Молибден в биологии
Молибден является важнейшим элементом большинства организмов. [1] Наиболее заметно он присутствует в нитрогеназе. [2] что является важной частью фиксации азота . [3] [4]
Mo-содержащие ферменты
[ редактировать ]Молибден является важным элементом большинства организмов; В исследовательской работе 2008 года высказывалось предположение, что нехватка молибдена в ранних океанах Земли могла сильно повлиять на эволюцию эукариотической жизни (которая включает в себя все растения и животных). [1]
Идентифицировано не менее 50 молибденсодержащих ферментов, в основном у бактерий. [5] [6] Эти ферменты включают альдегидоксидазу , сульфитоксидазу и ксантиноксидазу . [7] За одним исключением, Мо в белках связывается молибдоптерином с образованием кофактора молибдена. Единственным известным исключением является нитрогеназа , которая использует кофактор FeMoco , имеющий формулу Fe 7 MoS 9 C. [8]
С точки зрения функции молибдоферменты катализируют окисление, а иногда и восстановление некоторых небольших молекул в процессе регулирования азота , серы и углерода . [9] У некоторых животных и у человека окисление ксантина до мочевой кислоты — процесс пуринов катаболизма — катализируется ксантиноксидазой — молибденсодержащим ферментом. Активность ксантиноксидазы прямо пропорциональна количеству молибдена в организме. Чрезвычайно высокая концентрация молибдена меняет эту тенденцию и может ингибировать катаболизм пуринов и другие процессы. Концентрация молибдена также влияет на синтез белка , обмен веществ и рост. [10]
Мо является компонентом большинства нитрогеназ . Среди молибдоферментов нитрогеназы уникальны тем, что в них отсутствует молибдоптерин. [11] [12] Нитрогеназы катализируют образование аммиака из атмосферного азота:
Биосинтез . FeMoco очень активного центра сложен [13]
Молибдат транспортируется в организме в виде МоО 4. 2− . [10]
Человеческий метаболизм и дефицит
[ редактировать ]Молибден является важным микроэлементом в питании . [14] Известны четыре Mo-зависимых фермента млекопитающих, каждый из которых содержит птерина на основе молибденовый кофактор в своем активном центре (Moco): сульфитоксидаза , ксантиноксидоредуктаза , альдегидоксидаза и митохондриальная митохондриальная амидоксимредуктаза . [15] Люди с серьезным дефицитом молибдена имеют плохо функционирующую сульфитоксидазу и склонны к токсическим реакциям на сульфиты в пищевых продуктах. [16] [17] В организме человека содержится около 0,07 мг молибдена на килограмм массы тела. [18] с более высокими концентрациями в печени и почках и более низкими в позвонках. [19] Молибден также присутствует в зубной эмали человека и может помочь предотвратить ее разрушение. [20]
Острая токсичность у людей не наблюдалась, и токсичность сильно зависит от химического состояния. Исследования на крысах показывают, что средняя смертельная доза (LD 50 ) для некоторых соединений Мо составляет всего лишь 180 мг/кг. [21] Хотя данные о токсичности для человека недоступны, исследования на животных показали, что хроническое употребление молибдена в дозе более 10 мг/день может вызвать диарею, задержку роста, бесплодие , низкий вес при рождении и подагру ; он также может поражать легкие, почки и печень. [22] [23] Вольфрамат натрия является конкурентным ингибитором молибдена. Диетический вольфрам снижает концентрацию молибдена в тканях. [19]
Низкая концентрация молибдена в почве в географическом диапазоне от северного Китая до Ирана приводит к общему дефициту молибдена в рационе и связана с увеличением заболеваемости раком пищевода . [24] [25] [26] По сравнению с Соединенными Штатами, где запасы молибдена в почве выше, у людей, живущих в этих районах, риск пищевода плоскоклеточного рака примерно в 16 раз выше . [27]
Сообщалось также о дефиците молибдена в результате полного парентерального питания (полного внутривенного питания) без добавок молибдена в течение длительных периодов времени. Это приводит к повышению уровня сульфита и уратов в крови , почти так же, как и дефицит кофактора молибдена . Поскольку чистый дефицит молибдена по этой причине возникает преимущественно у взрослых, неврологические последствия не столь выражены, как в случаях врожденного дефицита кофактора. [28]
