Роль комплексов в биологических системах

Роль комплексов в биологических системах [c.163]

Исключительно важную роль играют процессы комплексообра-зования в биологических системах. Образование комплексов реа-1 ирующих веществ с биологическими катализаторами — ферментами — является необходимой стадией огромного большинства химических реакций, протекающих в живых клетках. [c.35]

Типы комплексов очень разнообразны. Они играют исключительно важную роль в биологических системах. Например, важнейшая черта биологических катализаторов — ферментов — способность образовывать комплексы с субстратами — молекулами, которые превращаются в продукты реакции при действии ферментов. Пока не прошла соответствующая реакция, субстрат можно легко отделить от фермента. [c.54]

Во всех мостиковых комплексах фермент — металл — лиганд ион металла благодаря своим уникальным координационным свойствам играет важную роль во взаимодействии белок — лиганд. Однако обычно предполагается, что ион металла в комплексах фермент — металл — субстрат оказывает также и каталитическое влияние [8]. Предположение о каталитической роли часто вытекает из рассмотрения катализа ионами металла в модельных системах, которые лишь имеют сходство с биологическими реакциями [8, 26, 27]. Хотя предположение о каталитическом участии ионов металла и весьма привлекательно, однако убедительные доказательства их каталитической роли в биологических системах были получены лишь в нескольких случаях. Итак, роль иона металла в связывании и в катализе в биологических системах не легко разделить, а модельные исследования обладают лишь некоторой степенью приближения. [c.446]

Взаимодействие биомолекул в растворах сопряжено не только со слабыми (нековалентными) взаимодействиями. Значительна роль молекулярного комплексообразования в биологических процессах. Сильные взаимодействия в многокомпонентных системах биомолекул приводят к возникновению так называемых супрамолекулярных комплексов. Образование соединений, имеющих весьма сложное строение, присуще многим фундаментальным биохимическим реакциям. Молекулярные комплексы биомолекул являются действующим началом многих современных лекарственных препаратов. Большое значение в этих процессах имеет комплементарность взаимодействующих молекул, их так называемое "молекулярное узнавание". Термодинамические аспекты этого экстраординарного явления рассмотрены в четвертой главе монографии, в которой развит подход к комплексному изучению сильных и слабых взаимодействий в растворах таких модельных биологических соединений, как аминокислоты, пептиды, краун-эфиры, криптанды, циклодекстрин, основания нуклеиновых кислот. Значительное место отведено анализу роли растворителя в молекулярном узнавании биомолекул. [c.6]

Однако с точки зрения биохимика особенно важна способность переходных элементов к образованию большого числа разнообразных координационных соединений. Роль геометрических факторов, которую мы уже отмечали при описании гибридизованных орбита-лей, становится все более значительной по мере перехода к сложным структурам комплексов в то же время биологические функции переходных элементов неразрывно связаны со свойствами координационных соединений. Вероятно, вообще все ионы переходных элементов, входящие в биологические системы, представлены там соответствующими комплексами. Прочность этих соедипений варьирует в широких пределах от устойчивых порфириновых комплексов до лабильных соединений, например рибофлавина с ионами металлов, но во всех случаях выключение биохимической функции комплекса ведет к тяжелым нарушениям динамического состояния клетки. [c.200]

Довольно специфический механизм взаимодействия сорбата с ХНФ в случае связанных ЦД заслуживает особого внимания. Образующиеся комплексы включения представляют не только теоретический интерес. Это область химии соединений типа хозяин — гость , и она важна для лучшего понимания роли образующихся молекулярных комплексов в биологических системах. [c.112]

Биологические системы состоят главным образом из водорода, кислорода, углерода и азота. Действительно, более 99% атомов из числа необходимых биологическим клеткам приходится на долю этих четырех элементов. Тем не менее, как известно, биологические системы нуждаются во многих других элементах. На рис. 23.5 показаны необходимые для биологических систем элементы. К их числу относятся шесть переходных металлов-железо, медь, цинк, марганец, кобальт и молибден. Роль этих элементов в биологических системах обусловлена главным образом их способностью образовывать комплексы с разнообразными электронно-донорньши группами. Многие ферменты, выполняющие в организме роль катализаторов, функционируют благодаря наличию в них ионов металлов. Принцип действия ферментов будет рассмотрен подробнее в гл. 25. [c.375]

