•«лишние» метильные группы, размещающиеся вдоль периферии молекулы, а также .при атоме С-1 [82]. С помощью других

126 Глава 14

экспериментов было установлено, что уропорфириноген III является предшественником витамина В12. Из этого следует, что цикл должен сначала замкнуться обычным способом, а затем снова раскрыться между кольцами А и D — с удалением углерода, образующего метиленовый мостик [83]. Были предложены и альтернативные механизмы [83а].

Дополнение 14-В

Метаболизм железа

Железо является одним из элементов, наиболее распространенных в земной коре; в обычных почвах его содержание достигает ~4%. Функции железа в живых клетках многочисленны и разнообразны3-8. Общее содержание железа в бактериях и грибах составляет в среднем ~ I ммоль/кг, но в тканях животных его, как правило, меньше. 70% из 3—5 г железа, содержащихся в организме человека, сосредоточено в эритроцитах, где общее содержание железа составляет ~20 мМ. В остальных тканях общее содержание железа составляет лишь ~0,3 мМ; в основном оно приходится на разного рода резервные формы. Суммарное содержание всех железосодержащих ферментов составляет — 0,01 мМ. Хотя средние концентрации получаются низкими, железо сконцентрировано в окислительных ферментах в мембранах, и, следовательно, локальные его концентрации могут быть значительно выше. Удивительно, что одна из групп анаэробных бактерий, а именно молочнокислые бактерии, которые вообще не содержит ферментов, реагирующих с кислородом, по всей видимости, полностью лишена и железа, и меди. Во всех других организмах железо обязательно должно присутствовать.

В тканях человека и других животных, а также в зеленых растениях и грибах значительная часть железа находится в форме ферритина, красновато-коричневого водорастворимого белкаг_е. Ферритин представляет собой резервную форму Fe(III) в растворимом и нетоксичном состоянии, легко пригодном для использования. Ферритин — несколько необычный белок. Содержание железа в ферритине составляет 17—23%, причем оно находится в виде расположенной в центре плотной массы гидратированной гидроокиси железа (III), заполняющей пространство диаметром 7 нм. Эта масса окружена белковой оболочкой из 24 субъединиц, расположенных в соответствии с кубической симметрией, во многом аналогично тому, как это показано на рис. 8-17. Внешний диаметр частицы составляет ~ 12 нм. Молекулярный вес апоферритина равен 445 ООО, а каждая субъединица имеет молекулярный вес 18 500. Полностью заполненная (до 23% Fe) молекула ферритина содержит свыше 2000 атомов железа, упакованных почти как в кристаллической решетке. Сердцевина молекулы легко различима в электронном микроскопе, и в микроскопии ферритин часто используют как своеобразный маркер. Другая резервная форма железа, гемосидерин, по-видимому, состоит из молекул ферритина вместе с добавоч

ным количеством железа. При введении в организм избыточного количества железа отложение гомосидерина, в печени может дойти до токсического уровня.

Трудная проблема возникает у всех организмов в связи с относительной нерастворимостью гидроокиси железа (III) и других соединений, играющих роль резерва железа. В связи с этим железо часто захватывается в хелатной форме и переносится от одного органического лиганда (чаще всего белка) к другому, почти не проходя через состояние свободного Fe3+. Типичные константы образования хелатов Fe2+ лежат между значениями, свойственными комплексам Мп2+ и Со2+ (гл. 4, разд. В, 8, б; табл. 4-2). Например, для Ре2+-хела-та ЭДТА log Ki = 14,3. Как и следовало ожидать, железо в форме Fe3+, имеющее меньшие размеры и более высокий заряд, связывается более прочно (log К\ = 25,0). Важное биохимическое значение имеет тот факт, что Fe3+ оказывает предпочтение кислородсодержащим лигандам.

С другой стороны, Fe2+ предпочтительнее связывается с азотом.

Важно также и то, что Fe3+, связанный с кислородными лигандами, легко обменивается на другие присутствующие вереде ферри-ионы, тогда как связанный с азотсодержащими лигандами, в частности с гемом, Fe3+ обменивается очень медленно. Это свойство может иметь большое значение для соединений, транспортирующих железо, и для железосодержащих ферментов.

Если во внешней среде поддерживается достаточно высокая концентрация железа (например, для Е. coli 50 мкМ и более), то бактерии и другие микроорганизмы поглощают это железо без затруднений. Однако при низких концентрациях железа во внешней среде для повышения растворимости железа и переноса его внутрь клетки используются специальные соединения (сидерохромы)5*. Так, при концентрациях железа 2мкМ или ниже Е. coli и родственные кишечные бактерии выделяют в среду большие количества специфического хела-тирующего агента энтеробактина (рис. 2-39). Очень устойчивый комплекс этого соединения с Fe3+ переносится внутрь бактериальной клетки специальной транспортирующей системой. Внутри клетки энтеробактин разрушается эстеразой, и диссоциация железа облегчается его восстановлением в Fe2+. Ряд сидерохромов содержит' в центрах связывания жел