Металлы, которые всегда с тобой

Вероятно, повышенное содержание меди в органах центральной нервной системы — явление не случайное. Вот любопытный факт: серое вещество мозга из правого и левого его полушарий содержит разное количество меди. А ведь известно, что полушария развиты неодинаково. У человека левое полушарие более активно и содержит больше различных биологически активных металлов. Больше всего меди находится в подкорковых образованиях, связанных с осуществлением двигательных функций.

Установлено, что правое полушарие головного мозга управляет левой половиной нашего тела, а левое — правой. Именно правое полушарие ответственно за координацию и пространственное перемещение, левое же контролирует язык и речь. Но бывает, что правое полушарие развивается быстрее левого и становится более активным, выполняя в некоторой степени функции и левого полушария. В этом случае человек становится левшой. Это явление связано с некоторой гормональной аномалией.

Интересно было бы при этом проследить за поведением активных металлов и особенно меди. Каково её влияние на функции мозговых полушарий? Тем более что известно: количество этого металла меняется при инфекционных заболеваниях мозга, таких, например, как энцефалит. Работы в этом направлении ведутся. Сегодня медики вполне уверенно говорят о связи уровня меди с такими болезнями, как шизофрения и эпилепсия, которые возникают при нарушениях функции мозга. Препараты меди уже с успехом применяют для снижения возбудимости при психических заболеваниях.

Можно ли стать невидимкой?

Одним из самых интересных ферментов, содержащих медь, является тирозиназа, которая была открыта ещё в прошлом веке как один из первых окислителей. Впервые её обнаружили в 1895 году французские исследователи Э. Бургело и Г. Бертран. Несмотря на то что с тех пор свойства этого фермента находились в сфере постоянного внимания биохимиков, в кристаллическом виде он был получен только в 1963 году.

Главной, пожалуй, особенностью тирозиназы является её способность катализировать окисление аминокислоты тирозина, в результате чего образуется чёрный пигмент меланин. Способности к окислению у тирозиназы необыкновенные, если не сказать уникальные. Тирозин окисляется этим ферментом даже тогда, когда он находится в составе белка. Тирозиназа буквально отыскивает тирозин в самых различных белках и окисляет его. Пока неизвестны другие такие ферменты, обладающие способностью воздействовать на субстрат, если он входит в состав белка.

Интересно, что и в молекуле инсулина — этом важнейшем гормоне, вырабатываемом поджелудочной железой, тирозиназа воздействует на все 4 аминокислотных остатка тирозина. Это недавнее наблюдение американских биохимиков опровергло существовавшее ранее мнение, что инсулин не подвержен действию тирозиназы.

Но вернёмся к меланину. Именно он вызывает пигментацию кожи у животных и человека, проявляющуюся и виде различных родимых пятен. В потемнении битых картофелин, зрелых бананов и других фруктов также повинен меланин. Насекомые обязаны своим твёрдым покровом, защищающим от повреждений и потерь влаги, все той же тирозиназе, которая в их организме обеспечивает выработку необходимого количества меланина, идущего на постройку панциря.

С тирозиназой связана и такая аномалия, как альбинизм (от латинского «альбус» — белый). Это врождённое отсутствие пигментации кожи, волос, радужной оболочки глаз. Людей и животных с такой аномалией называют альбиносами. Тирозиназе принадлежит основная роль и при развитии меланомы — одной из разновидностей рака кожи, возникающего из клеток, вырабатывающих меланин, особенно из родимых пятен. Вот ведь как важна во всем мера: отсутствие или неактивное состояние тирозиназы приводит к альбинизму, а чрезмерная её активность— к развитию злокачественных образований.

Альбинизм вызывается нарушением обмена вещёств, в результате которого утрачивается способность организма вырабатывать меланин. У альбиносов наблюдается повышенная чувствительность кожи к солнечным лучам. Заметим, кстати, что белые крысы, кролики и морские свинки белой окраски—тоже альбиносы, часто их выводят искусственно для биологических экспериментов.

