Понятие о комплексных соединениях

Понятие о комплексных соединениях

Комплексные соединения - наиболее обширный и разнообразный  класс соединений. В живых организмах присутствуют комплексные соединения биогенных металлов с белками, аминокислотами, порфиринами, нуклеиновыми кислотами, углеводами, макроциклическими соединениями. Важнейшие процессы жизнедеятельности протекают с участием комплексных соединений. Некоторые из них (гемоглобин, хлорофилл, гемоцианин, витамин В₁₂ и др.) играют значительную роль в биохимических процессах. Многие лекарственные препараты содержат комплексы металлов. Например,  инсулин (комплекс цинка), витамин В₁₂ (комплекс кобальта), платинол (комплекс платины) и т.д.

 

 

ХЕЛАТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ХЕЛА́ТНЫЕ СОЕДИНЕ́НИЯ (хелаты, внутрикомплексные соединения, клешневидные соединения) (от греч. chele — клешня), комплексные соединения, в которых лиганд присоединен к центральному атому металла посредством двух или большего числа связей. Характерная особенность хелатных соединений — наличие циклических группировок атомов, включающих атом металла, как, напр., в гемоглобине, хлорофилле. Хелатные соединения используют в химической промышленности, напр. для разделения близких по свойствам металлов, в аналитической химии.

 

 

 

 

 

 

 

Комплексоны в медицине

Комплексоны — органические вещества (главным образом аминополикарбоновые кислоты и их соли), образующие с ионами металлов неионизирующие стойкие водорастворимые комплексы. Это свойство комплексонов используется в медицинской практике для выведения из организма катионов поливалентных металлов; выделение происходит преимущественно через почки и в меньшей степени через кишечник.

Трилон Б

Наибольшее распространение в  качестве антидотов получили различные соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), среди которых наиболее доступной является динатриевая соль, известная как Трилон Б.

Его применение показано при отравлении соединениями кальция: СаО (негашеная известь),

Са(ОН)₂ (гашеная известь),

СаС (карбид кальция).

При этом Трилон Б, связывая ионы кальция, превращается в тетацин.

Применяют при заболеваниях, сопровождающихся избыточным отложением солей кальция  в организме (артритах с отложением солей, склеродермии и др.).

Вводят внутривенно по 2—4 г. препарата, растворенного в 500 мл 5% раствора глюкозы, капельно в течение 3—4 часов.

Тетацин

Тетацин-кальций назначают внутрь и внутривенно при острых и хронических отравлениях тяжелыми и редкоземельными элементами (свинцом, кадмием, кобальтом, ртутью, ураном и др.). Разовая доза для внутривенных капельных инъекций — 2 г (40 мл 5% или 20 мл 10% раствора), суточная — 4 г.

Внутрь назначают по 2 г (0,5 г 4 раза в день).

 

 

Пентацин

Перспективен еще один комплексон, производное диэтилентриаминпентауксусной кислоты – СаNa₃ДТПА (пентацин). Его особенно успешно применяют при отравлениях радиоактивными элементами.

Применяют при острых и хронических  отравлениях плутонием, радиоактивным  иттрием, церием, цирконием. Вводят внутривенно  по 5 мл, в острых случаях до 30 мл 5% раствора.

 

Криптанд

Семейство полициклических хелатирующих реагентов - криптандов, с которым катионы металлов координируются таким образом, что ион оказывается спрятанным в циклической полости лиганда.

Пеницилламин

Данные последних лет свидетельствуют  о высокой антидотной эффективности при свинцовых отравлениях еще одного комплексообразуюшего вещества - пеницилламина, который представляет собой диметилцистеин.

Взаимодействие  с катионами

Комплексон образует устойчивые комплексы  практически со всеми катионами, включая катионы щелочных и щелочноземельных металлов.

Уникальна устойчивость комплексоната кальция, более чем на 6 порядков превышающая устойчивость соответствующих соединений щелочноземельных металлов.

ОЭДФ

Существенный интерес представляют алкилдифосфоновые кислоты, проявляющие высокую специфичность взаимодействия с рядом важных катионов.

Важным представителем этих кислот является оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФ).

Оксиэтилидендифофоновая кислота нашла  широчайшее применение в медицине как агент, способный проникать сквозь клеточные мембраны и имитировать свойства некоторых ферментов.