Порфирины в биологических системах всегда представляют собой комплексы с металлом. В связи с этим нужно подчеркнуть существенную роль ионов металлов в биологических процессах. Помимо ионов, содержащихся в организмах в больших количествах (Ма K Са Мд ), важное значение имеют ионы металлов — кофакторы множества ферментов, прежде всего 2п++ и Для некоторых процессов необходим Мп- , в фиксации азота участвует молибден. В кобамидных ферментах [c.99]

Особенно важные функции выполняют в биологических системах ионы железа, меди, цинка, магния, кобальта, кальция, молибдена, марганца среди микроэлементов можно обнаружить также олово, барий, золото и другие, роль которых исследована в меньшей степени. Около двух сотен ферментов для проявления своей активности так или иначе нуждаются в металлах и относятся к группе так называемых металлоэнзимов. В. 3. Горкин, несколько модифицировав классификацию Брея и Харрапа, делит металлоэнзимы на три группы истинные металло-энзимы, для которых характерна прочная связь с металлом металлоферментные комплексы, в которых апофер-мент и металл соединены лабильно и такие металлоэнзимы, которые нельзя с уверенностью отнести к одной из названных групп. [c.181]

Основная задача, которую ставили перед собой авторы книги, по существу решена — мы рассмотрели все те вопросы, которые считали важными. Однако нам представляется интересным показать, как, используя рассмотренные нами простые реакции, можно осуществить чрезвычайно важные процессы, которые могут дать определенный экономический эффект. Мы должны также помнить, что ионы металлов входят во многие биологические системы и активный центр такой системы можно рассматривать как металлокомплекс. Термин реакции координированных лигандов можно применить к реакциям, протекающим в системах, играющих важную роль во многих процессах, таких, например, как перенос кислорода (гемоглобин включает комплекс железа с макроциклическими тетрадентатными лигандами, в котором атомами-донорами служат атомы азота), фотосинтез (хлорофилл — магниевый комплекс другого макроциклического тетраден-татного лиганда, роль атома-донора в нем также выполняет азот) и многие ферментативные процессы. [c.245]

Интересна также гипотеза образования мембран путем компоновки из готовых блоков, образованных белками и липидами. При этом важная роль отводится липидам, входящим в состав комплексов и вносящим существенный вклад в образование гидрофобных областей. Они также могут проникать в полости белковых агрегатов, создавать вокруг них микросреду, которая обеспечивает правильную ориентацию и взаимодействие комплексов. Предполагают и одномоментное образование мембран как новой биологической системы. [c.40]

Синтез новых комплексов, поиск новых сфер применения соединений иода, выяснение причин их высокой биологической активности, а также понимание фундаментальной роли биополимеров в метаболизме не возможны без систематизации и анализа природы взаимодействий в этих системах. [c.34]

Биологическая роль порфиринов значительно шире их участия в построении систем гемоглобина и хлорофилла. Установлено, что без них живые организмы не могли бы приспособиться при переходе от ранней восстановительной к современной окислительной атмосфере. Есть основания полагать, что абиогенный синтез порфирина и далее гема и хлорофилла осуществлялся конденсацией янтарной кислоты (возникшей из уксусной кислоты) и глицина в а-амино-Р-кетоадипиновую кислоту, которая после декарбоксилирования превращалась в б-аминолевулиновую кислоту две ее молекулы, взаимно конденсируясь, образовали пиррольное ядро. Серия последующих процессов окисления и конденсации привела к тетра-пиррольной порфириновой системе. Далее синтез гема и хлорофилла осуществлялся почти тождественной, совпадающей последовательностью реакций, разветвившихся на стадии образования комплексов железа и магния [c.546]

