Неорганические ксенобиотики. 
Металлы. 
Двухфазность биореакции на действие тяжелых металлов. 
Факторы, способствующие хелатообразованию

Живые организмы нуждаются в катионах металлов, обеспечиваю-щих протекание многих жизненно важных процессов. Более того, многие из этих металлов необходимы для всех форм жизни. К ним относятся: а) тяжелые металлы (кобальт, медь, железо, марганец, молибден, цинк и в меньших количествах хром, ванадий, никель и свинец); б) легкие металлы, обычно встречающиеся в большом количестве (кальций, магний, калий и натрий).Медь, железо, молибден, кобальт и иногда марганец принимают участие в окислительно-восстановительных процессах; действие цин-ка, магния и марганца связано с процессами гидролиза и переноса групп; кальций играет наиболее важную роль при создании гибких или жестких структур, а также может инициировать реакцию, вызывая повидимому, структурные изменения (подобное действие иногда проявляет и магний), является вторичным мессенджером. Натрий и калий, благодаря их распространенности, служат переносчиками заряда; они очень слабо связываются и поэтому могут быстро обмениваться. Когда речь идет о тяжелых металлах, то многие из них необходимы в следовых количествах. Повышенные же их концентрации в организме вызывают токсические эффекты. Токсическое действие чужеродных металлов часто обусловлено антагонизмом катионов. Так, например, свинец — известный нейротоксин, вытесняет кальций из некоторых отделов нервной системы и тем самым препятствует выделению нейромедиаторов. В 1960 г. широко распространившееся загрязнение восточного побережья Японии кадмием в сочетании с низким уровнем поглощения кальция привело к развитию у людей мучительной болезни — одной из разновидностей остеомиелита. Выяснилось, что причина этого заболевания — антагонизм кадмия и кальция. С другой стороны, известны случаи синергического действия ме-таллов. Например, показано, что внесение отдельных металлов в кон-центрациях, соответствующих предельно-допустимым (Канада, США), в культуру водорослей хлорелла, сценедесмус и других не влияло на рост клеток, тогда как их смесь сильно подавляла рост, даже при более низких концентрациях. Число таких примеров достаточно велико. Относительно концентрационных эффектов металлов следует подчеркнуть, что реакция (р) организма на тяжелые металлы является двухфазной (рис 7.1).Если организм получает слишком мало металлов, ему наносится тяжелый ущерб. Это объясняется тем, что в организме содержится множество ферментов, которые могут функционировать только в присутствии тяжелых металлов, хотя бы в следовых количествах. Однако если организм получает слишком много металла, то наступает вторая фаза, связанная с токсическим действием избыточного количества. Примером такой двухфазной реакции может служить действие ме-ди на овес: как избыточное, так и недостаточное количество этого ме-талла наносит вред процессам его роста и развития (см. рис. 7.1). Рост микроорганизмов также часто зависит от концентрации одного или нескольких катионов металлов в питательной среде: следует избегать как избыточных, так и недостаточных концентраций, так как в любом случае рост будет заторможен.

Хелатообразование зависит от степени ионизации хелатообразующих агентов. Вещества, обладающие меньшим сродством к металлам (на что указывает более низкая константа устойчивости), за счет раз-личий в значениях рКа могут образовывать значительно больше анио-нов, чем другие агенты. В этом случае вещество, обладающее меньшим сродством к метал-лу, может присоединить большее количество катионов металла, чем вещества, у которых это сродство больше. Это объясняется тем, что для хелатообразования необходимо не только наличие сродства между лигандом и металлом, но также быстрое образование анионов лиганда из агента (или молекул лиганда). Большинство металлов легче соединяются с лигандами, содержа-щими кислород, чем серу. Однако Cu+, Ag+, Hg2+, As+ и Sb3+ отдают предпочтение сере; у Си Ni2+ и Со2+ сродство к сере несколько выше, чем к кислороду, если сера находится в неионизированном состоянии, как, например, в органических сульфидах. Еще одним фактором, влияющим на относительное сродство ряда металлов, служит изменение окислительно-восстановительного потенциала металла, вызванного образованием хелатных соединений с металлами, имеющими переменную валентность (например, Си, Fe, Со, Mn, Mo, V).