Глава VI. Вещества, изолируемые из объектов минерализацией биологического материала

Все объявления

ЯндексДирект

Дать объявление

• Растворители в различной фасовке

Растворители 646,ацетон, у-спирит, скипидар,лак НЦ и БТ, краски МА и ПФ,в/э

www.chemservice.ru

В химико-токсикологическом анализе методминерализацииприменяется при исследовании биологического материала (органов трупов, биологическихжидкостей, растений, пищевых продуктов и др.) на наличие так называемых «металлических ядов». Эти яды в видесолей,оксидови других соединений в большинстве случаев поступают ворганизмчерез пищевой канал, в соответствующих отделах которого они всасываются в кровь и вызывают отравления.

Важнейшими «металлическими ядами» являются соединения бария,висмута,кадмия,марганца,меди,ртути,свинца,серебра,таллия,хрома,цинкаи некоторых другихметаллов. В токсикологии к группе «металлических ядов» относятся и соединения некоторых неметаллов (мышьяка,сурьмыи др.). Ряд перечисленных вышехимических элементов, соединения которых являются токсичными, в небольших количествах содержатся втканяхорганизмакак нормальная их составная часть. Ввиду незначительных количеств этиххимических элементов, содержащихся ворганизме, их называютмикроэлементами.

Некоторые химические элементы, соединения которых являются токсичными, в малых количествах играют важную роль в физиологических процессах ворганизмахлюдей и животных. Так, например,кобальтвходит в составвитаминаВ₁₂(цианокобаламина). Этотмикроэлементявляется кофактором некоторыхферментов(карбоксипептидазы, карбоксиангидразы).Медьвходит в состав рядаферментов(полифенолоксидазы,цитохромоксидазы, фенолазы и др.). Она является составной частью белка-цирулоплазмина, участвует в синтезегемоглобина.Марганецнеобходим для активизации некоторыхферментов(аргиназы, пролидазы и др.).Цинктакже входит в состав отдельныхферментов(карбоксипептидазы, карбоангидразы, лактатдегидрогеназы и др.).

Данныео наличии и роли ворганизмелюдейбария,висмута,сурьмыиталлия, соединения которых являются токсичными, в литературе не приводятся. Ворганизмесодержится и ряд другихметаллов(калий,натрий,магний, кальций), соединения которых являются нетоксичными. Количественное содержание некоторыхмикроэлементоввтканяхорганизмаприведено в табл. 7.

Несмотря на то что отдельные металлыв малых количествах содержатся ворганизмекак нормальная его составная часть, при повышении содержания их в крови итканяхони вызывают отравления.

Токсичность«металлических ядов» объясняется связыванием их с соответствующимифункциональными группамибелковых и других жизненно важных соединений ворганизме. В результате связываниякатионовметалловбелкамии другимивеществаминарушаются нормальные функции соответствующихклетокитканейворганизмеи наступает отравление, которое в ряде случаев заканчивается смертью.

§ 1. Связывание «металлических ядов» биологическим материалом

Все объявления

ЯндексДирект

Дать объявление

• Получение азота

Любые установки и станции для получения азота (жидкий, газообразный).

www.techgaz.com

Причину отравлений соединениямиметалловдолгое время объясняли образованием ворганизметак называемых альбуминатов. Однако сторонники этой гипотезы химизм образования, состав ипрочностьальбуминатов не приводят.

Благодаря успехам в области биологической химии, фармакологии, токсикологии и ряда других наук установлено, что ворганизмеионыметалловсвязываются не только с белковымивеществами, но и саминокислотами,пептидамии рядом других жизненно важныхвеществ.Прочностьобразовавшихся при этом соединений (комплексов) зависит от природыметаллов, наличия соответствующихфункциональных группвмолекулахвеществ, связывающихся сметаллами, природы связи в образовавшихся соединениях или комплексах и т. д.

Связывание ионов металлов аминокислотами.Аминокислотыявляются структурными элементами, из которых построеныбелкии которые определяют многие важные свойства этихбелков. В настоящее время известно значительное числоаминокислот. Однако в составбелковвходит только около двадцати α-аминокислот. Всеаминокислоты(кроме пролина), входящие в составбелков, содержат свободную карбоксильную группу и свободную незамещенную аминогруппу у α-углеродногоатома.Пролинимеет замещенную α-аминогруппу и представляет собой α-иминокислоту.

Способность ионовметалловвзаимодействовать саминокислотамизависит от наличия в их составе определенныхатомовифункциональных групп. Сионамиметалловмогут взаимодействовать концевые амино- и карбоксильные группыаминокислот. Большая роль в образовании связей междуионамиметалловиаминокислотамипринадлежит и боковымфункциональным группамаминокислот. К числу боковыхфункциональных группваминокислотахотносятся: спиртовые группы вмолекулахсе-рина итреонина, фенильная группа втирозине, сульфгидрильная группа вцистеине, дисульфидная группа вцистине, вторые карбоксильные группы в аспарагиновой иглутаминовой кислотах, вторые азотсодержащие группы варгининеигистидине.Метионинсодержитатомысерыв углеродной цепи.

В зависимости от наличия определенных групп атомоввмолекулахаминокислот, природы ихимическихсвойствметалловпри взаимодействии между ними могут образовываться связи различнойпрочности.

