БИОНЕОРГАНИ́ЧЕСКАЯ ХИ́МИЯ

БИОНЕОРГАНИ́ЧЕСКАЯ ХИ́МИЯ (не­ор­га­ни­че­ская био­хи­мия), нау­ка, воз­ник­шая на сты­ке био­хи­мии и мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии, с од­ной сто­ро­ны, и хи­мии ко­ор­ди­нац. со­еди­не­ний – с дру­гой; изу­ча­ет гл. обр. ком­плек­сы бел­ков, нук­леи­но­вых ки­слот, ли­пи­дов и низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных при­род­ных со­еди­не­ний с ио­на­ми ме­тал­лов, вы­пол­няю­щих оп­ре­де­лён­ную био­хи­мич. функ­цию в ор­га­низ­ме.

Осн. на­прав­ле­ние ис­сле­до­ва­ний в Б. х. – изу­че­ние ро­ли ме­тал­лов в про­те­ка­нии био­хи­мич. ре­ак­ций. Мно­же­ст­во раз­но­об­раз­ных био­ло­гич. про­цес­сов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся под дей­ст­ви­ем стро­го оп­ре­де­лён­ных ио­нов ме­тал­лов. Напр., ио­ны Na⁺, K⁺, Mg²⁺ и Ca²⁺ вы­пол­ня­ют ре­гу­ля­тор­ную функ­цию в клет­ке. Ио­ны Ca²⁺ яв­ля­ют­ся вто­рич­ным мес­сенд­же­ром (осу­ще­ст­в­ля­ют функ­цию внут­ри­кле­точ­но­го по­сред­ни­ка в дей­ст­вии ря­да гор­мо­нов, ме­диа­то­ров нерв­но­го воз­бу­ж­де­ния и пр.), ак­ти­ви­зи­рую­щим мн. фер­мен­та­тив­ные про­цес­сы, вклю­чая фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние бел­ков, сжа­тие глад­кой мус­ку­ла­ту­ры, эк­зо­ци­тоз. Ио­ны Mg²⁺ вхо­дят в со­став хло­ро­фил­ла и уча­ст­ву­ют в фо­то­ка­та­ли­тич. ре­ак­ци­ях при фо­то­син­те­зе. Ио­ны пе­ре­ход­ных ме­тал­лов – Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, V, Cr – как пра­ви­ло, вхо­дят в со­став ак­тив­ных цен­тров разл. ме­тал­ло­фер­мен­тов, ка­та­ли­зи­рую­щих преж­де все­го окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. про­цес­сы. В ка­че­ст­ве сис­те­мы, под­дер­жи­ваю­щей оп­ре­де­лён­ную кон­цен­тра­цию ио­нов ме­тал­лов, вы­сту­па­ют не­ко­то­рые ме­тал­ло­бел­ки (напр., же­ле­зо­со­дер­жа­щий бе­лок фер­ри­тин, медь­со­дер­жа­щий бе­лок це­ру­ло­плаз­мин). С ис­сле­до­ва­ния­ми в об­лас­ти Б. х. свя­за­но ре­ше­ние ря­да др. про­блем – изу­че­ние био­хи­мич. ро­ли ми­кро­эле­мен­тов, при­сут­ст­вую­щих в жи­вых ор­га­низ­мах в сле­до­вых ко­ли­че­ст­вах (напр., B, Se, Si, Al, As, Br, I), фик­са­ции азо­та, транс­пор­та ки­сло­ро­да и пр.

Б. х. сфор­ми­ро­ва­лась как са­мо­сто­ят. дис­ци­п­ли­на в 1950-х гг. в ре­зуль­та­те изу­че­ния струк­ту­ры и функ­ции ме­тал­ло­бел­ков, ме­тал­ло­фер­мен­тов и био­ло­гич. мем­бран. Важ­ней­шее на­прав­ле­ние Б. х., поя­вив­шее­ся в кон. 20 – нач. 21 вв., – ме­тал­ло­ми­ка, т. е. ис­сле­до­ва­ние рас­пре­де­ле­ния ио­нов ме­тал­лов в разл. кле­точ­ных ком­пар­тмен­тах (в слу­чае ком­плек­сов ио­нов ме­тал­лов с бел­ка­ми – ме­тал­ло­про­те­о­ми­ка). Раз­ли­ча­ют ка­че­ст­вен­ную и ко­ли­че­ст­вен­ную ме­тал­ло­ми­ку; за­да­ча пер­вой – изу­че­ние внут­риклеточ­но­го рас­пре­де­ле­ния разл. ме­тал­лов, вто­рой – оп­ре­де­ле­ние кон­цен­тра­ции ио­нов ме­тал­лов. Изу­че­ни­ем из­ме­не­ний со­дер­жа­ния ио­нов ме­тал­ла в клет­ке в про­цес­се раз­ви­тия или при воз­дей­ст­вии внеш­них сти­му­лов за­ни­ма­ет­ся срав­ни­тель­ная ме­тал­ло­ми­ка. При по­вы­шен­ном или по­ни­жен­ном, по срав­не­нию с нор­маль­ным, со­дер­жа­нии ио­нов ме­тал­лов раз­ви­ва­ют­ся разл. па­то­ло­гии. В ря­де слу­ча­ев воз­ник­но­ве­ние па­то­ло­гий свя­за­но с ин­ду­ци­руе­мы­ми ме­тал­ла­ми ток­си­че­ски­ми из­ме­не­ния­ми в кле­точ­ном ме­та­бо­лиз­ме (напр., вы­зы­вае­мый не­ко­то­ры­ми ме­тал­ла­ми кан­це­ро­ге­нез) и про­яв­ля­ет­ся как след­ст­вие влия­ния ио­нов ме­тал­лов на ге­не­ри­ро­ва­ние ак­тив­ных форм ки­сло­ро­да и окис­лит. сиг­на­лов, ме­ха­низ­мы ре­гу­ля­ции кле­точ­ной транс­крип­ции, ак­ти­ва­ции ан­ти­ок­си­дант­ных фак­то­ров, он­ко­ге­нов, апоп­то­за и пр.

В Б. х. ис­поль­зу­ют­ся пред­став­ле­ния хи­мии ко­ор­ди­нац. со­еди­не­ний, кван­то­вой хи­мии, хи­мии при­род­ных со­еди­не­ний, эн­зи­мо­ло­гии. Осн. ме­то­да­ми ис­сле­до­ва­ния яв­ля­ют­ся оп­ти­че­ские, ос­но­ван­ные как на собств. спек­траль­ных свой­ст­вах био­ло­гич. ком­плек­сов ме­тал­лов, так и на свой­ст­вах спе­ци­аль­но син­те­зи­ро­ван­ных ин­ди­ка­тор­ных со­еди­не­ний – т. н. мо­ле­ку­ляр­ных кле­точ­ных сен­со­ров. При­ме­ня­ют­ся так­же ЯМР и ЭПР, в ме­тал­ло­ми­ке – ком­би­на­ция ме­то­дов дву­мер­но­го элек­тро­фо­ре­за или хро­ма­то­гра­фии с разл. ва­ри­ан­та­ми масс-спек­тро­мет­рии. Прак­тич. зна­че­ние Б. х. свя­за­но гл. обр. с раз­ра­бот­кой и син­те­зом но­вых ле­кар­ст­вен­ных пре­па­ра­тов, дей­ст­вие ко­то­рых обу­слов­ле­но фор­ми­ро­ва­ни­ем ком­плек­сов с ме­тал­ла­ми.