образованные остатками нуклеотидов – нуклеозидфосфатов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновых кислот – дезоксирибоза или рибоза, различают дезок-сирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению и передаче генетической информации. В организме они находятся в свободном состоянии и в комплексе с белками (нуклеопротеиды).

Осмос – односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку – мембрану, отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Характеризуется осмотическим давлением. Играет важную роль в физиологических процессах.

Патология – медики так называют любое отклонение от нормы.

Пептиды, полипептиды – органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединённых пептидной связью (– СО—NH —). Пептиды синтезируются из аминокислот и являются продуктами обмена белков. Многие природные пептиды обладают биологической активностью.

Переходные металлы – химические элементы с й– и /-электронными уровнями в атомах (внутренние электронные оболочки у них не завершены). Занимают переходное положение между металлами и неметаллами в больших периодах, отсюда и название. Переходные металлы имеют некоторые общие специфические свойства, например, способность к комплексообразованию.

Пигменты – окрашенные вещества тканей организмов, участвующие в их жизнедеятельности.

Рентгенеструктурный анализ – метод исследования атомной структуры вещества с помощью дифракции (рассеяния) рентгеновских лучей. По дифракционной картине устанавливают распределение электронной плотности вещества, а по ней – род атомов и их расположение.

Симбиоз – взаимовыгодное тесное сожительство двух организмов разных видов.

Синдром – сочетание симптомов (признаков), характерных для какого-либо заболевания.

Стерины (стероиды)– полициклические спирты, относящиеся к классу стероидов. Содержатся в биологических мембранах всех живых организмов. Основной стерин животных и человека – холестерин.

Субстрат – химическое вещество, подвергающееся превращениям под действием фермента. Концентрация субстрата в клетке оказывает регулирующее влияние на активность фермента.

Ферменты (энзимы) – биологические катализаторы белковой природы, присутствуют во всех живых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, направляя и регулируя тем самым обмен веществ. Ферменты обладают активностью при наличии необходимых коферментов и кофакторов. Каждый вид фермента катализирует превращения определённых веществ – субстратов. Поэтому многочисленные биохимические реакции в клетках осуществляет огромное число различных; ферментов.

X е л а т ы, внутрикомплексные соединения (клешневидные соединения) – комплексные соединения, в которых лиганд присоединён к центральному атому металла посредством ковалентных связей. Характерная особенность хелатов – наличие циклических группировок атомов, включающих атом металла. Важнейшие биологические хелаты – гемоглобин и хлорофилл.

Химическая связь – взаимодействие атомов, обусловливающее их соединение в молекулы или кристаллы. Силы, действующие при образовании химической связи, имеют в основном электрическую природу. Основные типы химической связи: ковалентная, ионная, водородная и металлическая.

Хроматография – метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ. Основан на различии в скоростях концентрации зон исследуемых компонентов, которые перемещаются в потоке подвижной фазы вдоль слоя неподвижной. Разделение ведут обычно на специальных видах бумаги или в колонках, наполненных поглотителем: силикагелем, окисью алюминия или ионообменными смолами. Пользуясь хромотографическими методами, можно разделить смеси веществ, близких по свойствам.

Цитология – наука о строении, развитии, функциях и химическом составе клеток животных и растений.

Ядерные реакции – превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом.