Цитохромы

Цитохромами называются гемсодержащие белки, принцип действия которых состоит в переносе электронов в результате обратимого изменения степени окисления атома железа в теме. Цитохромы — широко распространенная группа внутриклеточных окислительно-восстановительных катализаторов. Все клетки содержат по крайней мере три близких по строению белка, названных цитохромами а, b, и с.

Наиболее изучены цитохромы с, у которых гем связан с белком через боковую цепь пор-фирина. Все цитохромы с млекопитающих содержат одну группу тема и полипептидную цепь. Гем является железным комплексом порфирина, а пятое и шестое координационные места заняты гистидиновым и метиониновым остатками полипептидной цепи (порфирино-вый цикл показан схематично в виде четырех атомов азота):

ностью строения цитохрома с является наличие «двух каналов», которые ведут с поверхно­сти молекулы внутрь, к гемогруппе и пространственно приспособлены для входа и выхода электронов.

Перенос электрона цитохромом с сопровождается изменением степени окисления железа:

Интересно, что при переходах железа между состояниями Fe(II) и Fe(III) не наблюда­ется каких-либо конформационных изменений в биокомплексе, что исключает изменение характеристик связи металл-лиганд в ходе реакции.

Было замечено, что при отравлениях цианидами венозная кровь приобретает алый цвет, т.е. цвет артериальной крови, насыщенной кислородом. Значит, под влиянием цианид-иона организм теряет способность усваивать кислород. Механизм токсического действия в дан­ном случае объясняется образованием прочного комплекса иона CN^- с Fe³⁺ в окисленной форме цитохрома. Модификация фермента делает его неактивным, становится невозмож­ным перенос электрона на кислород, нарушается процесс клеточного дыхания, и быстро формируется патологическое состояние тканевой гипоксии.

Интересно, что одним из методов антидотной терапии является применение метгемог-лобинобразователей (нитритов, нитросоединений). Последние переводят часть гемоглобина крови в метгемоглобин, который конкурирует с цитохромом за цианид-ион.

белок(Fе³⁺)СN + MtHHb(Fe³⁺) Û MtHHb(Fe³⁺)CN + белок(Fе³⁺)

Таким образом, искусственно создавая кровяную гипоксию, борются с тканевой гипок­сией. Это уникальный случай, когда ядовитые нитриты выступают как противоядие.

В последние годы интенсивно изучается группа так называемых цитохромов Р-450. Это железогемсодержащие белки с молекулярной массой 45 000-55 000, выделенные из печени человека и животных. Кроме того, они входят в состав клеток многих бактерий, дрожжей, грибов и некоторых высших растений. Специфической особенностью этой группы фермен­тов является активация молекулярного кислорода и включение одного из его атомов в орга­нические соединения. Это чрезвычайно важный процесс, который определяет не только биосинтез и метаболизм гормонов, но и инактивирует чужеродные химические агенты (ксе­нобиотики).

Кислоты

Кислоты — сложные вещества, содержащие атомы водорода, которые мо­гут замещаться катионами металла (а также ионами аммония). Общая форму­ла кислот: НхАп, в которой An — кислотный остаток, а х — число атомов водо­рода, равное заряду кислотного остатка.

Классификация

Кислоты классифицируют:

а) по содержанию атомов кислорода в молекуле на бескислородные (НСL, H2S и др.) и кислородсодержащие или оксокислоты. являющиеся гидратами кислот­ных оксидов (H2SO4, H3P04 и др.);

б) по основности, т.е. числу атомов водорода, способных замещаться на ме­талл — на одноосновные (HCN, HCL, HNO3 и др.), двухосновные (H2S, H2S04, Н2СОз и др.), трехосновные (НзР04, H3AsO4 и др.), четырехосновные (Н4Р207) и.т.д.;

в) по электролитической силе — на сильные (НС1, НВг, HI, HNO3, H2SO4, НСLO4), слабые (HCN, HF, H2S, H2C03, H2Si03, H3B03, HCOOH, СН3СООН и др.) и средние (H2SO3, H3PO4).

Графические формулы

В оксокислотах атомы водорода, способные замещаться на металл, связаны с кислородом, но не с атомом кислотообразующего элемента.