Врожденная болезнь дефицита кофактора молибдена , наблюдаемая у младенцев, представляет собой неспособность синтезировать кофактор молибдена , гетероциклическую молекулу, обсуждавшуюся выше, которая связывает молибден в активном центре всех известных человеческих ферментов, использующих молибден. Возникающий в результате дефицит приводит к высокому уровню сульфитов и уратов , а также к неврологическим повреждениям. [29] [30]
Экскреция
[ редактировать ]Большая часть молибдена выводится из организма человека в виде молибдата с мочой. Кроме того, экскреция молибдена с мочой увеличивается по мере увеличения потребления молибдена с пищей. Небольшие количества молибдена выводятся из организма с калом и желчью; небольшие количества также могут теряться с потом и волосами. [31] [32]
Избыток и антагонизм меди
[ редактировать ]организмом Высокий уровень молибдена может препятствовать усвоению меди , вызывая дефицит меди . Молибден предотвращает связывание меди белками плазмы, а также увеличивает количество меди, выводимой с мочой . Жвачные животные , потребляющие большое количество молибдена, страдают от диареи , задержки роста, анемии и ахромотрихии (потеря пигмента шерсти). Эти симптомы можно облегчить с помощью добавок меди, диетических или инъекционных. [33] Дефицит меди может усугубляться избытком серы . [19] [34]
Снижение или дефицит меди также может быть намеренно вызван в терапевтических целях соединением тетратиомолибдата аммония , в котором ярко-красный анион тетратиомолибдат является медь-хелатирующим агентом. Тетратиомолибдат впервые был использован в терапевтических целях при лечении токсикоза меди у животных. Затем его начали использовать для лечения болезни Вильсона — наследственного нарушения обмена меди у человека; он действует как путем конкуренции с абсорбцией меди в кишечнике, так и за счет увеличения выведения. Также было обнаружено, что он оказывает ингибирующее действие на ангиогенез , возможно, за счет ингибирования процесса мембранной транслокации, который зависит от ионов меди. [35] Это многообещающее направление для исследования методов лечения рака , возрастной дегенерации желтого пятна и других заболеваний, связанных с патологической пролиферацией кровеносных сосудов. [36] [37]
У некоторых пасущихся животных, особенно у крупного рогатого скота, избыток молибдена в почве пастбищ может вызвать диарею , если pH почвы от нейтрального до щелочного; см . слезливость .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Скотт, К.; Лайонс, ТВ; Беккер, А.; Шен, Ю.; Поултон, Юго-Запад; Чу, X.; Анбар, AD (2008). «Прослеживание ступенчатой оксигенации протерозойского океана». Природа . 452 (7186): 456–460. Бибкод : 2008Natur.452..456S . дои : 10.1038/nature06811 . ПМИД 18368114 . S2CID 205212619 .
- ^ Дж. Дж. Ли. Ч. 5. Структура и спектроскопические свойства металло-серных кластеров. Азотфиксация на рубеже тысячелетий. Elsevier Science BV, Амстердам, 2002. 209–210. ISBN 9780444509659 .
- ^ Беррис Р.Х., Уилсон П.В. (июнь 1945 г.). «Биологическая азотфиксация». Ежегодный обзор биохимии . 14 (1): 685–708. дои : 10.1146/annurev.bi.14.070145.003345 . ISSN 0066-4154 .
- ^ Штрайхер С.Л., Герни Э.Г., Валентайн Р.К. (октябрь 1972 г.). «Гены азотфиксации». Природа . 239 (5374): 495–9. Бибкод : 1972Natur.239..495S . дои : 10.1038/239495a0 . ПМИД 4563018 . S2CID 4225250 .
- ^ Энемарк, Джон Х.; Куни, Дж. Джон А.; Ван, Цзюнь-Цзе; Холм, Р.Х. (2004). «Синтетические аналоги и реакционные системы, относящиеся к оксотрансферазам молибдена и вольфрама». хим. Преподобный . 104 (2): 1175–1200. дои : 10.1021/cr020609d . ПМИД 14871153 .
- ^ Мендель, Ральф Р.; Биттнер, Флориан (2006). «Клеточная биология молибдена». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1763 (7): 621–635. дои : 10.1016/j.bbamcr.2006.03.013 . ПМИД 16784786 .
- ^ Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 262–266. ISBN 978-0-19-850341-5 . Архивировано из оригинала 30 июня 2022 г. Проверено 2 июля 2022 г.
- ^ Расс Хилле; Джеймс Холл; Партха Басу (2014). «Моноядерные молибденовые ферменты» . хим. Преподобный . 114 (7): 3963–4038. дои : 10.1021/cr400443z . ПМК 4080432 . ПМИД 24467397 .
