Металлы, которые всегда с тобой - Ефим Терлецкий

Войн поднимали, и мёдь наносила глубокие раны;

Ею скот и поля отнимали: легко человекам

Вооружённым в бою безоружное все уступало.

Можно добавить, что громадные каменные блоки, из которых сложена пирамида Хеопса, были обтёсаны, как установили специалисты, именно медными топорами. Да, медь когда-то была первостепенным металлом в жизни общества; её добыча и выплавка получили широкое распространение ещё в Древнем Египте. Но, как говорят, ничто не ново под Луной, даже... энергетический кризис. Как полагают сегодня, именно энергетический кризис (хотя в те времена он так не назывался) явился причиной того, что египтяне забросили производство меди: слишком много пальм и белой акации шло на дрова для её выплавки. Эти деревья почти полностью были вырублены в дельте Нила. Но медь добывали и на средиземноморском острове Кипр. Оттуда, кстати, пошло латинское название меди — купрум.

Русское название «медь», по-видимому, происходит от слова «смида», которым древнеевропейские племена называли металлы вообще.

В организме человека содержание меди ничтожно — несколько больше 70 мг, а человеческий кларк её составляет 0,0001, то есть он в 60 раз меньше, чем кларк железа. Да и кларк меди земной коры тоже мал — 0,0047. И тем не менее эти миллиграммы меди жизненно необходимы. Но именно точно отмеренные миллиграммы. Когда в организме возникает избыток меди, начинается болезнь.

В этом случае медь накапливается в тканях, особенно в печени и мозге. Высокие концентрации её могут привести к нарушению функции центральной нервной системы со всеми вытекающими отсюда последствиями. Патологическое увеличение уровня меди известно как болезнь Вильсона, названная так по имени английского врача, впервые описавшего это заболевание.

Встречаются, хотя и значительно реже, болезни, связанные с недостатком меди в организме. К этому мы ещё вернемся.

Однако подобного рода недуги, связанные с нарушением регуляции меди в нашем организме, явление редкое.

Здоровый организм недостатка в её соединениях практически не испытывает, так как они в избытке присутствуют в питьевой воде и пище, особенно если ещё используется при этом медная посуда. Кроме того, у нас имеются специальные защитные системы, которые ограничивают всасывание меди и других металлов.

Настоящая голубая кровь

В живых организмах медь впервые была обнаружена в 1808 году известным французским химиком Луи Вокленом — выдающимся аналитиком своего времени. Он провёл множество исследований различных вещёств и считается одним из основоположников химического анализа.

Позже, в 1834 году, было установлено содержание меди у ряда беспозвоночных животных. Точное местонахождение её — гемолимфа, которая имеет у них голубую окраску. Это открытие принадлежит итальянскому исследователю Б. Бизио.

Итак, снова голубая кровь... Голубой, а иногда даже синий цвет крови этих животных придаётся ионом меди. Вспомним: многие соединения этого элемента имеют голубой цвет, например медный купорос.

Голубую кровь некоторых позвоночных в научной литературе впервые описал знаменитый голландский натуралист Ян Сваммердам в 1669 году, однако объяснить природу этого явления долго не удавалось. В 1878 году французский учёный Л. Фредерико назвал вещёство, которое придавало крови моллюсков голубой цвет, гемоцианином («гема» — кровь, «циана» — синий) — по аналогии с гемоглобином.

Сегодня мы знаем: никакого гема здесь нет. Единственный из известных порфиринов живых организмов, содержащий медь, это ярко-красный пигмент турацин, обнаруженный только в перьях экзотической африканской птицы турако. (Любопытно, что этих птиц, самых больших кукушек, называют ещё и бананоедами, хотя бананами они не питаются.)

Формула турацина, очень напоминающая формулу гема, изображена на рис. 8.

Итак, гемоцианин — медьсодержащий белок кальмаров, улиток, раков и пауков. Его молекулярная масса у различных животных неодинакова и изменяется от 25 100 до 36 700. Мономеры гемоцианина способны образовывать субъединицы с молекулярной массой до 825 тыс. Таким образом, проявляются кооперативные, то есть объединяющие свойства, обеспечивающие более эффективное связывание кислорода. Здесь происходит то же самое, что и у гемоглобина, молекула которого состоит из 4 структурных единиц.

Конечно же, ведя этот разговор, невозможно не вспомнить часто встречающееся в литературе словосочетание «голубая кровь», призванное характеризовать высокое происхождение человека, принадлежность к аристократическому кругу. Полагают, что это выражение пришло к нам из Испании, где в давние времена признаком благородства считалась тонкая белая кожа, через которую просвечивались синеватые кровеносные сосуды. Понятно, что к нашей теме это имеет лишь косвенное отношение.

В гемоцианине одна молекула кислорода связывается с двумя атомами меди. При этом белок окрашивается в голубой цвет и наблюдается флуоресценция. С окисью углерода гемоцианин так же, как и гемоглобин, взаимодействует обратимо, образуя бесцветные соединения. В гемоцианине членистоногих содержится 0,178 % меди, а у моллюсков — 0,253 %.

Видимо, не случайно для высших животных природа выбрала именно гемоглобин, отдав ему предпочтение перед гемоцианином. Вспомним: его способность переносить кислород в 5 раз выше, чем гемоцианина. Но если в эволюционном марафоне победило железо, то зачем же организму медь? Какие особые качества, по-видимому, отсутствующие у железа, делают её совершенно незаменимой для животных и растений?

Ещё в 1913 году ученик В. И. Вернадского известный русский геолог и биогеохимик Я. В. Самойлов высказал идею об эволюции не только скелета организмов, но и крови, где функцию железа на разных стадиях развития могли выполнять такие металлы, как медь или ванадий.

В самом деле, не только железо и медь, но и ванадий, а также хром, марганец, кобальт, никель, цинк принадлежат к элементам первой переходной группы периодической системы. Это соседи со сходными свойствами. Именно эти свойства в той или иной степени и определяют роль перечисленных металлов в биологических процессах. Так, ион меди по сравнению с ионами других металлов активнее реагирует с аминокислотами и белками, образуя устойчивые комплексы, которые трудно разрушить. И вообще медь—один из самых разносторонних катализаторов. В сочетании с белками её активирующее действие усиливается и приобретает специфичность, что так важно для ферментов. Наконец, медь легко переходит из одного валентного состояния в другое. Все эти свойства являются общими у меди и у железа.

Но есть одно важное обстоятельство: соединения одновалентной меди легко окисляются кислородом воздуха. Поэтому медьсодержащие ферменты, катализирующие в организме процессы окисления, сами быстро окисляются, в результате чего их функция восстанавливается.