Образование хелатных комплексов. Характеристика лиганд (хелатирующих агентов). Сродство, коэффициент устойчивости.

При содержании двух электронодонорных групп заряд катиона металла при образовании хелатного соединения не меняется (этилендиамин). Лиганды могут содержать также одну электронодонорную и одну анионную группы, как в глицине-заряд металла уменьшается на 1. И наконец, лиганд может содержать две анионные группы (например, щавелевая кислота)- уменьшается на 2. Образование хелатных связей атомами кислорода и азота происходит обычно лишь в тех случаях, когда при этом получаются пяти- и шестичленные циклы.

Для оценки прочности связей применяют константы устойчивости, характеризующие равновесие между одним или несколькими лигандами и одним ионом металла, подчиняющееся закону действия масс.

[MeX

q = –––––––,                                                    

[Me][X]

где в числителе находится концентрация комплекса, а в знаменателе – концентрация образующих его компонентов. Часто необходимо знать общую константу устойчивости (b), представляющую собой произведение частных констант. Произведение двух частных констант обозначают как b₂ (b₂ = q₁×q₂ в случае соединения катиона металла с двумя молекулами лиганда. Понятие «лиганд» относится только к части, находящейся в соответствующей форме, которая может связывать катион металла.

По сравнению с ферментами, обладающими высокой специфичностью в отношении определенного металла, среди синтетических металлосвязывающих агентов подобная избирательность встречается значительно реже. Металлы по своему сродству к большинству хелатирующих агентов располагаются примерно в следующем порядке (от наибольшего сродства к наименьшему):

Fe³⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, Al³⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cd²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺.

Некоторые из приведенных двухвалентных металлов расположены друг за другом в периодической системе следующим образом (в скобках указаны атомные номера): Mn (25), Fe (26), Co (27), Ni (28), Cu (29), Zn (30). В этом ряду, называемом первым рядом переходных элементов, сродство к хелатирующим агентам последовательно увеличивается, достигая максимума у меди (Cu²⁺). Повышение сродства к хелатирующим агентам является следствием уменьшения ионного радиуса.

Хелатообразование зависит от степени ионизации хелатообразующих агентов. Вещество, обладающее меньшим сродством к металлу (низ конст.уст-ти), может присоединить большее количество катионов металла, чем вещества, у которых это сродство больше. Это объясняется тем, что для хелатообразования необходимо не только наличие сродства между лигандом и металлом, но также быстрое образование анионов лиганда из агента (или молекул лиганда). Таким образом, существует своего рода конкуренция между константами устойчивости и константами ионизации.

24) Концепция рецепторов. Критерии отнесения молекулы к рецептору. Регуляция внутриклеточных процессов с участием вторичных мессенджеров.

Ксенобиотик – чужеродное организму вещество. Поэтому он взаимодействует с местами связывания на мембране или выполняет роль антагониста. Биологически активные соединения обычно подразделяют на агонисты-вещества, связывающиеся с рецепторами и индуцирующие биологический ответ, и антагонисты-соединения, препятствующие взаимодействию агониста и не вызывающие или ослабляющие биологическую реакцию.

Истоки теории рецепторов принято обычно искать в работах Лэнгли и Эрлиха. Последний на рубеже XIX–XX вв сформулировал знаменитый принцип: вещества не действуют, не будучи связанными.

Дальнейшее развитие теория рецепторов получила при изучении действия различных гормонов. Установленные факты по влиянию гормонов позволили предположить, что последние связываются с расположенными на поверхности специальными структурами – рецепторами, т. е. молекулами, способными «узнавать» гормон, взаимодействовать с ним и передавать информацию о его присутствии. Однако достоверно доказать наличие рецепторов на мембранах не так-то просто. Это связано, с одной стороны, с чрезвычайно низкой концентрацией, их лабильностью и неоднородностью. С другой стороны, на поверхности любой клетки имеются мембранные компоненты, неспецифически связывающие тот или иной гормон (эффектор), т. е. не все места, связывающие гормон, являются рецепторами.