- ^ Кискер, К.; Шинделин, Х.; Баас, Д.; Рети, Дж.; Меккеншток, RU; Кронек, ПМХ (1999). «Структурное сравнение ферментов, содержащих кофактор молибдена» (PDF) . ФЭМС Микробиол. Преподобный . 22 (5): 503–521. дои : 10.1111/j.1574-6976.1998.tb00384.x . ПМИД 9990727 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 августа 2017 г. Проверено 25 октября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Митчелл, Филипп CH (2003). «Обзор базы данных окружающей среды» . Международная молибденовая ассоциация. Архивировано из оригинала 18 октября 2007 г. Проверено 5 мая 2007 г.
- ^ Мендель, Ральф Р. (2013). «Глава 15 Метаболизм молибдена». В Банки, Люсия (ред.). Металломика и клетка . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 12. Спрингер. doi : 10.1007/978-94-007-5561-10_15 (неактивен 31 января 2024 г.). ISBN 978-94-007-5560-4 .
{{cite book}}: CS1 maint: DOI inactive as of January 2024 (link) electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 электронный- ISSN 1868-0402 - ^ Чи Чунг, Ли; Маркус В., Риббе; Илинь, Ху (2014). «Глава 7. Разрыв тройной связи N,N: превращение динитрогена в аммиак нитрогеназами ». У Питера М.Х. Кронека; Марта Э. Соса Торрес (ред.). Металлоориентированная биогеохимия газообразных соединений в окружающей среде . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 14. Спрингер. стр. 147–174. дои : 10.1007/978-94-017-9269-1_6 . ISBN 978-94-017-9268-4 . ПМИД 25416393 .
- ^ Дос Сантос, Патрисия К.; Дин, Деннис Р. (2008). «Недавно открытая роль железо-серных кластеров» . ПНАС . 105 (33): 11589–11590. Бибкод : 2008PNAS..10511589D . дои : 10.1073/pnas.0805713105 . ПМЦ 2575256 . ПМИД 18697949 .
- ^ Шварц, Гюнтер; Белаиди, Абдель А. (2013). «Глава 13. Молибден в здоровье и болезнях человека». В Астрид Сигел; Хельмут Сигель; Роланд К.О. Сигел (ред.). Взаимосвязь между ионами незаменимых металлов и заболеваниями человека . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 13. Спрингер. стр. 415–450. дои : 10.1007/978-94-007-7500-8_13 . ISBN 978-94-007-7499-5 . ПМИД 24470099 .
- ^ Мендель, Ральф Р. (2009). «Клеточная биология молибдена». Биофакторы . 35 (5): 429–34. дои : 10.1002/биоф.55 . ПМИД 19623604 . S2CID 205487570 .
- ^ Отчет о здоровье Блейлока , февраль 2010 г., стр. 3.
- ^ Коэн, HJ; Дрю, RT; Джонсон, Дж.Л.; Раджагопалан, К.В. (1973). «Молекулярные основы биологической функции молибдена. Связь между сульфитоксидазой и острой токсичностью бисульфита и SO 2 » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 70 (12, ч. 1–2): 3655–3659. Бибкод : 1973PNAS...70.3655C . дои : 10.1073/pnas.70.12.3655 . ПМК 427300 . ПМИД 4519654 .
- ^ Холлеман, Арнольд Ф.; Виберг, Эгон (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. п. 1384. ИСБН 978-0-12-352651-9 . Архивировано из оригинала 28 сентября 2021 г. Проверено 2 июля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Консидайн, Гленн Д., изд. (2005). «Молибден». Химическая энциклопедия Ван Ностранда . Нью-Йорк: Wiley-Interscience. стр. 1038–1040. ISBN 978-0-471-61525-5 .
- ^ Керзон, MEJ; Кубота, Дж.; Бибби, Б.Г. (1971). «Экологическое воздействие молибдена на кариес». Журнал стоматологических исследований . 50 (1): 74–77. дои : 10.1177/00220345710500013401 . S2CID 72386871 .
- ^ «Информационная система оценки рисков: сводная информация о токсичности молибдена» . Окриджская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 19 сентября 2007 года . Проверено 23 апреля 2008 г.
- ^ Кофлан, член парламента (1983). «Роль молибдена в биологии человека». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 6 (С1): 70–77. дои : 10.1007/BF01811327 . ПМИД 6312191 . S2CID 10114173 .
- ^ Барселу, Дональд Г.; Барселу, Дональд (1999). «Молибден». Клиническая токсикология . 37 (2): 231–237. дои : 10.1081/CLT-100102422 . ПМИД 10382558 .
- ^ Ян, Чунг С. (1980). «Исследование рака пищевода в Китае: обзор» (PDF) . Исследования рака . 40 (8, часть 1): 2633–44. ПМИД 6992989 . Архивировано (PDF) из оригинала 23 ноября 2015 г. Проверено 30 декабря 2011 г.
