Антагонизм кобальта к токсическому действию комплекса оксина с железом.

Очевидно, что добавление большого избытка (200 эквивалентов) инертного металла могло бы предотвратить токсическое действие комплекса оксин — железо, если бы конс­танта устойчивости нового комплекса была выше или лишь не­многим ниже, чем таковая комплекса оксин — железо.

Особое положение занимает кобальт. Он оказывает защит­ное действие не только в больших, но и в следовых количествах. Сульфат двухвалентного кобальта даже в очень низкой концен­трации (М/25 000) полностью снимает бактериостатическое действие оксина в концентрации М/100 000 (рис. 11.6) [Rubbo et al., 1950]. Данные, приведенные в табл. 11.6, характеризуют эффективность действия кобальта в качестве антагониста бак­терицидного действия комплекса оксин — железо. Эффектив­ность комплекса оксин — медь лишь ненамного ниже.

Кобальт защищает также дрожжи от действия комплекса оксин — медь [Nordbring-Hertz, 1955], но не мицелий грибов, очевидно, вследствие их медленного роста [Anderson, Swaby, 1951]. Тем не менее кобальт оказывает защитное действие на ДМДК (диметилдитиокарбаминовая кислота) (разд. 11.7.3). Данные, приведенные в табл. 11.7, показывают, что кобальт за­щищает трипаносомы от летального действия оксина [William­son, 1959].

Каково же объяснение подобного защитного действия ко­бальта? На первый взгляд может показаться, что кобальт, со­единяясь с оксином, препятствует образованию его комплекса с железом. Но тогда никель должен бы быть еще более эффек­тивным, так как константа устойчивости комплекса никель — оксин значительно выше, чем таковая комплекса оксин — ко­бальт (см. табл. 11.1) [Albert et al., 1953].

Рис. 11.6. Антагонизм между оксином н следами кобальта (Staphylococcus aureus в питательном бульоне, pH 7,2).

К более правильным выводам можно прийти на основании того, что некоторые жизненно важные компоненты клеток, в частности меркаптосоединения, например дигидролипоевая кислота (2.28) (разд. 11.7.3), легко окисляются кислородом воздуха в присутствии следов железа или меди. В результате этих реакций образуются перекись водорода и супероксидный радикал (О₂^_), которые в присутствии катионов металлов вы­зывают взрывоподобную цепную реакцию, так что очень не­большое количество металла может катализировать широко распространяющийся процесс разрушения. На примере некото­рых модельных реакций такого типа было показано, что следы кобальта прерывают эти цепные реакции и тормозят процесс разрушения (рис. 11.7) [Dainton, 1966].

Оксин представляет собой «кооперативный» хелатирующий агент (разд. 11.5). Так, смесь неорганической соли железа с ок­сином катализирует окисление воздухом SH-групп в нуклеопро- теидах печени крыс и икры рыб, тогда как соли железа без ок­сина неэффективны [Bernheim, Bernheim, 1939]. Исключитель­но высокая каталитическая активность комплекса оксин — же­лезо, вероятно, обусловлена перестройкой орбиталей катиона трехвалентного железа в процессе хелатообразования (что под­тверждается необычно глубокой окраской этих комплексов ок­сина: красной — с двухвалентным железом, зеленой — с трехва­лентным).

Логично предположить, что токсическая форма оксина — это его комплекс с трехвалентным железом 1: 1, так как он

Таблица 11.6. Защитный эффект кобальта при бактерицидном действии комплексов оксин — железо и оксин — медь на Staph, aureus (бульон, очи­щенный от металлов; pH 7,3, 20 °С; концентрация оксина в каждой пробирке М/25 000 Albert et al., 1953]

Таблица 11.7.

ненасыщен, т. е. обладает необходимой для катализаторов спо­собностью к связыванию. С другой стороны, комплекс 2: 1 (11.33) полностью насыщен и, по-видимому, не способен быть катализатором. (В аэробных системах комплексы двух- и трех­валентного железа находятся в равновесии, а, следовательно, комплексы трехвалентного железа с соотношением 1:1 и 2: 1 — Яенасыщены и обладают каталитической активностью, тогда как комплекс состава 3: 1 насыщен и инертен.) Эти выводы подтверждают аналогичные заключения, сделанные на основе концепций «обращенного эффекта концентрации» (разд. 11.7.1).

Место действия комплекса оксин-железо в бактериях неиз­вестно, однако ключом к его обнаружению могут служить дан­ные о месте действия его в грибах; в этом случае он способст­вует окислительной деструкции дигидролипоевой кислоты (разд. 11.7.3). Информацию о месте действия можно получить И из данных по липофильности. Производные оксина с низким коэффициентом распределения в системе масло — вода не обла­дают антибактериальным действием. Например, комплексы ок- син-5-сульфокислоты имеют такие же константы устойчивости, как и комплексы оксина [Albert, 1953], но в отличие от него

Рис. 11.7. Действие кобальта, предотвращающее окисление цис­теина (М/40, 20 °С) кислородом, катализируемое медью (А — суль­фат меди, М/10 000; Б — сульфат меди, М/100 000; В — аналогич­но Б, но с добавлением сульфата кобальта, М/500) tBaur, Preis, 1936].

они не переходят из воды в липиды и совершенно лишены анти­бактериальных свойств. Чтобы подтвердить важность высокого коэффициента распределения для антибактериального действия оксина, был синтезирован [Albert, Hampton, 1952, 1954] и ис­следован [Albert et al., 1954] ряд производных оксина, не имеющих электрического заряда и отличающихся низ­ким коэффициентом распределения. Антибактериальное дейст­вие этих азаоксинов (разд. 11.7.2) ослабляется или усиливается пропорционально уменьшению или увеличению коэффициентов распределения, вызванных незначительными изменениями их молекулярной структуры. Таким образом, высокий коэффици­ент распределения играет важную роль в проявлении активно­сти оксина и родственных ему соединений. Это доказывает, что действие оксина осуществляется внутри клетки или, по крайней мере, в цитоплазматической мембране.