Другим активным химическим фактором был поток электронов, возникавший вследствие распада изотопа К °. По Гершману, синтез перекиси водорода мог играть роль в отборе биологически важных веществ — конкуренцию выдержали лишь те системы, которые располагали эффективными катализаторами, разлагающими перекись. Каталаза, действительно, относится к числу сильнейших катализаторов распада перекиси водорода. Глицин и янтарная кислота, по мнению М. Кальвина, и послужили сырьем для образования порфириновых систем. Образовавшийся железопорфириновый комплекс, в свою очередь, катализирует процессы, ведущие к синтезу протопорфиринов, так что процесс приобретает авто-каталитический характер. С другой стороны, система перекись водорода — ионы железа способна, по-видимому, облегчать образование пирофосфатов из ортофосфатов и подготавливать материал, необходимый для получения аккумуляторов энергии, т. е. соединений, содержащих макроэргические пирофосфатные связи. [c.141]

Токсическое действие. Р. отличается высокой токсичностью для любых форм жиз-Бш, широким спектром и большим разнообразием клинических проявлений токсического действия в зависимости от свойств веществ, в виде которых металл поступает в организм (пары Р., неорганические и органические соединения), пути поступления и дозы. В основе механизма действия Р. лежит блокада биологически активных групп белковой молекулы (сульфгидрильных, аминных, карбоксильных и др.) и низкомолекулярных соединений с образованием обратимых комплексов с нуклеофильными лигандами. Установлено включение Р.(II) в молекулу транспортной РНК, играющей центральную роль в биосинтезе белков. В начальные сроки воздействия малых концентраций Р. имеет место значительный выброс гормонов надпочечников и активирование их синтеза. Отмечены фазовые изменения в содержании катехоламинов в надпочечниках. Наблюдается возрастание моноаминоксидазной активности митохондриальной фракции печени. Показано стимулирующее действие неорганических соединений Р. на развитие атеросклеротических явлений, но эта связь нерезко выражена. Пары Р. проявляют нейротоксичность, особенно страдают высшие отделы нервной системы. Вначале возбудимость коры больших полушарий повышается, затем возникает инертность корковых процессов. В дальнейшем развивается запредельное торможение. Неорганические соединения Р. обладают нейротоксичностыо. Имеются сведения о гонадотоксическом, змбриотоксиче-ском и тератогенном действии соединениях Р. [c.484]

Остальные из названных выше элементов металлы. Каковы же их функции Какая роль, например, магния, для чего нужны организму калий и натрий, каковы функции ионов кобальта, сделавшие его необходимым для нормальной работы организма Не всегда удается дать исчерпывающие ответы на подобные вопросы. В дальнейшем мы изложим те сведения о роли ионов металлов в ферментных системах, которые могут считаться надежно установленными. Природа экономно использует металлы — их содержание в организмах невелико и ион каждого вида выполняет различные функции. Чаще всего они связаны с усилением действия биологических катализаторов или образованием специфических активных групп катализаторов — металлосодержащих ферментов. Известно, что металлы, как правило, входят в состав организмов в виде комплексных соединений. Так, железо с азотсодержащими веществами образует сложный комплекс — гем. Гем вступает во взаимодействие с белками, и в зависимости от того, с каким белком он соединился, получающееся вещество приобретает различные свойства. В одном случае получается превосходный переносчик кислорода — гемоглобин, в другом — фермент, разлагающий перекись водорода,— каталаза, в третьем — фермент пероксидаза и т. д. [c.10]

Активация комплекса Е—S. Роль фермента состоит в том, что он ускоряет химические превращения, снижая энергетические барьеры химических реакций (мы подробнее рассмотрим это в главе, посвященной влиянию температуры,— стр. 208). Чрезвычайно важно понилшть природу этих барьеров , так как именно они в первую очередь определяют скорость протекания метаболи ческих реакций ири температурах, возможных в биологических системах. Скорость реакции зависит главным образом от свободной энергии активации данной реакции. Величину этой свободной энергии можно определить как количество энергии, которое нужно дополнительно ввести в комплекс Е — S, чтобы ослабить пли деформировать межатомные связи в молекуле (молекулах) субстрата и тем салшш облегчить превращение субстрата (субстратов) в продукт (продукты) реакции. Само по себе образование комплекса Е — S еще не ослабляет и не деформирует эти связи настолько, чтобы получился активный комплекс. Для этого нужна добавочная энергия из внещнего источника, например в форме тепла. Каталитическая роль фермента состоит в том, что он уменьшает количество этой добавочной энергии, необходимое для образования активного комплекса. Таким образом, под влиянием ферментов физиологические реакции протекают в 10 —10 - раз быстрее, чем в отсутствие катализатора. [c.19]