- ^ Нури, Мохсен; Чалиан, Хамид; Бахман, Атье; Моллахаджян, Хамид; и др. (2008). «Содержание молибдена и цинка в ногтях в группах населения с низкой и средней заболеваемостью раком пищевода» (PDF) . Архивы иранской медицины . 11 (4): 392–6. ПМИД 18588371 . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г. Проверено 23 марта 2009 г.
- ^ Чжэн, Лю; и др. (1982). «Географическое распространение почв с дефицитом микроэлементов в Китае» . Акта Пед. Грех . 19 : 209–223. Архивировано из оригинала 05 февраля 2021 г. Проверено 2 июля 2022 г.
- ^ Тейлор, Филип Р.; Ли, Бинг; Доуси, Сэнфорд М.; Ли, Цзюнь-Яо; Ян, Чунг С.; Го, Ванде; Блот, Уильям Дж. (1994). «Профилактика рака пищевода: исследования по изменению питания в Линьсяне, Китай» (PDF) . Исследования рака . 54 (7 дополнений): 2029–2031 гг. ПМИД 8137333 . Архивировано (PDF) из оригинала 17 сентября 2016 г. Проверено 1 июля 2016 г.
- ^ Абумрад, Н. Н. (1984). «Молибден — это важный микроэлемент?» . Бюллетень Нью-Йоркской медицинской академии . 60 (2): 163–71. ПМК 1911702 . ПМИД 6426561 .
- ^ Смолинский, Б; Эйхлер, SA; Бухмайер, С.; Мейер, Дж. К.; Шварц, Г. (2008). «Специфические для сплайсинга функции гефирина в биосинтезе кофактора молибдена» . Журнал биологической химии . 283 (25): 17370–9. дои : 10.1074/jbc.M800985200 . ПМИД 18411266 .
- ^ Рейсс, Дж. (2000). «Генетика дефицита кофактора молибдена». Генетика человека . 106 (2): 157–63. doi : 10.1007/s004390051023 (неактивен 1 февраля 2024 г.). ПМИД 10746556 .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на февраль 2024 г. ( ссылка ) - ^ Гроппер, Сарин С.; Смит, Джек Л.; Карр, Тимоти П. (05 октября 2016 г.). Продвинутое питание и обмен веществ человека . Cengage Обучение. ISBN 978-1-337-51421-7 . Архивировано из оригинала 13 ноября 2021 г. Проверено 2 июля 2022 г.
- ^ Тернлунд, младший; Киз, WR; Пайффер, Г.Л. (октябрь 1995 г.). «Абсорбция, выведение и удержание молибдена изучены с помощью стабильных изотопов у молодых мужчин при пяти приемах молибдена с пищей» . Американский журнал клинического питания . 62 (4): 790–796. дои : 10.1093/ajcn/62.4.790 . ISSN 0002-9165 . ПМИД 7572711 .
- ^ Саттл, Северная Каролина (1974). «Новейшие исследования медно-молибденового антагонизма» . Труды Общества питания . 33 (3): 299–305. дои : 10.1079/PNS19740053 . ПМИД 4617883 .
- ^ Хауэр, Джеральд Дефицит меди у крупного рогатого скота. Архивировано 10 сентября 2011 г. в Wayback Machine . Производители зубров из Альберты. По состоянию на 16 декабря 2010 г.
- ^ Никель, Вт (2003). «Тайна секреции неклассического белка, современный взгляд на грузовые белки и потенциальные маршруты экспорта» . Евро. Дж. Биохим. 270 (10): 2109–2119. дои : 10.1046/j.1432-1033.2003.03577.x . ПМИД 12752430 .
- ^ Брюэр Дж.Дж.; Хедера, П.; Клюин, К.Дж.; Карлсон, М.; Аскари, Ф.; Дик, РБ; Ситтерли, Дж.; Финк, Дж. К. (2003). «Лечение болезни Вильсона тетратиомолибдатом аммония: III. Начальная терапия у 55 пациентов с неврологическими заболеваниями и последующее лечение цинком». Арч Нейрол . 60 (3): 379–85. дои : 10.1001/archneur.60.3.379 . ПМИД 12633149 .
- ^ Брюэр, Дж.Дж.; Дик, РД; Гровер, ДК; Леклер, В.; Ценг, М.; Вича, М.; Пиента, К.; Редман, Б.Г.; Джахан, Т.; Сондак, В.К.; Стродерман, М.; Лекарпантье, Г.; Мерайвер, С.Д. (2000). «Лечение метастатического рака тетратиомолибдатом, антимедным и антиангиогенным агентом: исследование фазы I». Клинические исследования рака . 6 (1): 1–10. ПМИД 10656425 .