Биологическая роль железа, кобальта, никеля
Железо. По содержанию в организме человека железо относится к жизненно необходимым микроэлементам. Большая часть железа (”70%) сосредоточена в гемоглобине крови. Железо входит в состав ферментов, например, цитохромов, каталазы и др. В связанной форме железо находится в белках, которые выполняют роль переносчиков железа.
Комплексы железа:
а) Гемоглобин
Наиболее важным внутрикомплексным соединением железа является гемоглобин, который представляет собой белок, содержащий небелковую группу – гем. Гем – это бионеорганический комплекс железа (II) с органическим веществом – порфирином.
Физиологическая функция гемоглобина заключается в способности обратимо связывать кислород и переносить его от легких к тканям. Если гемоглобин условно обозначить HbFe2+, то реакцию обратимого присоединения кислорода можно выразить схемой:
  
|
дезоксигемоглобин оксигемоглобин
Гемоглобин, присоединивший кислород, называется оксигемоглобином, а без кислорода – дезоксигемоглобином. Гемоглобин взаимодействует также с оксидом углерода(II) (угарным газом). При этом образуется макроциклический комплекс с железом – карбоксигемоглобин:
карбоксигемоглобин
Константа устойчивости этого комплекса приблизительно в 200 раз больше, чем оксигемоглобина. Поэтому при вдыхании оксида углерода(II) большая часть гемоглобина переходит в карбоксигемоглобин, что нарушает перенос кислорода от легких к тканям и вызывает отравление организма. При значительном увеличении парциального давления кислорода равновесие реакции может сместиться в сторону разрушения [Hb ∙ Fe2+ ∙ CO] и частичного образования оксигемоглобина.
Серьезной причиной отравления оксидом углерода(II) является курение. Содержание карбоксигемоглобина в крови курильщика, выкуривающего пачку сигарет в день, составляет в среднем 4,7%, а у некурящих всего – 0,3-0,5%.
б) Миоглобин (Mb)
Комплексообразователем в миоглобине является ион Fe2+, который, предоставляя 6 свободных атомных орбиталей, образует 6 связей по донорно-акцепторному механизму. Из них 4 связи железо образует с порфириновым лигандом, пятая занята белком глобином, а шестая связь – молекулой воды, которая связана лабильно с комплексообразователем. Миоглобин связывает часть кислорода, поступающего в ткань, за счет замещения молекулы воды на молекулу кислорода, образуя оксигемоглобин [Mb ∙ Fe2+ ∙ O2]:
Миоглобин достаточно прочно удерживает кислород. Это позволяет тканям запасать кислород для его использования только при острой кислородной недостаточности.
в) Цитохромы – группа окислительно-восстановительных ферментов, представляющих собой гемсодержащий комплекс с белком. Функция комплекса заключается в переносе электрона за счет обратимого изменения степени окисления комплексообразователя:
г) Каталазы и пероксидазы– группа железосодержащих ферментов, активные центры которых содержат Fe3+. Каталаза ускоряет разложение H2O2:
Пероксидаза ускоряет реакции окисления субстратов RH2 пероксидом водорода:
RH2 + H2O2 
R∙ + 2H2O
Таким образом, эти ферменты защищают клетку от Н2О2 - продукта свободного окисления.
д) Ферритин
В органах и тканях имеется депонированное (запасенное) железо, которое используется, если возникает дефицит железа. Депонируется оно с помощью белка – ферритина, который представляет собой биокластер с высокой молекулярной массой.
Кобальтотносится кжизненно необходимым (эссенциальным) элементам. В организме содержится 1,2 мг кобальта в основном в составе витамина В12, центральным атомом которого является Со3+. Витамин В12 необходим для нормального кроветворения и созревания эритроцитов, синтеза аминокислот, белков, РНК, ДНК.
Никель.В организме человека никель содержится в количестве 5-13,5 мг, около 49% микроэлемента в мышечной ткани, кроме того в лёгких, коже, печени. В организме человека он входит в состав ряда ферментов. Установлено, что никель пролонгирует действие инсулина, что увеличивает его гипогликемическую активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет процесс перехода сульфгидрильных групп в дисульфидные. Он угнетает действие адреналина и снижает артериальное давление.
2. Лечебное действие соединений железа и витамина В12
Соединения железа(II) используются при различных заболеваниях, сопровождающихся анемией. Механизм терапевтического действия соединений железа(II) связан с образованием гемоглобиновой буферной системы. Гемоглобиновая буферная система является буферной системой эритроцитов, которая включает в качестве донора протона две слабые кислоты: гемоглобин HHb (рКa=8,20) и оксигемоглобин HHbO2 (рКa=6,95). Роль акцепторов протона играют сопряженные этим кислотам основания, т.е. их анионы Hb– и HbO2–. Механизм буферного действия гемоглобиновой буферной системы основан на следующих реакциях. При добавлении кислоты:
Поглощать ионы Н+ в первую очередь будут анионы гемоглобина, который имеет большое сродство к протону. При действии основания наибольшую активность будет проявлять оксигемоглобин по сравнению с гемоглобином:
Таким образом, гемоглобиновая система крови играет очень значительную роль сразу в двух важнейших физиологических процессах – дыхании и поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – крови. Гемоглобиновая буферная система в организме эффективно функционирует только в сочетании с гидрокарбонатной системой.
Лечебное действие витамина В12 заключается в том, что некоторые его формы образуют в качестве кофермента соединения с витамином В6 или с некоторыми ферментами. В этих случаях он выполняет две основные функции: 1) роль метилирующего агента; 2) взаимный перенос атомов водорода и различных групп между соседними атомами углерода биосубстрата, при этом кобальт восстанавливается:
3. Применение соединений железа и кобальта в медицине и фармации
Ферковен Fercovenum (содержит железа сахарат, кобальта глюконат и раствор углеводов) – применяется при анемии.
Железа лактат (Ferri lactas) – применяется при гипохромных анемиях.
Железа закисного сульфат (Ferrosi sulfas) – применяется при анемии.
Ферроплекс (FeSO4 с аскорбиновой кислотой) (Ferroplex) – применяется при анемии.
Железа глицерофосфат (Ferri glycerophosphas) – применяется при анемии, астении.
Железа (III) хлорид (Ferri chloridum) – дезинфицирующее и кровоостанавливающее средство.
Железо восстановленное (Ferrum reductum) – при анемии.
Феррум Лек (Ferrum Lek) – применяется внутримышечно и внутривенно при лечении гипохромной анемии.
Радиоактивные изотопы железа (59Fe) – применяют при исследованиях обмена железа в организме.
Коамид Coamidum – содержит кобальт – применяется для лечения анемии.
Витамин В12 или цианокобаламин Cyanocobalaminum – применяется при лечении анемии, нервных заболеваний.
Изотоп радиоактивного кобальта 60Со – применяют для диагностики и лечения злокачественных опухолей.