Металлы ответственны за жизнь и за смерть

Металлы, например, мышьяк, известны по преимуществу своим пагубным воздействием на человеческий организм. Тем не менее, не следует судить их слишком строго – ведь они необходимы для нормального течения множества базовых жизненных процессов. Металлы не очень разборчивы при...

Металлы, например, мышьяк, известны по преимуществу своим пагубным воздействием на человеческий организм. Тем не менее, не следует судить их слишком строго – ведь они необходимы для нормального течения множества базовых жизненных процессов. Металлы не очень разборчивы при взаимоотношениях с другими молекулами, поэтому они помогают многим процессам в клетке, например, ускоряя химические реакции или перенося электроны при производстве энергии. С другой стороны, они очень активны, а потому могут быть и вредоносны. Исследователям, изучающим металлы во всех живых организмах от микроба до человека, становится все более ясно, что все дело в количестве. Как это сформулировал еще в XVI веке Парацельс "Яд от лекарства отличает доза".

Металлы в медицине

Металлы – одновременно друзья и враги человеческого здоровья. На продуктовых этикетках часто указывается набор минералов, которые можно получить, съев продукт. Самый известный недуг, связанный с нехваткой металла – анемия, но дефицит металлов может привести и к более серьезным вещам – болезням сердца, диабету, расстройствам нервной деятельности. А передозировка тех же самых металлов не сулит ничего хорошего, а избыток того же железа может принести даже смерть.

Природа использует большой диапазон металлов (в ферментах и белках) для поддержания реакций в биологических системах. Встает вопрос - а почему бы не использовать их с той же целью и людям. Сейчас специалисты по всему миру изучают разнообразные лекарства, которые могут имитировать благоприятное действие определенных металлов. Это новое поле деятельности для фармацевтической промышленности.

Океаны – металлическая пустыня

•	Металлы могут убивать и могут лечить

В то время, как у человека, идущего в магазин, есть большой выбор источников металлов, металлы в океане – совсем другая история. По сведениям Франсуа Миреля из Принстона и Нила Прайса из университета МакГилл, микроскопическим растениям, плавающим у поверхности океана, приходится извлекать из воды все крупинки металла, которые они там обнаружат. Эти растения, называемые фитопланктоном, ответственны за половину объема всего фотосинтеза на Земле, и именно они являются основной причиной, по которой океану принадлежит важная роль в удалении углекислого газа из атмосферы.

Не менее десятка элементов из числа извлекаемых фитопланктоном из воды являются металлами, присутствующими только в следовых количествах. Чтобы избежать дефицита, растения применяют целый набор трюков, задействуя крупные молекулы, быстро прикрепляющиеся к ионам или разрушая комплексы металлических ионов в растворе. Это помогает раздвинуть границы физически и химически возможного.

Этот вкусный мышьяк

У других организмов – другие диетические и энергетические потребности. Ученые обнаружили, что бактерии, переваривающие такие металлы, как мышьяк и селен, стали распространяться повсеместно. Ученые находят эти микроорганизмы в морских и пресноводных отложениях, горячих ключах, золотых рудниках и даже в пищеварительном тракте животных. Для всех этих сред характерны отсутствие кислорода и солнечного света. А значит, микроорганизмы не могут использовать фотосинтез, а получают энергию из химических реакций, в которых мышьяк может принимать участие.

Рональд Оремланд из Геологической службы США обнаружил новые разновидности "любящих" мышьяк бактерий. Находка заставила его поверить, что эти организмы могут играть существенную роль в вымывании мышьяка из каменистых поверхностей, где они находились изначально, в водоносные слои и другие источники питьевой воды. Предположительно, такие бактерии могут оказаться где-нибудь на Марсе или Европе. В тех местах, где в результате вулканической активности мышьяк может оказаться в изобилии, могли возникнуть примитивные экосистемы, не нуждающиеся в кислороде, утверждает Оремлэнд.

Ученые привыкли проводить четкие границы между химией биологических систем и химией всего остального. Сегодня эти границы рушатся, а металлы становятся все более активным участником мира биологического. Более того, появились предположения, что взаимодействие ферментов со скоплениями железа или серы могли помочь самым ранним формам жизни закрепиться на Земле. И с тех пор эволюция старательно балансировала на грани между лекарством и отравой.