Реферат по теме Комплексные соединения порфирина и их биологическая роль. Цель и задачи Целью данной работы является кратко рассказать о структуре, зависимости свойств от включенного в хелатный комплекс металла и биологическую роль основных представителей. Задачами найти общую характеристику порфириновых комплексов, изучить различные комплексы на основе порфирина, их свойства в зависимости от комплексообразователя и составить отчет о проделанной работе. Порфин Для живых организмов очень важны комплексные соединения металлов, в которых четыре координационных места занимает одна и та же частица, называемая порфином, содержащая четыре пирролоподобных цикла, соединенных =СН-группами. Порфирины. Производными порфина являются порфирины. В порфиринах, в отличие от порфина, имеются боковые цепи вместо некоторых из 8 периферических пиррольных атомов водорода. Расположение и вид заместителей определяют название и специфические функции, соответствующего производного. Некоординированные («чистые») порфирины не проявляют биологической активности в организме человека, они работают только в комплексе с металлами. Гем Например гем – это комплекс порфирина и иона железа. В некординированном виде порфирины встречаются в качестве пигментов в скорлупе яиц, птичьих перьях и покровах червей. Порфирины – это ярко окрашенные соединения. К ним в настоящее время относятся представители многочисленного класса циклических ароматических соединений, содержащих многоконтурную сопряженную систему, в основе которой лежит шестнадцатичленный макроцикл, состоящий из четырех молекул пиррола и мостиков. Порфин, хлорин, бактериохлорин, коррин У порфиринов, имеющих красный цвет, пирролы соединены между собой метиновыми мостиками, и тогда макроцикл носит название «порфин»(1). В хлорофиллах, для которых характерна зеленая окраска, частично гидрированы один или два пиррола и молекула носит название «хлорин»(2) или «бактериохлорин»(3). Для кобаламинов, важнейшим из которых является витамин В12, все четыре кольца частично гидрированы и вместо одного метинового мостика имеется непосредственная связь между пирролами. Этот цикл называется коррином(4). В составе гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы и пероксидазы порфирины выступают в виде комплексов с ионами железа – гемов. Хлорофиллы и бактериохлорофиллы содержат магний. Витамин В12 и родственные ему кобаламины, как следует из названия, имеют в качестве центрального иона кобальт. В организмах встречаются комплексы, в которых некоторые атомы водорода в порфине замещены на метильные и винильные остатки пропионовой кислоты (протопорфирины). Известны 15 возможных изомерных структур. Однако основной каркас этой сложной молекулы сохраняется во многих сложных веществах: гемоглобине, цитохромах, витамине В12. Ион металла замещает атомы водорода двух пиррольных колец. Связи металла с четырьмя атомами азота двух других пиррольных колец, которые лежат в одной плоскости, благодаря эффекту резонанса рассматриваются как одинаковые. Важнейшим свойством порфиринов является наличие в молекуле координационной полости, ограниченной атомами азота, N4, имеющей радиус около 2Å и способной координировать ионы металлов с степенью окисления 2+, 3+, 4+ и даже с большим значением. В результате 2 комплексообразования образуются комплексные соединения порфиринов, т.н. металлопорфирины, обладающие многообразными структурными и химическими особенностями, высокой биологической и каталитической активностью. При этом металл либо занимает центр полости N4 и оказывается в экваториальной плоскости xy, образуя плоский координационный узел из атомов MN4, либо оказывается приподнятой над плоскостью, в которой лежат атомы N4 и образует координационные узлы различной геометрической структуры – от тетрагональной пирамиды L(MN)4 и октаэдра (L1)(L2)MN4 до более сложных геометрических фигур. Возможности молекул металлопорфиринов выступать в биологических процессах в качестве биокатализаторов (ферментов) значительно расширяется в связи с специфическим строением порфиринов и их комплексов, необычайным своеобразием их свойств и чрезвычайно большим структурным многообразием. Структурное многообразие связано с многочисленными путями химической модификации молекул порфина за счет замещения атомов водорода. Известно большое число биологических систем, в структуре которых металлопорфирины выполняют функции инициатора того или иного биологического процесса. Например, гем в составе гемопротеидов участвует в транспорте кислорода (гемоглобин), клеточном дыхании (цитохромы), утилизации пероксидов (каталаза). Наибольшее число исследований посвящено гемоглобину, гему крови, и процессам обратимой фиксации атмосферного кислорода на биологических и модельных системах. Рассмотрим функциональные особенности и механизмы работы гемоглобина, как наиболее хорошо изученные. Гемоглобин Потребление атмосферного кислорода живыми организмами – важнейший биохимический процесс. 