Металло-лигандный гомеостаз

При нормальных условиях функционирования организма концентрация биотиков, в том числе, металлов и лигандов, поддерживается на определенном уровне, оптимальном для выполнения специфических биологических функций. Это объясняют механизмом авторегуляции живых организмов, обеспечивающим поддержание стационарных условий, который называют гомеостазом.

Причем в живых системах непрерывно происходит образование и разрушение биокомплексов, которые состоят из катионов различных биометаллов и биолигандов — аминокислот, пептидов, порфиринов, нуклеотидов и т.д.

Постоянный обмен веществ с окружающей средой дает возможность организму поддерживать на определенном уровне концентрации веществ, которые участвуют в равновесных процессах комплексообразования, обеспечивая состояние так называемого металло-лигандного гомеостаза.


Роль металло-лигандного гомеостаза

Для каждого биометалла характерна своя совокупность равновесных процессов металл-биолиганд, которая определяется устойчивостью образованных комплексов и концентрацией во внутренней среде как ионов этого металла, так и биолигандов.

Подробно изученной является металло-лигандное равновесие катионов железа, которые находятся в связанном состоянии (в составе таких биокомплексов, как миоглобин, гемоглобин, цитохромы, ферритин, трансферрин, ферредоксин), а также металлоферментов, в частности каталазы и пероксидазы.

Каждое из этих биологически активных веществ выполняет в организме специфическую функцию, но в целом их объединяет наличие в молекулах ионов Fe(II) и Fe(III). Следовательно, условием нормального функционирования многих биокомплексов железа является определенная концентрация этих ионов в крови.

Нарушение суммарного равновесия приводит к патологическим явлениям — железоизбыточных или железодефицитных состояний, то есть сидерозу, в первом случае, или анемии — во втором. Описано много патологий, связанных с нехваткой или избытком того или иного биоэлемента в организме. Например, дефицит ионов Cu(I), Cu(II) вызывает синдром Марфана, синдром Менкеса, болезнь Вильсона-Коновалова, цирроз печени, энфизему легких, анемию.

Избыточное поступление этих ионов в организм приводит к заболеванию различных органов (суставов, почек, легких, печени), которые называют гиперкупремия, или гиперкупреоз (медная лихорадка). Повышенное содержание калия в крови (гиперкалиемия) наносит вред сердечно-сосудистой системе, а его дефицит (гипокалиемия) приводит к изменению проводимости миокарда, повреждению мышц. Избыток ионов Кальция (гиперкальциемия) способствует возникновению катаракты и атеросклероза, а недостаток (гипокальциемия) может вызвать приступы общих или местных судорог (тетания).

Причины нарушения металло-лигандного гомеостаза

Нарушение металло-лигандного гомеостаза возможно из разных причин.

  1. дефицит или избыток биоэлементов;
  2. поступление катионов токсических металлов;
  3. поступление или образование посторонних лигандов;
  4. поступление ксенобиотиков.

Катионы токсичных металлов (Pb, Hg, Cd, Be, Sr, TI) и и некоторых неметаллов (As, Sb), токсичные лиганды (CO, CN -, S2-), ксенобиотики (пестициды, канцерогены) поступают в окружающую среду вследствие антропогенной деятельности человека — выбросы металлургической, электрохимической, горной промышленности,отходы электростанций, котельных установок, автотранспорта и пр.

В следствии попадания токсичных металлов или лигандов в организм человека с воздухом, водой или продуктами питания к естественным природным равновесиям приобщаются новые, неестественные для организма, равновесия. Это приводит к образованию чуждых для организма комплексов, не способных к выполнению определенных биологических функций.

Следовательно, избыток или недостаток в организме необходимых металлов, попадание в организм тяжелых металлов и их соединений, ядовитых лигандов, ксенобиотиков, вирусов нарушают состояние металло-лигандного гомеостаза, что приводит к возникновению патологических процессов в организме человека и животных.

Ivan Vlasov
cоздатель проекта 2gym micro logo

Фитнес, образ жизни, здоровье — три основных направления, которым посвящен данный интернет-ресурс. Я просто люблю то, чем занимаюсь. Именно поэтому я создал проект 2GYM.