Рецептор – мембранный центр связывания, взаимодействие которого с молекулой ксенобиотика инициирует реакцию клеточных мембран.

К основным критериям, по которым можно судить о наличии рецепторов относят следующие.

1. высокое сродство, характеризующееся тем, что агент действует при низкой концентрации;

2. кривая, описывающая процесс взаимодействия эффектора с местами связывания на мембране от концентрации, должна выходить на плато, поскольку количество рецепторов (мест связывания) ограничено;   

3. различная биологическая активность пар оптических изомеров (стереоспецифичность);

4. тканевая специфичность биологического действия веществ.

Далее следует отметить, что взаимодействие возможно только при строгом соответствии пространственных и зарядовых геометрий. Необходимо учитывать и то, что связывание эффектора с рецептором должно быть обратимым.

Молекула любого рецептора состоит из двух частей. Одна из них, наружная, служит для связывания вещества (гормона). Вторая, менее полярная часть молекулы рецептора, служит для ее закрепления в липидном бислое и передачи принятого сигнала внутрь клетки. Взаимодействие между связывающими и передающими участками осуществляется благодаря конформационным перестройкам, происходящим в результате «посадки» эффектора (агониста) на связывающий участок рецептора.В этом случае происходят небольшие изменения на отдельных участках мембран, результаты которых передаются внутрь клетки, усиливаясь с помощью определенного («релейного») механизма, и в конце концов определяют течение внутриклеточных процессов. В основе передачи в ряде случаев лежит активация и инактивация фермента – аденилатциклазы (АЦ), расположенного в мембране. Этот фермент отвечает за синтез нуклеотида – цАМФ.В нормальном состоянии активность аденилатциклазы подавлена.

Но при взаимодействии агониста с рецептором Р аденилатциклаза активируется. В результате усиливается синтез цАМФ, увеличивается концентрация последнего внутри клетки и активируется один или несколько ферментов, расположенных внутри клетки. Таким образом, химический сигнал передается от одного посыльного к другому. Первичным посыльным является эффектор (гормон, медиатор), через ГТФ-связывающий G-белок и аденилатциклазу он передает сообщение внутрь клетки.

Вторичные посредники не только способствуют передаче внешнего сигнала во внутриклеточный, но и обеспечивают значительное усиление первоначального сигнала.Однако постоянная активация АЦ не только не нужна, поэтому цАМФ регулируется также с помощью фосфодиэстеразы (ФДЭ).

Циклический АМФ регулирует внутриклеточные реакции .Действие его основано на активации специфических ферментов цАМФ зависимых протеинкиназ, которые формируют многие белки, в частности белки рибосом, ряд ферментов, транспортные мембранные белки и др. Фосфорилирование белков – это их активации. В неактивированное состояние они возвращаются путем дефосфорилирования с помощью фосфопротеинфосфотазы (ФПФ).

Признанными вторичными мессенджерами являются ионы кальция. Кальций участвует в регуляции внутриклеточных процессов в комбинации с двумя другими вторичными посредниками: инозитолтрифосфатом и диацилглицеролом.

Эффектор (медиатор) связывается с рецептором Р, который через ГТФ-связывающие белки (G) активирует фосфодиэстеразу фосфатидилинозитолтрифосфата (ФИФ₂). При ращеплении ФИФ₂ образуется инозитолтрифосфат (ИФ₃) и диацилглицерол (ДАГ). ИФ₃ растворим в воде, поэтому он диффундирует в цитоплазму, где вызывает высвобождение Са²⁺ из внутриклеточного депо – эндоплазматического ретикулума (ЭПР). Высвобожденный Са²⁺ активирует кальмодулинзависимую протеинкиназу (Са²⁺/КаМ киназа), фосфорилирующую белки-мишени, вызывая клеточный ответ. ДАГ, будучи гидрофобным, остается в мембране, где активирует Са²⁺ – фосфолипидзависимую протеинкиназу, которая фосфорилирует другие белки, вызывая также клеточный ответ.