Я думаю, что эту стереоспецифичность можно было бы объяснить образованием металлических комплексов хелатного типа, в которых металл обладает четырьмя или шестью координационными связями, расходуемыми частично на связь с оптически активным белком, частично — на связь с молекулой субстрата. Известно, что оптически активные координационные соединения таких металлов, как. кобальт, обладают чрезвычайно высоким молекулярным вращением, а потому различие в способности d- и /-форм субстрата давать хелатные соединения может быть весьма велико. Как было отмечено д-ром Чебиреком (см. статью 33), подобного рода хелатные соединения могут содержать металлы как постоянной (например. Mg, Zn), так и переменной валентности. Доказано, что ионы металлов обоих типов играют в биологических системах роль микроэлементов. [c.422]

Однако если важна стереохимия лиганда, как, например, в порфириновых ядрах, то образуются другие структуры, например структура плоского квадрата в Мд(П)-хлорофилле (гл. 29, рис. 29.1). Известен также октаэдрический комплекс [Мд(МНз)б]С12, о он легко гидролизуется в воде. Из ионов других щелочноземельных металлов только Са + проявляет тенденцию к образованию комплексных соединений, координируя предпочтительно карбоксилатные лиганды. Так, октаэдрический ион [СаЭДТА]2- имеет практическое значение (как умягчитель воды), а связывание Са + и Mg + фосфатными группами АТФ и АДФ играет важную роль в процессе переноса энергии в биологических системах. [c.48]

Часто ион металла, весьма эффективный при катализе в модельных системах, в биологической реакции либо неактивен, либо малоэффективен. Такая ситуация хорошо исследована для реакций декарбоксилирования оксалоацетатов [28, 29] и гидролиза пептидных связей [30]. Более того, хотя катализ в биологических системах и должен подчиняться основным физическим и химическим законам, наличие третичной и четвертичной структур белков может стабилизировать такие комплексы и способствовать таким эффектам, например прямому переносу протона [31], которым трудно найти аналогии в модельных системах. Эти положения проиллюстрированы Вангом и сотрудниками на примере механизмов, предложенных для химотрипсина [32] и карбоангидразы [33]. Расхождение между Вангом и Каплоу во взглядах на возможную роль белкового фермента отражено в дискуссии в гл. 16, посвященной карбоангидразе [33]. Таким образом, хотя модельные системы во многих случаях и дают полезную информацию, необходимо соблюдать осторожность при экстраполяции этих данных на каталитическую роль иона металла в комплексах с мостиковым металлом. [c.447]

Следует подчеркнуть, что модели физических нагрузок, сочетаемые с выраженным напряжением эмоциональных механизмов, ярко проявляются в условиях соревновательных нагрузок при занятиях спортом. На указанной модели активности биологической системы можно проследить важность эмоциональных влияний и возможности исследования их методом анализа физиологического тремора как показателя комплексных установочных реакций центральной нервной системы. При этом, базируясь на учении о ведуш ей роли корковых механизмов в регуляции произвольных моторных реакций, мы в комплексе различных факторов исследовали эффекты механизма волевого погашения тремора в целях объективного анализа адап- [c.81]

