зает, так как внутренняя поверхность мембраны становится электроположительной по отношению к наружной. Это обратное отклонение достигает 40 мВ. Мембранный потенциал при раздражении нейрона изменяется вследствие повышения проницаемости плазматической мембраны для ионов натрия. Последние диффундируют внутрь клетки, а ионы калия — наружу (поглощение Na+ при этом увеличивается в 20 раз, а выделение К + — в 9 раз). В результате деполяризации мембраны возникает электродвижущая сила, обусловливающая восходящую кривую п о т е н ц и а л а д е й с т в и я . Вслед за этим в клетке наступают восстановительные процессы (инактивация натриевой проницаемости и реполяризация мембраны). Этот сдвиг регистрируется в виде нисходящей кривой потенциала действия. Изменение мембранного потенциала в одном участке делает более проницаемым соседний участок, в результате чего волна деполяризации и потенциал действия распространяются по волокну. Активный перенос ионов натрия и калия отмечается в эритроцитах (что обеспечивает их дыхательную функцию), в эпителии почечных канальцев, а также в мембранах некоторых органелл. Предполагается, что активный транспорт типа «насосов» имеется в некоторых клетках организма и для других ионов (С1~, J-, Са 2 + , Mg 2 +).

Недавно установлено наличие специальных веществ-переносчиков (ионофоров), обеспечивающих так называемую облегченную диффузию щелочных металлов через мембраны. Такими веществами являются, в частности, антибиотики циклодепсипептиды— валиномицин, грамицидин и др. (М. М. Шемякин, Ю. А. Овчинников и др.).

Относительно влияния металлов-микроэлементов на функцию клеточных мембран материал только накапливается.

2.3 .4. Минеральные элементы и ферментные системы

Ферменты являются наиболее эффективными и специфичными из всех известных катализаторов. Каталитические свойства ферментов локализованы в их активных центрах, которые образованы относительно небольшим количеством аминокислотных остатков. Функция остальной части полипептидной цепи состоит в том, что она удерживает активные центры в пространственном положении, необходимом для осуществления специфической каталитической функции.

Во многих случаях для катализа ферментативных систем необходимы, кроме субстрата и фермента, вещества небелковой природы— кофакторы. Последними могут служить либо органические соединения (коферменты),* либо ионы металлов.

Взаимодействие ионов металлов с ферментами в химическом

Часто коферментами являются витамины.

отношении является частным проявлением более общей закономерности— образования металлоорганических комплексов, основного типа соединений в биологических системах. Комплексообразование в большей или меньшей степени свойственно всем элементам периодической системы, однако наиболее выражена эта способность у катионов металлов.

В комплексном соединении ион металла занимает центральное место. Ионы или молекулы, образующие комплекс с металлом, называются аддендами или лигандами. Простыми анионными лигандами in vivo являются СО§- НСО§- POJ-, HPOJ-, Н 2 РО~, F~ С1~, Вг~, J-, вода. Наряду с этим лигандами может служить большое число природных органических соединений. Это аминокислоты, пептиды, белки, нуклеопротеиды, нуклеиновые кислоты, карбоновые кислоты, углеводы, фосфолипиды и другие соединения, содержащие электронно-донорные атомы (азот, кислород, сеРУ).

Предпочтение, отдаваемое ионом металла той или иной группе,, зависит от ряда факторов: характера металла, природы лиганда,, особенности растворителя и др. Прочность образуемых комплексов ион металла-лиганд хорошо объясняется с позиции концепции жестких и мягких кислот и оснований.

Согласно электронной теории кислот и оснований Льюиса, акцепторы электронов (атомы, ионы или молекулы) играют роль кислот, а доноры электронов — оснований.

Кислоты или основания делятся, в свою очередь, на жесткие и мягкие. Мягкость или жесткость обусловлены подвижностью электронов, или поляризуемостью частиц. При легком смещении электронов частицы относят к мягким, при трудном —к жестким (подробнее см. 4, 13, 20, 21). Катионы щелочных, щелочноземельных и переходных биоэлементов-металлов являются в основном жесткими кислотами, а неорганические анионы — жесткими основаниями. Прочные связи образуют только жесткие кислоты с жесткими основаниями и мягкие кислоты с мягкими основаниями.

Связь между противоположными по жесткости кислотами и основаниями всегда будет слабой, если она вообще возможна.

Стабильность комплекса ион двухвалентного металла-лиганд (зависящий от порядка изменения мягкости) изменяется согласно ряду Ирвинга-Уильямса следующим образом:

C a < M g < M n < F e < C o « N i < C u > Z n ,

т. е. соответствует переходу от жесткой кислоты С а 2 + к иону с промежуточной жесткостью Си 2+.

Мягкость лигандов, или их способность быть донорами электронов, также влияет на устойчивость комплекса и селективность ионов металла. Так, у белков при переходе от кислородных электронно-донорных функциональных групп (жестких) к сернистым (мягким) меняется порядок предпочтения металла (табл. 3).

При взаимодействии некоторых ионов с органическими соединениями (аминокислотами, пептидами, белками) происходит про-

цесс хелатирования, т. е. образования клешневидных комплексов*. За комплектование в этих группах ответственны атомы N, О, S. Эти элементы располагают электронными парами, с помощью которых осуществляется координационная связь и заполнение электронной конфигурации центрального иона [23].

Особо прочные комплексы образуются при наличии реакционноспособных групп с отрицательным зарядом в боковых цепях аминокислот. Присутствие таких групп в гистидине, цистине, цистеине делает их наиболее сильными комплексонами среди аминокислот. Комплексы ионов с пептидами менее прочны, чем с аминокислотами.

4. Биологическая роль металлов и их способность к комплексообразованию [2!]

*** О хелатировании говорят, когда ион металла связывается с двумя или более атомами одного лиганда.**