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.
- дефицит или избыток биоэлементов;
- поступление катионов токсических металлов;
- поступление или образование посторонних лигандов;
- 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.
