Учебное пособие Издание третье, стереотипное

Необходимые ионы металлов

Ион металла	Форма при pH 7	Содержание в организме человека*	Концентрация в плазме	Дневное потребление
Na+	Na+	70-100 г	141 мМ	1-3 г
К+	K+	140-250 г	4 мМ	2-5 г
Mg^2+	Mg^2+	20-40 г	0,9 мМ	0,7 г
Са^2+	Ca^2+	1,1-1,7 кг	1,3 мМ	0,8 г
Сг^3+	Cr(OH)^2+	6 мг	0,5 мМ	0,1 г
Мо^2+	MoO	2-9 мг	—	0,3 г
Мп^2+	Mn^2+	12 мг	1 мкМ	4 мг
Fe^3+	Fe(OH)^2+	4-5 г	20 мкМ	10-20 г
Fe^2+	Fe^2+	4-5 г	20 мкМ	10-20 г
Со^2+	Co^2+	1 мг	0,05 мкМ	3 мкг
Ni^2+	Ni^2+	10 мг	0,05 мкМ	—
Cu^2+	Cu^2+	0,1-0,2 г	19 мкМ	3 мг
Zn^2+	Zn^2+	1,5-3 г	46 мкМ	15 мг

Примечание. * — данные разных литературных источников могут отличаться в пределах одного порядка.

При желании можно построить Периодическую систему с характеристикой биологической активности химических элементов по 9-балльной системе. Такая оценка основана на проявлении симптомов дефицита или избытка определенного элемента и учитывает следующие симптомы (в порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита, 2 — потребность в изменении диеты, 3 — значительные изменения состава тканей, 4 — повышенная повреждаемость одной или нескольких биохимических систем, 5 — недееспособность этих систем, 6 — субклинические признаки недееспособности, 7 — клинические симптомы недееспособности и повышенная повреждаемость систем, 8 — заторможенный рост, 9 — отсутствие репродуктивной функции или летальный исход. При такой оценке наиболее высоким баллом характеризуются жизненно необходимые элементы.

Бионеорганическая химия, как уже отмечалось, часто понимается как биокоординационная химия металлов, так как они находятся в организмах в виде комплексных (координационных) соединений [1], [2]. Ее надо понимать шире — как биохимию элементов и их неорганических соединений. Тем не менее, основное место и здесь отводится металлам. К биогенным относятся следующие 10 металлов: s-элементы Na, К, Mg, Са; Зй-элементы Mn, Fe, Со, Си, Zn и один 4<2-элемент — Мо. Установлено, что и другие металлы проявляют биоактивность, но их роль пока до конца не выяснена. Так как металлы обладают различными свойствами, отвечающими их положению в Периодической системе, то и биологические функции и их распределение по органам и тканям должны быть различны (табл. 6).

Таблица 6
Содержание важнейших ионов в клетках и биожидкостях

Биосреда	Катионы, ммоль/л				Анионы, ммоль/л
	Na^+	К^+	Са^а+	Mg*	СГ	POf	НСО§
Плазма крови	152	5	2,5	1,5	113	1	27
Спинномозговая	143	4	2,5	1,5	117	1	27
жидкость
Клетка	14	157	—	13	—	38	10

Вместе с тем биосфера представляет собой среду с подвижным равновесием как на макро-, так и на микроуровне, т. е. указанное в таблице содержание — не константа.

Для элементов в организме характерно определенное распределение между внутри- или внеклеточным пространством. Внеклеточными элементами являются Na, Са, Си, Mo, Cl, Si, А1, а внутриклеточными — К, Mg, Fe, Со, Zn, Ni, Mn, S, P, Se. В этой связи они характеризуются определенными функциями (табл. 7). Так, ионы щелочных металлов, менее всего способные к образованию координационных связей, участвуют в создании электролитной среды организма, регулируют процессы всасывания веществ. Ионы Са²⁺, образующие малорастворимые соединения, служат основой «несущих» систем организма: скелета, хрящей. Металлы играют активную роль в 30% всех ферментативных систем (табл. 8). Причем катионы, соли которых легко гидролизуются (Mg⁺², Zn⁺²), участвуют в реакциях гидролиза; а ионы, проявляющие переменную валентность и переменное координационное число (Си ,
+2,+3\
Fe ), — в окислительно-восстановительных процессах.

Таблица 7
Место и роль катионов в биологических системах

Na\ К^+	Mg’*, Са^2+	Zn^2+	Fe, Си, Со, Мп, Мо (в виде М°^+)
Носители заряда	Твердые структуры, «пусковые» устройства	Кислоты, катализаторы	Катализаторы окислительно восстановительных реакций
Подвижные	Умеренно подвижные	Статичные	Статичные
Слабые комплексы	Комплексы умеренной устойчивости	Устойчивые комплексы	Устойчивые комплексы
Координация	Координация	Координация	Координация
с атомами О	с атомами О	с атомами N	с атомами N и S
Очень быст-	Умеренно	Медленный	Медленный обмен
рый обмен	быстрый обмен	обмен	или его отсутствие

Функции некоторых металлов и металлоферменты

Таблица 8

Металл	Белок, биолиганд
Na^+	Активатор Na-специфичной АТФ-азы
К^+	Активатор пируватфосфокиназы и К-специфичной АТФ-азы
Mg^+2	Активатор фосфотрансферазы, фосфогидразы
Са^+2