3 Кислород транспортируется гемоглобином эритроцитов от легких к мышцам и удерживается в мышцах миоглобином Молекула гемоглобина состоит из 4 гемов, которые объединены глобиновыми цепями. Комплексообразователем в гемоглобине является ион железа (II), который предоставляет шесть свободных атомных орбиталей для образования шести связей по донорно-акцепторному механизму. Гем гемоглобина представляет собой порфириновый лиганд, который является тетрадентатным, то есть может образовать с ионом железа четыре связи. Пятая связь образуется с белковой частью (глобином), шестая связь является лабильной и образуется с молекулой воды. Замещение воды кислородом Каждый из 4 гемов, содержащихся в молекуле гемоглобина, способен к замещению лабильного лиганда (Н2О) на молекулу кислорода (О2), что и происходит в легких в результате реакции обмена лигандов. Это приводит к образованию нового комплекса, который называется оксигемоглобин (HHbO2). Обратите внимание, что ион железа не изменяет степень окисления, поэтому называть оксигемоглобин «окисленной формой», а гемоголбин – «восстановленной формой», не корректно. Тем более неверно употреблять термин «дезоксигемоглобин». В тканях опять происходит обмен лигандами, и оксигемоглобин переходит в гемоглобин. Венозная кровь транспортирует углекислый газ в виде НСО3– (80 %), в виде аниона карбаминогемоглобина – НbСО2– (15 %) и в растворенном виде (5 %) Необходимо отметить, что углекислый газ не является лигандом для иона железа. В отличие от углекислого газа угарный газ конкурирует с кислородом за связь с комплексообразователем. 4 Так как комплекс гемоглобина с угарным газом (карбоксигемоглобин) в 210 раз прочнее, чем оксигемоглобин, то при отравлении угарным газом происходит быстрое накопление карбоксигемоглобина в крови, что приводит к нарушению транспорта кислорода. Карбоксигемоглобин искусственно разрушается медицинским путём, а также карбоксигемоглобин диссоциирует на угарный газ и гемоглобин естественным путём, период полураспада — 4-6 часов. Это возможно, если его содержание в крови мало, и жизнедеятельность организма не нарушается. Перейдем к хлорофиллу, как к еще одному яркому представителю металлопорфиринов. Хлорофилл Хлорофилл - зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет. При его участии происходит фотосинтез. Удивительно, хлорофилл и гемоглобин имеют почти одинаковое строение. Молекулы хлорофилла и гемоглобина состоят из комплекса, в котором большинство заместителей одинаковые, и отличаются центральным атомом. В хлорофилле это магний, а в гемоглобине — железо. Существует несколько типов хлорофилла, но всех их объединяет наличие хлорин магниевого лиганда, который формирует основную часть комплекса. Применение хлорофилла Хлорофилл используется уже достаточно длительное время в медицине. Хлорофилл обладает способностью выводить токсины из организма, его применяют при лечении язв и пролежней, для ускоренного заживления ран, а также используют как мягкое мочегонное средство и средство профилактики мочекаменной болезни. Обладая дезодорирующим эффектом, хлорофилл прекрасно справляется с неприятным запахом. 5 Исследования ученых показали, что хлорофилл способен предупреждать образование и развитие раковых клеток. Хлорофилл может использоваться как чистый натуральный пищевой краситель, так и в составе пищевой добавки E140. Этот пищевая добавка совершенно безопасна и разрешена к использованию во всех странах мира. Заключение Роль в медицине Успешное раскрытие путей биосинтеза порфириновых комплексов можно рассматривать как важный этап в бионеорганической химии. Полученные знания могут быть использованы и в медицине в борьбе с определенными наследственными заболеваниями, при химических отравлениях и других процессах, связанных с нарушениями биосинтеза гемопротеидов. Примером успешного использования биосинтеза гема явился предложенный недавно модифицированный метод фотодинамической терапии рака. Также на основе металлопорфиринов изготавливают витамины, антигипоксические препараты, антибиотики и противоопухолевые препараты. Применение комплексных соединений в химии и фармации связано также с их использованием в методах качественного и количественного анализа – в комплексонометрии. Этот метод необходим для определения в живых организмах кальция, магния Комплексонометрия применяется и многих микроэлементов. в анализе лекарственного питьевых, минеральных и сточных вод. Спасибо за внимание! Я готов ответить на ваши вопросы. 6 сырья,