Медь и лиганды

С патологическим обменом меди в организме связано сравнительно редкое, но очень тяжёлое заболевание — красная волчанка. Во всем мире ею болеют около 500 тыс. человек. На носу и щеках заболевшего появляются поражённые участки кожи в форме бабочки, подобные ожогам. Название заболевания связано с тем, что эти пятна больной кожи несколько напоминают пятна на морде волка (шерсть на переносице и щеках у волков имеет иную окраску, чем на лбу).

Хотя красная волчанка известна медицине уже более ста лет, причины её возникновения до последнего времени установлены не были.

В последние годы здесь не только удалось продвинуться вперёд, но при изучении этого недуга появилось целенновое направление в медицине — лигандная патология.

Основатель этого направления — советский учёный, доктор медицинских наук Владимир Константинович Подымов.

Лиганды сами по себе были известны науке и ранее. Они представляют собой комплексные соединения (от латинского «лиго» — связываю), молекулы которых связаны с центральным ионом-комплексообразователем, роль которого обычно выполняет какой-либо металл. Лигандом, например, является хорошо известный нам гем.

Так вот, лиганды и есть те активные соединения, которые выполняют главную роль при ферментативном катализе, являясь посредниками при взаимодействии между ферментом и субстратом. Эти реакции, как мы знаем, отличаются высокой специфичностью и участием в них молекул строго определённой конфигурации, что обеспечивается ионом металла, образующим так называемые координационные связи с молекулой фермента. Такие ионы выполняют разнообразные функции, поляризуя различные части молекул, изменяя их реакционную способность или выполняя роль матрицы, взаимно ориентирующей субстрат и фермент. Стоит заметить, что в роли лигандов могут выступать не только ферменты, но и витамины, нуклеиновые кислоты и многие другие жизненно необходимые соединения.

Заслугой Подымова явилось то, что он сконцентрировал своё внимание на взаимодействии в организме лигандов и микроэлементов. Он пишет: «Свойства образующихся комплексов и их значение в физиологических процессах изучены пока ещё далеко не достаточно. Дело, по-видимому, в том, что распределение, содержание и поведение в организме микроэлементов (ионов металлов), с одной стороны, и лигандов (витаминов, аминокислот, оксикислот, биогенных аминов, нуклеиновых кислот и т. д.) — с другой, изучается, как правило, раздельно, в то время как исследованию их непосредственного взаимодействия уделяется ещё мало внимания.

А между тем нормальное функционирование многих биологических систем определяется именно металлолигандным гомеостазом — взаимодействием металлов с лигандами, их равновесием в организме, нарушение которого неизбежно приводит к развитию различных заболеваний».

В этом отношении наиболее характерны механизмы лигандной патологии, то есть тех заболеваний, которые вызваны не снижением концентрации металла, например железа или меди, при анемиях, а избытком соответствующего лиганда. Есть такая болезнь — латиризм, которая возникает при употреблении в пищу семян растений чины (латируса). Животные, скажем, при этом худеют, становятся менее подвижными. Шерсть у них теряет блеск, а кожа утончается. Эти явления вызваны изменением свойств важнейшего белка соединительной ткани — коллагена. Здесь происходит блокирование необходимых превращений аминокислоты лизина под воздействием фермента лизилоксидазы. Дело в том, что это медьсодержащий фермент, а при латиризме именно медь организм не может Использовать. И вот почему. В семенах чины содержится особое вещёство — аминопропионитрил, который, образуя «фальшивый» лигакд, прочно связывается с медью, отнимая её у лизилоксидазы (подобно тому как угарный газ связывается с гемоглобином). В результате реакция идёт «не туда», получается дефектный коллаген, и нарушается образование волокон соединительной ткани сосудов, скелета и других органов. Заметим, кстати, что если в рационе животных меди недостаточно, то появляются сходные симптомы.