Аминокислотыв водныхрастворахи вкристаллическом состояниинаходятся в виде биполярныхионов:

Аминокислотыявляются амфотерными соединениями.Диссоциацияих наионызависит от рН среды. В кислой средеаминокислотыдиссоциируют как основания, в щелочной — как кислоты:

Катионыметалловвзаимодействуют санионамиаминокислот. В аминогруппахаминокислотсодержатсяатомыазота, имеющие неподеленнуюпаруэлектронов, за счет которой образуетсякоординационная связьмеждукатиономметаллаиатомомазота. Эту связь следует рассматривать как один из видовковалентной связи. При образованиикоординационной связимеждукатиономметаллаиатомомазотадоноромобоих связывающихэлектроновявляетсяатомазотааминогруппы.

Один атомкислородав карбоксильной группеаминокислотыпосле еедиссоциацииимеет отрицательный заряд. За счет этогоатомакислородакатионыметалловсаминокислотоймогут образовывать как ионные, так иковалентные связи. Характер этих связей зависит от природыкатионов. При взаимодействии отрицательно заряженныхатомовкислородав карбоксильных группах скатионамищелочных металловвозникают ионные связи (образуются соли), а скатионамитяжелыхметаллов—ковалентные связи.

Катионыметаллов, являющиеся комплексообразователями, саминокислотамиобразовывают внутрикомплексные соединения (хелаты). При этом положительные зарядыкатионовнейтрализуются отрицательными зарядамиатомовкислородав карбоксильных группах, а незаряженныеатомыазотааминогрупп скатионамиметалловобразовываюткоординационные связи.

Катионыметалловтакже могут связываться с боковыми реакционноспособнымифункциональными группами(—SH,—NH₂, — СООН)аминокислотс образованием внутрикомплексных соединений. Изаминокислотбольшой способностью связыватьметаллыобладаютгистидин, содержащий вмолекулеимидазольное кольцо, ицистеин, вмолекулекоторого имеется сульфгидрильная группа.

Образование внутрикомплексных соединений катионовметалловсаминокислотамиможно показать на примерефенилаланинаицистеина;

Связывание металлов пептидами.Пептидыпредставляют собой продуктыконденсацииаминокислот, связанные между собой пептидными (амидными) связями (—NH—СО—). Приставки ди-, три-, тетра- и т. д. соответствуют числу остатковаминокислотвмолекулахпептидов.Пептиды, включающие 20 и больше остатковаминокислот, называютсяполипептидами.Молекулярная массаих достигает 5000.Полипептидыс большеймолекулярной массойназываютсябелками.

Ди- и трипептиды могут связывать катионыметалловза счет образования связей с концевыми карбоксильными и аминными группами.Пептиды, представляющие собой продуктыконденсациибольшого числамолекуламинокислот, не могут связываться сметалламиуказанными концевыми группами, так как эти группы значительно удалены друг от друга. Поэтому такиепептидысвязываются скатионамиметалловв основном за счет образования связей с боковымифункциональными группамиили же с концевой карбоксильной группой и сатомомазотаамидной группы, близко расположенной к карбоксильной группе.Координационная связьметалласатомомазотаамидной группы менее прочная, чем связьметалласазотомаминной группы. Это объясняется тем, что электронодонорные свойстваатомаазотаамидной (пептидной) группы выражены значительно слабее, чем уазотааминной группы.

При образовании связей между ионамиметаллови пептидами-донорамиэлектроновмогут быть не толькоатомыазота, ко иатомысеры, находящиеся в дисульфидных мостиках.

Связывание металлов белками. Белкизанимают центральное место в структуре живой материи и играют первостепенную роль в ее функционировании. В количественном отношениибелкипредставляют собой основной материалтканейживыхорганизмов.Белкисоставляют до 75 % сухой массыклеток.

Белкипредставляют собоймакромолекулысмолекулярными массамиот 5000 до нескольких миллионов. Они состоят из α-аминокислот, связанных между собой пептидными (амидными) связями, образованными карбоксильными и аминными группами соседних аминокислотных остатков.

В образовании связей с металламимогут принимать участие концевые амино- и карбоксильные группы белковыхмолекул. Однако число концевых групп вмолекулахбелковнезначительное. Каждаямолекулабелка, представляющая длинную полипептидную цепь, содержит только две значительно удаленные друг от друга концевые (—NH₂и —СООН) группы и большое число боковыхфункциональных групп. Поэтому образование связей междуионамиметалловибелкамипроисходит в основном за счет боковыхфункциональных групп(—SH, —NH₂, —ОН, —СООН). Полагают, чтометаллысвязываются сбелкамиглавным образом через остаткигистидина, содержащего имидазольное кольцо, ицистеина, имеющего боковую сульфгидрильную группу.

Выше приведены сведения о связывании ионовметалловсаминокислотами,пептидамиибелкамиворганизме. Однакометаллымогут связываться ворганизмеи с другими соединениями, играющими важную роль во всех живыхклетках. К таким соединениям относятсяптеридины(в том числе фолиевая кислота),пурины,рибофлавин,нуклеиновые кислотыи многие др. В большинстве случаевионыметалловс перечисленными выше соединениями образовывают прочныековалентные связи.

При отравлениях соединениями металловна химико-токсикологическое исследование могут поступать органы трупов, биологическиежидкостии другие объекты биологического происхождения. Для изолирования «металлических ядов» из указанных объектов, в которых эти яды находятся в виде прочных соединений саминокислотами,пептидами,белкамии другимивеществами, необходимо производить разрушение (минерализацию) органическихвеществ, а затем в минерализатах обнаруживать и определять количественное содержание соответствующих «металлических ядов».