Номенклатура кислот и кислотных остатков

Получение

1. Взаимодействие кислотных оксидов с водой (получение оксокислот): SO₃ + Н₂0 -> H₂S0₄ N₂0₅ + Н₂0 -> 2HNO₃

2. Вытеснение слабых, летучих или малорастворимых кислот из их солей:

Са₃(РО₄)₂ + 6НС1 -> ЗСаС1₂ + 2Н₃РО₄ K₂S + 2HBr -> 2KBr + H₂S Na₂SiO₃ + 2НС1 -> 2NaCl + H₂Si0₃(H₂O + Si0₂)

3. Бескислородные кислоты можно получить взаимодействием неметаллов с водородом:

С1₂ + Н₂ -> 2НСL S + Н₂ -> H₂S

Химические свойства

Общие свойства кислот в водных растворах обусловлены присутствием ионов Н⁺, образующихся при диссоциации молекул кислоты, таким образом, кислоты — доноры протонов:

Кислоты изменяют цвет индикаторов

Изменение цвета индикаторов в растворах кислот

Основные химические свойства кислот заключены в нижеследующих пре­вращениях.

1. Взаимодействие с металлами.

Необходимо помнить, что характер продуктов реакций кислот с металлами зависит от природы и концентрации кислот и от активности металлов. Об осо­бенностях поведения кислот с сильными окислительными свойствами (концен трированная H₂S0₄ и HN0₃ любой концентрации).

Разбавленные кислоты (кроме HN0₃) взаимодействуют с металлами, нахо­дящимися в ряду напряжений металлов левее водорода, образуя соль и вытес­няя из кислоты водород.

Zn + H₂S0₄ -»ZnS0₄ + Н₂

Mg + 2НС1 -> MgCl₂ + H₂

2. Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами.

H₂S + СаО -> CaS + Н₂О 6HN0₃ + А1₂О₃ -» 2A1(N0₃)₃ + ЗН₂О

3. Взаимодействие с основаниями и амфотерными гидроксидами (ре­акция нейтрализации).

Н₃РО₄ + ЗКОН -> К₃Р0₄ + ЗН₂0 2НСLО₄ + Zn(OH)₂ -» Zn(C10₄)₂ + 2Н₂О

4. Взаимодействие с солями.

Такое взаимодействие возможно только в том случае, если образуется:

а) более слабая кислота (в растворе)

6HNO₃ + Са₃(РО₄)₂ -> 3Ca(N0₃)₂ + 2Н₃РО₄

б) нерастворимая соль

H₂S + 2AgN0₃ -» Ag₂S + 2HN0₃

в) выделяется газ (в этом случае реакция часто идет без воды, при нагревании)

Н₂ SО_4(конц) + 2NaCl_(KpHCT.₎ -» 2НСL + Na₂SO₄

Соли

Соли — это сложные вещества, являющиеся продуктами полного или час­тичного замещения атомов водорода в молекулах кислот катионами металла (а также ионами аммония), либо гидроксо-групп в молекулах оснований кислот­ными остатками.

НС1 КС1 или Са(ОН)₂  CaSO₄

Классификация

Соли делятся на средние, кислые, основные, двойные, смешанные и комп­лексные.

Средние соли — продукты полного замещения атомов водорода кислоты ато­мами металла или гидроксо-групп основания кислотными остатками. Средние соли образуют все кислоты и основания, независимо от их основности или кис­лотности. Состав средних солей можно представить общей формулой Ме_ХАп_У, где х — число катионов металла, равное заряду аниона, у — число анионов (кис­лотных остатков), равное заряду катиона металла.

Н3Р04 +3NaOH  Na3P04 Fe(OH)3 +3HN°3Fe(NO3)₃

Кислые соли — это продукты неполного замещения атомов водорода в мо­лекулах только многоосновных кислот катионами металла.

Основные соли — продукты неполного замещения гидроксо-групп в молеку­лах только многокислотных оснований кислотными остатками.

Двойные соли — соли, содержащие два химически разных катиона и один тип аниона: KA1(SO₄)₂ — сульфат алюминия-калия, Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ — сульфат диаммония-железа (II), LiAl(SiO₃)₂ — силикат алюминия-лития.

Смешанные соли — соли, содержащие один тип катиона, но два типа аниона.

Например: Са(С1)ОС1 —хлорид-гипохлорит кальция (хлорная известь), Na₃C0₃(HCO₃) — гидрокарбонат-карбонат натрия, Na₂IO₃(NO₃) — нитрат-иодат натрия, Ca₅(PO₄)₃F — фосфат-фторид кальция.

Комплексные соли — соли, в состав которых входят сложные комплексные ионы (в формулах они заключаются в квадратные скобки), устойчивые как в кристаллическом состоянии, так и при растворении в воде, например:

K₄[Fe(CN)₆] -> 4К⁺ + [Fe(CN)₆]⁴-

[Ag(NH₃)₂]Cl -> [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl-

Na₂[Zn(OH)₄] -> 2Na⁺ + [Zn(OH)₄]^2-

Номенклатура