 

 

 

Гемоглобин

Гемоглобин – это белок, который  переносит кислород в красных  кровяных клетках (эритроцитах) и придаёт  им окраску. В его биологические  функции входит перенос O₂ в артериальной крови от лёгких к мышцам, где кислород передаётся неподвижному миоглобину и там хранится до тех пор, пока не потребуется для выработки энергии в процессе метаболического окисления глюкозы. Здесь гемоглобин забирает СО_2, являющийся продуктом окисления глюкозы, и переносит его в потоке венозной крови к лёгким.

В гемоглобине, который не переносит  молекулу О_2, железо присутствует в форме высокоспинового Fe^II .

Гемоглобин состоит из четырёх  субъединиц, каждая из которых включает глобин в форме сложенной спирали, соединенный с гемом. Гемовая группа находится в протеиновом «кармане», т.е. в гидрофобном окружении. Внутри гемма железо связано с четырьмя атомами азота плоской группы, известной как протопорфирин IX.  
Пятое координационное место (вне кольца) занято имидазольным атомом азота, принадлежащим ближайшему остатку гистидина. 
Свободная шестая позиция (под кольцом) по существу остаётся для О₂ , но с другим отдалённым гистидином (периферическим).

Для того чтобы кислород смог связаться  с гемом, периферийный гистидин должен отойти в сторону, но как только кислород присоединяется, он возвращается обратно и образует водородную связь с О₂ .

 

Цитохромы

Цитохромы (гемопротеины) — это маленькие сложные железосодержащие глобулярные белки (в первом приближении их структура может быть представлена в виде шара или вытянутого эллипсоида), которые содержат ковалентно связанный гем, расположенный во внутреннем кармане, образованном аминокислотными остатками.

Цитохромы присутствуют во всех клетках организмов. В клетках эукариот они локализованы в митохондриальных мембранах. Цитохромы катализируют окислительно-восстановительные реакции.

Известно около 30 видов  цитохромов. Все они содержат гем в качестве простетической группы и различаются структурами боковых и полипептидных цепей. В зависимости от типа гемавыделяют 8 классов цитохромов. В зависимости от спектров поглощения, цитохромы делят на группы a, b, c.

 

Цитохромы – переносчики электронов. 3 типа цитохромов – а, b, c.

Роль – промежуточные соединения в метаболическом окислении глюкозымолекулярным кислородом. Железо гемовой группы присоединяется к ассоциированному белку через атом N имидазола так же, как и в гемоглобине и миоглобине. В большинстве цитохромов а и b шестая координационная позиция железа так же занятаатомом азота имидазола, но в цитохромах типа с и в некоторых цитохромах типа b она занята прочно связанным атомом S остатка метионина, что делает эти цитохромы инертными не только по отношению к кислороду, но и к ядам, влияющим на переносчиков кислорода.

 

Применение комплексонов в онкологии

 

Огромное внимание уделяется  поиску эффективных средств ранней диагностики онкологических заболеваний. С этой целью исследуется ряд полиаминополиуксусных кислот. Эти соединения имеют высокое сродство к опухолевым клеткам. Для получения большей контрастности в изображении опухолей комплексоны связывают с протеинами, в частности с антителами или фрагментами антител, с противораковыми антибиотиками типа блеомицина с последующим введением в молекулу радиоактивной метки.

Блеомицин

 

Характеристика:

Смесь гликопептидных антибиотиков (А₂, В₂ и другие фракции), выделенных из штамма Streptomyces verticillus (в виде гидрохлорида или сульфата). 1 мг = 1 МЕ.

 
Применение:

В сочетании  с другими цитостатиками и/или лучевой терапией: плоскоклеточный рак кожи, опухоли головы и шеи, рак полового члена, вульвы, шейки матки, легкого, пищевода, герминогенные опухоли яичка и яичника, тератокарцинома I и II стадии (преимущественно в комбинации, в т. ч. с винбластином), рак почки, злокачественные лимфомы (ходжкинская, неходжкинская), ретикулосаркома, глиома, саркома Капоши при СПИДе; плевральный выпот, сопровождающий злокачественные опухоли (лечение и профилактика в качестве склерозирующего средства).

Заключение:

Комплексоны занимают важное место  в разработке лекарственных и  диагностических средств. Установлена  их способность проникать сквозь клеточные мембраны, проявлять функции  биокатализаторов, имитировать функции  некоторых ферментов и т.п. 

Химия комплексонов переживает период интенсивного развития. Высокими темпами  идут процессы накопления информации о составе, строении и свойствах  комплексонатов, условиях их существования, реальных и потенциальных областях их практического использования. Изучение уникальных свойств комплексонов еще далеко не закончено, и новые крупные открытия еще впереди.