Двухфазная ответная реакция.

Известно, что реакция орга­низма на тяжелые металлы является двухфазной. Если орга­низм получает слишком мало металлов, ему наносится тяжелый ущерб. Это объясняется тем, что в организме содержится мно­жество ферментов, которые могут функционировать только в присутствии тяжелых металлов хотя бы в следовых количест­вах.

Примером такой двухфазной реакции может служить дей­ствие меди на овес [Piper, 1942]: как избыточное, так и недо­статочное количество этого металла наносит вред его росткам

Рис. 11.1. Влияние меди иа рост овса. Содержание меди в питательной среде (слева направо): 3, 6, 10, 20, 100, 500, 2000 и 3000 мкг/л [Piper, 1942].

(рис. 11.1). В эксперименте овес выращивали в сосудах, кон­центрацию меди в которых изменяли от 0 до 3000 мкг/л, при­чем максимальная длина ростков овса была зафиксирована при 500 мкг меди на литр. Рост микроорганизмов часто зависит от концентрации одного или нескольких катионов металлов в питательной среде: следует избегать как избыточных, так и не­достаточных концентраций, так как в любом случае рост будет заторможен.

Обедненные металлами среды. Тем, кто только начинает изучать микроэлементы, часто кажется странным, что перед началом эксперимента необходимо очищать среды от металлов. К сожалению, «химически чистые» и «чистые для анализа» ре­агенты содержат очень много примесей тяжелых металлов. Это неизбежно, так как вещество, очищенное на 99,99%, содержит бХЮ¹⁷ молекул посторонних примесей на каждый грамм. Это значение рассчитано с помощью числа Авогадро (бХЮ²³ мо­лекул в 1 моле любого вещества), причем средняя величина ОММ принималась равной 100.

как⁴правило, велико. Типичный случай загрязнения реактивов примесями металлов был выявлен при проведении эксперимен­та с жгутиковой водорослью Euglenia gracilis, клетке которой необходимо только 4800 атомов (5ХЮ^-19 г) кобальта для обра­зования нового организма. В предварительном опыте было об­наружено,\что «аналитически чистая» соль железа, применяв­шаяся для Приготовления культуральной среды, содержит ко­бальта в тридцать три раза больше нужного количества [Hut­ner, 1949]. Л

Существует'следующий удобный метод приготовления сред с незначительным содержанием металла. Питательные соли рас­творяют в воде. Этот раствор многократно встряхивают с рас­твором дитизона в хлороформе, затем экстрагируют хлорофор­мом для удаления дитизона и пропускают воздух (для удаления хлороформа) [Piper, 1942]. Аналогичным образом используют и другие вещества, обладающие высоким сродством к металлам, например 8-гидроксихинолин применяют для удаления металлов из бактериологических сред [Rubbo, Albert, Gibson, 1950]. В ра­боте Donald, Passey, Swaby (1952) рассмотрены 38 способов удаления металлов из питательных сред.

При проведении экспериментов часто возникает необходи­мость поддержать определенную концентрацию иона металла таким образом, чтобы она не поднималась выше и не опуска­лась ниже нужного значения. Эта проблема решается с по­мощью буферов, содержащих ион металла и сохраняющих по­стоянное значение рМ, подобно тому, как буферы, содержа­щие ион водорода, имеют неизменное значение pH. В этих си­стемах происходит постоянное восполнение удаляемых в про­цессе реакции свободных ионов металла за счет металла, нахо­дящегося в виде комплекса. Вначале для этих целей использо­вали такие комплексообразующие агенты, как цитрат- и тарт­рат-ионы, однако более широкое применение получили ЭДТА (11.27), диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТПА) и нитрилотриуксусная кислота (НТА).

К неметаллическим питательным микроэлементам относятся бор (для растений), йод и фтор (для позвоночных), селен и кремний. Селен — необходимая составная часть важного фер­мента млекопитающих, глутатионпероксидазы, которая защи­щает мембраны от окисления и является одним из микробио- цидных ферментов фагоцитов [Stadtman, 1980]. Ферменты, со­держащие селен, железо и молибден, уже рассматривались при обсуждении свойств молибдена. Полагают, что кремний также вносит вклад в построение и придание упругости соединитель­ным тканям позвоночных. Кремний необходим для роста и раз­вития организма крыс. По-видимому, кремний содержится в ви­де силанолята с мостиками Si—О—R в таких полисахаридах, как гепарин и гиалуроновая кислота [Schwarz, 1973].

Подробнее о роли микроэлементов в питании см. Urjder- wood (1977); неорганические аспекты биологических процессов рассматриваются в работе Williams (1976). /

11.1.