Металлы, которые всегда с тобой

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.

Но вернёмся к красной волчанке. Строго говоря, под этим названием имеют в виду два патологических состояния организма: собственно красная волчанка — тяжёлое заболевание, нередко с неблагоприятным прогнозом, и волчаночноподобный лекарственный синдром, с которым бороться значительно легче.

В обоих случаях, как и при латиризме, наблюдаются различные поражения кожи и внутренних органов, обусловленные нарушением функции соединительной ткани — опять же из-за коллагенеза. Здесь тоже организм вырабатывает «не тот» коллаген. Но причины этого иные.

Подымовым было установлено, что собственно красная волчанка возникает под воздействием инсоляции — солнечного излучения. В связи с этим стало ясным: людям, предрасположенным к этому заболеванию, не только нельзя загорать, но следует всячески избегать прямого попадания солнечных лучей на кожу, в особенности на кожу лица.

Но от какого излучения защищаться? В каком диапазоне волн? Чем защищаться? Вот сколько вопросов сразу возникает.

При изучении секрета сальных желёз кожи в тех местах, где чаще всего наблюдается поражение, были обнаружены соединения, которые причислили к порфиринам. Эти вещества обладают фотодинамической активностью, то есть, поглощая световые лучи определённой длины волны, они способны окислять другие вещества. Этот факт довольно известен.

Так вот, в случае красной волчанки предполагается, что такой активный порфирин, накапливаясь в особых клеточных структурах — лизосомах (они содержат ферменты, способные расщеплять белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды), разрушает их мембраны. Таким образом получается, что лизосомные ферменты «досрочно» высвобождаются и начинают разрушать клетки сальной желёзы. В результате такой незапрограммированной агрессии появляются различные остатки субстратов' помимо всего прочего, представляющие собой лиганды, легко образующие комплексы с ионами меди. При этом возникает знакомая нам картина блокирования меди в лизилокси-дазе со всеми вытекающими последствиями.

На основе этих представлений В. К. Подымов разработал и предложил специальную мазь «Фогем», предохраняющую кожу от лучей определённой длины волны, вызывающих заболевание.

И несколько слов о волчаночноподобном лекарственном синдроме. Эта лигандная патология возникает в связи с приёмом некоторых лекарств, в состав которых входят лиганды, также перехватывающие медь у лизи-локсидазы. В отличие от самой волчанки волчаночноподоб-ный синдром прекращается, когда перестают принимать нежелательные препараты.

В заключение ещё раз упомянем о В. К. Подымове. Член-корреспондент АН СССР Л. А. Пирузян охарактеризовал его как «яркого, нестандартно мыслящего исследователя, внёсшего большой вклад в развитие многих разделов биомедицины».

Подымов ушёл из жизни в 1980 году в возрасте всего лишь сорока двух лет. Видимо, предчувствуя свою кончину, последнюю статью, которая была опубликована уже после его смерти, он закончил следующими словами: «Изложив свои гипотетические воззрения на патогенез красной волчанки лишь в части, имеющей фактическое и литературное обоснование, и понимая, что для получения окончательных доказательств правильности этих воззрении у него может не хватить ни времени, ни сил, автор считает свою задачу выполненной в теоретической части. Эксперименты покажут...»

В биохимических процессах медь выполняет и другие важные, правда, пока не изученные до конца функции, связанные с действием ряда витаминов, таких, как В6 и С.

У взрослых здоровых людей дефицит меди не наблюдается даже в тех местностях, где имеется пониженное содержание этого элемента в окружающей среде. Наша суточная потребность в меди составляет 2—3 мг, что в несколько раз меньше, чем потребность в железе. Мы выше уже отмечали биологическую взаимосвязь железа и меди в организме. К этому стоит добавить, что при появлении дефицита железа изменяется и уровень меди. У доноров, например, многократно сдающих кровь, замечено повышение количественного содержания меди. Такую же зависимость обнаружили и при значительных кровопотерях. Эта особенность навела медиков на мысль, что при лечении заболеваний, связанных с недостаточностью железа, необходимо применять и препараты меди.

Совершенно необходима медь и растениям. Особую роль играет она также в процессе фотосинтеза, влияя на образование хлорофилла и препятствуя его разрушению. О хлорофилле и фотосинтезе наш следующий рассказ.