Как показали проведенные испытания [919], ион кальция из комплекса с ДТПА состава Са5(11ра2 легче поступает в почвенный комплекс, чем из карбоната и нитрата кальция. Так, при внесении в почву комплексоната кальция содержание в подзолистой почве обменного Са + увеличивается в 2,5—3 раза по сравнению с внесением нитрата кальция, а тем более извести. При этом наблюдается более интенсивное поглощение Са + из комплексоната корневой системой растений. Таким образом, строение молекулы комплексона и соответствующего комплексоната металла на его основе оказывает существенное влияние на их свойства (устойчивость комплекса, его растворимость, склонность к процессам сорбции и т. д.) и тем самым на биологическую активность и эффективность использования в сельском хозяйстве. В свою очередь значительную роль играет вид сельскохозяйственной культуры, а также тип почвы и содержание в ней микроэлементов. [c.484]

Комплексообразование играет огромную роль в жизни растений. Многие биологически активные вещества представляют собой комплексные соединения например, хлорофилл — внутрикомплексное соединение протопорфирина с магнием. Ряд ферментов также является хелатами, в которых металлы комплексно связаны с молекулами белков. В транспортировке многих металлов по растению, вероятно, участвуют определенные естественные хе-латообразователи связывание железа в естественный хелат [5] удерживает его от осаждения фосфатами и другими соединениями в проводящих системах растения. В связи с этим вполне естествен большой интерес к возможности применения синтетических ком-плексообразователей для защиты железа и других металлов в известковых почвах от осаждения. В качестве подобных хелантов испытан ряд органических кислот — лимонная, аскорбиновая, гу-миновая, винная [6]. Однако применение их недостаточно эффективно в связи с малой устойчивостью образуемых комплексов, разрушением их микроорганизмами почвы. [c.361]

Комплекс агротехнических, биологических и химических мер борьбы с сорняками должен основываться на правильном сеюобо-роте с рациональной системой обработки почвы, удобрения и применения гербицидов. Значение севооборота в подавлении сорняков действительно огромно, поскольку в нем хорошо сочетаются истребительные меры с фактором биологического угнетения культурами сплошного посева такими, как озимая рожь и пшеница, многолетние и однолетние травы и др. Особенно заметна очищающая роль севооборота по сравнению с бессменными посевами. Например, в длительном опыте ТСХА, заложенном в 1912 г., в севообороте (1 — черный пар 2 — озимая рожь 3 — картофель 4 — овес + - - клевер 5 — клевер 6 — лен) засоренность всех культур была меньше в 3...5 раз по сравнению с их бессменными посевами. [c.360]

Патологическая кальцификация сосудов, мышц, суставов, почек и т. д является следствием ряда заболеваний человека. Некоторые соединения, образующиеся в результате обменных процессов в живом организме, обладают свойствами стабилизировать соли Са в биологических жидкостях. Такие соединения играют роль биокомплексонов, связывающих Са + в растворимые комплексы, и. выполняют функцию регуляторов содержания Са в плазме и других тканевых жидкостях. Однако при патологии концентрация этих веществ в биологических жидкостях и минерализованных тканях снижается. Установлено, что неорганические пнрофосфаты, являющиеся продуктами ряда биологических превращений, могут функционировать в живом организме как система, регулирующая процессы декальцификации костных и кальцификации мягких тканей при разнообразных видах патологии [1]. Использованию пирофосфатов в лечебных целях препятствует их тенденция К гидратазу с образованием нерастворимых ортофосфатов. [c.10]

Рассмотрим сначала именно это свойство, так как оно представляет важный критерий в ходе биохимического отбора . Громадная заслуга А. Пюльман и Б. Пюльман заключается не только в том, что эти ученые, применив метод молекулярных орбит в приближении МОЛКАО, произвели квантово-механические расчеты множества биологически деятельных молекул, но и в том, что они обнаружили и подчеркнули исключительную роль сопряженных систем в биологии. В одной из статей эти авторы писали ...основные проявления жизни непосредственно связаны с существованием соединений с высокой степенью сопряжения и указывали, что сопряжение стабилизирует молекулу, повышает устойчивость активированных комплексов и обеспечивает передачу электронных возбуждений и миграцию энергии на большие расстояния [2]. Классическим примером сопряжения является бутадиен, в котором нет строгой локализации р-электронов атомов углерода, и четыре р-орбиты образуют общее облако л-электронов. я-Электроны движутся так, что для кх описания требуется использование многоцентровых орбит важнейшим свойством системы я-электронов является повышенная химическая активность. Эта особенность, в сочетании с возможностью передачи [c.64]

