Роль комплексных соединений в жизнедеятельности живых организмов огромна. Исключительно важное значение их видно из следующего примера: два вещества – гемоглобин и хлорофилл являются комплексными соединениямижелеза и магния соответственно. Применение комплексных соединений в медицине и фармации связано в основном с их использованием в методах качественного и количественного анализа – в комплексонометрии. Широкое применение методы комплексонометрии получили после открытия органических веществ, относящихся к классу аминокарбоновых кислот, которые оказались прекрасными комплексообразователями. Эти соединения были названы комплексонами, а методы объёмного анализа, основанные на их применении, - комплексонометрией. К наиболее известным комплексонам относятся: - нитрилотриуксусная кислота (комплексон 1), этилендиаминтетрауксусная кислота (комплексон II), двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, комплексом III, трилон Б).
На практике обычно применяют хорошо растворимую в воде двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б). Анион этой соли образует особо прочные пятичленные кольца с ионами металлов и может действовать как четырёх-, пяти- и шестидентатныйлиганд.
В настоящее время разработаны кемплексонометрические методы определения более 80 химических элементов. Широкое распространение получила комплексонометрия в медико-биологических исследованиях. Этот метод необходим для определения в живых организмах кальция, магния и многих микроэлементов. Комплексонометрия применяется в анализе лекарственного сырья, питьевых, минеральных и сточных вод. В биологии и медицине комплексоны используются не только в аналитических целях, но и в качестве стабилизаторов при хранении крови, так как комплексоны связывают ионы металлов, катализирующих реакции окисления. Комплексоны применяются также для выведения из организма ионов токсичных металлов (Рb2+, Cd2+, Hg2+ и др.), радиоактивных изотопов и продуктов их распада.
Также широко распространено применение монодентатныхлигандов. В гемоглобине таким лигандом является молекула воды, а оксигемоглобине - молекула О2.. Прочность последнего комплекса достаточна для связывания кислорода в капиллярах альвеол и переноса от легких к тканям, но вместе с тем не слишком велика, что обеспечивает своевременное высвобождение молекул кислорода при падении его парциального давления над кровью в процессе газообмена.
Помимо гемоглобина способностью связывать молекулярный кислород обладают и некоторые другие металлопротеины. Одним из них является миоглобин, содержащийся в мышцах и придающий им характерный красно-серый цвет. По своей структуре миоглобин напоминает гемоглобин, но состоит из единственной полипептидной цепи, связанной с одной простейшей группой. Основной ролью миоглобина является накопление и поддержание запаса кислорода, необходимого для выполнения мышечной работы.
В организмах членистоногих и моллюсков функции переносчика кислорода выполняет гемоцианин, простетические группы которого представляют собой порфириновые комплексы меди в степенях окисления +1 или +2.
Основным источником энергии для жизнедеятельности является солнечный свет, в поглощении которого участвует хлоролофилл - комплекс магния с макроциклическими лигандами. В процессе фотосинтеза энергия квантов электромагнитного излучения используется для осуществления сложной последовательности эндэргонических процессов, приводящих в конечном итоге, к образованию глюкозы и кислорода из воды и углекислого газа:
6СО2+ 6Н2О =С6Н12О6 + 6О2.
Эта реакция является важнейшим биологическим процессом на Земле. Семейство витаминов В12 (кобаламинов) включает порфириновые производные кобальта, в которых ион-комплексообразователь Со2+ связан с пятью атомами азота хелатного лиганда и одним монодентатнымлигандом-цианогруппой CN- ,анионом ОН-. Терапевтическое действие кобаламинов практически не зависит от природы монодентатноголиганда,т.к. в человеческом организме все они быстро превращаются в цианокобаламин.
В отличии от многих металлоферментов витамины семейства В12 обладают широким спектром биологического действия.Они участвуют в катаболизме жиров и белков, синтезе метионина и процессах кроветворения. Недостаток витамина В12 приводит к развитию анемии и дегенерации нервных тканей. Подвижность монодентатноголиганда при атоме кобальта и относительно большая цианокобаламина по сравнению с другими витаминами В12 позволяет использовать оксикобаламин в качестве эффективного антидота при острых отравлениях цианидами. Своевременная инъекция нескольких граммов оксикобаламина способствует связыванию токсичных ионов CN- по схеме: оксикобалами +CN- = цианокобаламин + ОН- с последующегосяцианокобаламин из организма.
В состав металоферментов могут входить атомы как одного, так и нескольких различных металлов. Так, фермент ксантиноксидаза, катализирующий окисления пуриновых оснований и образование мочевой кислоты,содержит два атома молибдена и восемь атомов железа. Комплексы меди(2), марганца(2), кобальта(2) и молибдена(4) способствует протеканию ОВР, и участвуют в синтезе РНК и других важнейших биохимических превращениях.
Еще одним важнейшим классом бионеорганических комплексов металлов являются транспортные комплексы, в которых один или несколько атомов металла связаны с атомами азота, кислорода или серы белковых молекул, выступающие в роли полидентатныхлигандов. Одним из основных переносчиков ионов металлов в человеческом организме является низкомолекулярный белок металлотионеин (Мr=6500), содержащий большое число цистеиновых фрагментов. Один моль металлотионина способен перенести 7-12 моль таких жизненно необходимых элементов, как Zn, Cu и Se. При отравлениях тяжелыми металлами (Сd, Hg, Pb, Ag, As) данный белок выполняет защитную функцию, связывая их в прочные и относительно малотоксичные комплексы.
Другой железосодержащий белок, трансферрин выполняет преимущественно транспортные функции. Несмотря на сравнительно низкое содержание железа (2моль ионов Fe3+ на одну молекулу белка, трансферриновые комплексы обеспечивают высокую скорость тканевого обмена данного элемента и являются важными переносчиками железа.
