Мониторинг окружающей среды

У свиней, крыс и человека молибден выделяется преимущественно с мочой, тогда как у крупного рогатого скота и овец, получающих корм, бедный сульфатами, в моче появляются всего молибдена от поступившей дозы. При повышении суточной дозы сульфатов до в сухом веществе рац

иона количество молибдена, выделяемое с мочой, у жвачных возрастает до . Действие сульфатов носит высокоспецифический характер, не связано с усилением диуреза, и их замена целым рядом других солей, таких как вольфрамати, селенаты, фосфаты, цитрат и перманганат, не оказывает подобного влияния на выделение молибдена. Эндогенный сульфат столь же эффективен, как и сульфат экзогенного происхождения, о чем свидетельствует влияние на обмен молибдена пищи с высоким содержанием белка. Дача овцам тиосульфата, цистеина и метионина оказывает защитное действие при молибденозе. Определенная часть молибдена выделяется с молоком и желчью. Обмен молибдена в значительной мере зависит от деятельности микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Молибден длительное время задерживается в пищеварительном канале жвачных, так как включается в состав его микрофлоры. Будучи ростовым фактором для бактерий, этот элемент в повышенных количествах вызывает их усиленное размножение в кишечнике, что приводит к поносам, наблюдаемым у жвачных при молибденозе.

В настоящее время известно 15 молибденсодержащих ферментов, три из которых встречаются в животном организме. Это альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и сульфитоксидаза. Молибденсодержащие ферменты образованы обычно несколькими субъединицами, содержат два атома молибдена и дополнительные простетические группы (молибдоптерин, ФАД, Fe, гем, Se). В биологических системах молибден присутствует в четырех состояниях окисления (IV ‒ VI), из которых соединения Mo(V) имеют отчетливый ЭПР-сигнал, легко распознаваемый по его характерной сверхтонкой структуре, содержащей шесть сателлитных пиков.

Из перечисленных ферментов остановимся на ксантиноксидазе и сульфитоксидазе, которые имеют существенное значение в патологии человека, а также упомянем молибденовый кофактор, содержащий молибден, железо и серу.

Ксантиноксидаза коровьего молока (фермент Шардингера) представляет собой димер с молекулярной массой 283000, содержащий на каждую субъединицу молекулу ФАД, кластер. Fe4S4 (или два кластера Fe4S4), персульфидную группу и один атом молибдена. Фермент катализирует окисление гипоксантина в ксантин и ксантина в мочевую кислоту.

Ксантиноксидаза ‒ фермент, катализирующий окисление ксантина, гипоксантина и альдегидов с поглощением кислорода и образованием соответственно мочевой кислоты, ксантина или карбонових кислот и супероксидных радикалов. Она является важным ферментом обмена пуринов, катализирующим реакцию, завершающую образование мочевой кислоты в организме человека и животных. При генетическом дефекте ксантиноксидазы и нарушении реабсорбции ксантина в почечных канальцах возникает ксантинурия, которая характеризуется выделением с мочой очень большого количества ксантина и тенденцией к образованию ксантиновых камней; при этом содержание мочевой кислоты в сыворотке крови и в моче в суточном количестве резко снижено (менее и ).

Ксантиноксидаза окисляет большое число соединений, включающих пурины, птеридины, пиримидины и альдегиды. Однако физиологическое значение некоторых из этих реакций неизвестно. Аллопуринол ‒ пиразолопиримидии, используемый в клинике при лечении подагры, окисляется ферментом до оксипуринола, блокирующего молибденовый центр и реакцию образования уратов. Молибден фиксируется при этом в состоянии окисления +4.

Оксидазная активность свойственна ферментам млекопитающих, тогда как аналогичные ферменты из тканей пищи, грибов и микроорганизмов являются дегидрогеназами, использующими в качестве физиологических акцепторов электронов NAD+ или другие переносчики электронов. Ферменты млекопитающих претерпевают превращение в оксидазу из дегидрогеназы в процессе выделения. В этой связи следует иметь в виду, что in vivo образование супероксидного иона-радикала, по-видимому, весьма ограничено.

Сульфитоксидаза превращает сульфит в сульфат и строго специфична к своему субстрату. Фермент присутствует преимущественно в печени, где он локализуется в межмембранном пространстве митохондрий. Его физиологическим акцептором электронов является митохондриальиый цитохром c. Сульфитоксидаза выделена из печени человека, крупного рогатого скота, кроликов и крыс. Она представляет собой димер, образованный двумя идентичными субъединицами с молекулярной массой 55000 ‒ 60000, из которых каждая содержит по одному атому молибдена и одной молекуле цитохрома b5-типа.

Окисление сульфита осуществляется молибденовым центром, что приводит к восстановлению Mo6+ до Мо4+, реокисление которого совершается одноэлектронными этапами и включает образование Мо5+. Две простетические группы сульфитоксидазы расположены в разных доменах. С помощью мягкого протеолиза сульфитоксидазы из печени крысы удалось выделить молибденовый домен с сохранением его каталитической активности. Этот домен является единственным известным молибдопротеидом, не имеющим, кроме Мо, других простетических групп.

Генетический дефект сульфитоксидазы у человека характеризуется выраженными аномалиями мозга, умственной отсталостью, эктопией хрусталика и повышенным выделением с мочой сульфитов, S-сульфоцистеина и тиосульфата при заметном снижении количества сульфатов. Молекулярная основа этой патологии неизвестна. Можно предположить, что она наступает либо в связи с накоплением токсических количеств сульфитов в одном из критических органов, либо из-за отсутствия сульфата, необходимого для образования сульфолипидов, белков и мелких молекул. Тяжелые патофизиологические нарушения при этом дефекте свидетельствуют о незаменимости молибдена для организма человека.

Молибденовый кофактор. Одним из наиболее впечатляющих событий в исследованиях биохимии молибдена последних лет является расшифровка природы молибденового кофактора. Этот кофактор, рассматривавшийся вначале как чисто гипотетическое соединительное звено двух молибденовых ферментов у Aspergillus nidulans, вскоре оказался незаменимым компонентом всех (кроме одного) известных в настоящее время молибденсодержащих ферментов.

Было показано, что в моче больных отсутствуют молибденовый кофактор и уротион. Это свидетельствует, что у обоих соединений имеются общие пути биосинтеза. Молибденовый кофактор получил название «молибдоптерин».

В литературе уже давно обсуждается вопрос о возможной связи избытка молибдена в пище с возникновением подагры. Предполагается, что повышенный синтез ксантиноксидазы и интенсификация пуринового обмена ведут к накоплению избыточных количеств мочевой кислоты, с выделением которых не справляются почки. В результате этого мочевая кислота и ее соли откладываются в сухожилиях и суставах. Это заболевание характеризуется соответствующими биохимическими изменениями в крови. Однако в настоящее время еще нет определенного мнения о его истинной природе.

 Скачать реферат