В работе ферментных систем существенную роль играют ионы металлов. Вместе с тем удивительно мало число стабильных комплексных соединений металлов, прочно связанных с белковой частью фермента, которую удалось изолировать из биологических материалов. Это прежде всего металлопорфириновые комплексы, содержащие обширные л-электронные системы, обстоятельно исследованные рядом авторов (Л. А. Блюменфельд, Б. и А. Пюльман и др.). Металлопорфирины действительно вмонтированы , по выражению Болдуина, в белок и с трудом могут быть от него отделены. Зато число менее прочных комплексов, образуемых металлами со всевоз- [c.180]

Способность выполнения ряда специфических функций, возникшая в процессе длительной эволюции нервной системы, отразилась также на формировании ее особого химического состава и определенной специфики метаболизма. Здесь можно отметить и высокую концентрацию в нервной ткани липидных веществ, в частности липопротеидных и липонуклео-протеидных надмолекулярных комплексов и огромные скорости протекания метаболических процессов и исключительную интенсивность потребления энергии и связанное с этой особешюстью весьма эффективное использование ряда аминокислот в качестве источников энергии и исключительное развитие биохимических аппаратов образования аминокислот из глюкозы и наличие множества альтернативных путей превращения веществ, выполняющих в деятельности нервной системы особо важную роль и развитые механизмы пространственного разобщения метаболитов, отличающихся по обменной активности и необычные механизмы транспорта биологически важных веществ но отросткам нейронов на периферию клетки и специфическую локализацию в нервной ткани таких соединений, как протеолипиды, некоторые виды ганглиозидов, ГАМК, К-ацетил-Ь-аспарагиновая кислота и др. и высокую активность био- [c.19]

Термин инфекционность в том смысле, в каком он употребляется в данном контексте, относится ко всей совокупности событий, происходящих в процессе заражения проникновение инфекционного агента в клетку-хозяина репликация нуклеиновой кислоты, синтез вирусных белков (или белка) оболочки и других вирусоспецифичных соединений созревание вирусных частиц и, наконец, выход вируса из клетки, сопровождаемый или не сопровождаемый лизисом и другими цитоплазматическими изменениями, а также общими симптомами заболевания. Все эти различные биологические и биохимические стороны понятия инфекционности обсуждаются в последующих главах. Здесь же мы хотим обратить внимание читателя лишь на следующее обстоятельство. Биологическая активность вирусных нуклеиновых кислот имеет, как известно, две стороны, а именно матричную активность и активность в качестве переносчика информации. Оказалось, что для изучения этих активностей можно использовать не живую клетку-хозяина, а более простые системы, в частности бесклеточные системы in vitro с использованием очищенных ферментов [187, 344, 348]. Именно благодаря применению таких систем было выяснено, что для выполнения нуклеиновой кислотой отдельных функций, например для синтеза белковой оболочки, не требуется присутствия полной интактной молекулы нуклеиновой кислоты, или всего набора нуклеиновых кислот, или цельной вирусной частицы. Таким образом, используя в эксперименте отдельные фрагменты или компоненты РНК, можно пролить свет на функциональную роль различных частей молекулы нуклеиновой кислоты или комплекса нескольких молекул. О таких исследованиях упоминается в гл. XI, разд. Б. [c.180]

Эти критерии позволяют признать необходимыми только те элементы, роль которых большей частью очевидна для структуры клетки. Необходимость же микроэлементов, назначение которых связано с функцией клетки с позиции постулатов Арнона, может быть поставлена под сомнение. Налицо существование такого положения, когда целый ряд элементов может участвовать в осуществлении одного и того же процесса, реакции с различной эффективностью. Например, металлы, имеющие биологическое значение, могут быть заменены в индивидуальных ферментных системах, по крайней мере in vitro, на другие. Подобная замена имеет место в тех случаях, когда каталитическая единица представлена металлбелковым комплексом, слабо удерживающим металл. [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология