Электронный Парамагнитный резонанс в биологии

Атомы переходной группы и их роль в биохимии

Мы уже отмечали, что одно из величайших преимуществ метода ЭПР состоит в том, что он дает очень подробную информацию о локализации и симметрии окружения атомов переходной группы, а также о природе их химических связей с окружающими лиганд - ными атомами. Эти сведения можно получить даже в том случае, если исследуемые молекулы очень велики и содержат 10 ООО и более атомов других типов, поскольку у диамагнитных атомов ЭПГ-поглощения не наблюдается. Возможность «изолировать» какой-либо один конкретный атом и подробно изучать его имеет огромное значение для биохимии, так как молекулы, участвую­щие в биохимических реакциях, в большинстве случаев очень сложны. При исследовании таких молекул методами инфракрас­ной спектроскопии получаются в высшей степени сложные спектры, представляющие собой совокупность линий поглощения, обуслов­ленных тысячами различных атомов и химических групп; рентге­нограммы этих молекул также очень сложны.

Можно, конечно, возразить, что возможности метода ЭПР очень ограниченны, поскольку он дает информацию только об одном каком-либо атоме. Однако очень часто оказывается, что именно этот атом переходной группы представляет особый интерес и частично или полностью определяет специфическую активность исследуемой молекулы. Это не удивительно, так как именно нали­чие неспаренного электрона, определяющее магнитные свойства атома переходной группы, часто определяет и специфическую химическую активность данного атома или группы. Следовательно, во многих случаях метод ЭПР дает возможность специфически изучать неспаренные электроны, связанные с каталитической активностью молекулы фермента и, следовательно, с изменением валентности атомов переходной группы.

Соответствующие примеры мы уже приводили в гл. 5, где рас­сматривались исследования ферментативных реакций методом ЭПР. Очевидно, что практически во всех случаях, когда в состав фер­мента входит атом переходной группы, этот атом играет непосред­ственную роль в процессах окисления или изменения валентности, связанных с ферментативной активностью. Метод ЭПР дает воз­можность не только обнаруживать эти изменения, но и контроля - ровать одновременно протекающие свободнорадикальные реакции. Однако в ряду биологически важных соединений не только фер­менты содержат атомы переходных групп. В этой главе мы рас­смотрим биологические молекулы других типов, в которые входят такие атомы. Изучение этих молекул дает исследователю важную информацию как об их структуре, так и о механизме их биохими­ческой активности. Большинство работ по исследованию атомов переходной группы было посвящено атомам, которые мы уже рас­сматривали в связи с изучением ферментов (медь и железо). Но все же, прежде чем перейти к конкретным исследованиям, имеет смысл обсудить общие представления о влиянии молекуляр­ного окружения на энергетические уровни атомов переходной группы, что поможет лучше оценить результаты этих работ.