Chimie bioanorganică | studiază rolul metalelor în biologie

Istoric

Paul Ehrlich a folosit organoarsenice ("arsenicale") pentru tratamentul sifilisului. Acest lucru a demonstrat relevanța metalelor, sau cel puțin a metaloizilor, pentru medicină. Apoi, Rosenberg a descoperit activitatea anticancerigenă a cisplatinului (cis-PtCl₂ (NH₃ )₂ ). Prima proteină cristalizată vreodată a fost ureaza. Aceasta are nichel în situsul său activ. Vitamina B₁₂ , remediul pentru anemia pernicioasă, a fost demonstrată prin cristalografie de Dorothy Hodgkin că are un atom de cobalt într-un macrociclu de corină. Structura Watson-Crick pentru ADN a demonstrat rolul structural cheie jucat de polimerii care conțin fosfați.

Domenii de cercetare

Unele domenii de interes în cercetare sunt:

• Transportul și stocarea ionilor metalici: această categorie cuprinde o colecție diversă de canale ionice, pompe ionice (de exemplu, NaKATPază), vacuole, siderofori și alte proteine și molecule mici al căror scop este de a controla cu atenție concentrația de ioni metalici din celulă (uneori denumită metalom).
• Enzimele hidrolaze: acestea includ o colecție diversă de proteine care interacționează cu apa și cu substraturile. Exemple din această clasă de metaloproteine sunt anhidraza carbonică, metalofosfatazele și metaloproteinazele.
• Proteine de transfer de electroni care conțin metale:
• proteine fier-sulfură, cum ar fi rubredoxinele, ferredoxinele și proteinele Rieske
• proteine albastre de cupru
• citocromi
• Proteinele de transport și activare a oxigenului: acestea utilizează metale precum fierul, cuprul și manganul. Hemul este utilizat de globulele roșii sub formă de hemoglobină pentru transportul oxigenului. Alte sisteme de transport al oxigenului includ mioglobina, hemocianina și hemeritrina. Oxidazele și oxigenazele sunt sisteme metalice întâlnite în întreaga natură care profită de oxigen pentru a efectua reacții importante, cum ar fi generarea de energie. Unele metaloproteine sunt concepute pentru a proteja un sistem biologic de efectele potențial dăunătoare ale oxigenului și ale altor molecule reactive care conțin oxigen, cum ar fi peroxidul de hidrogen. O metaloproteină complementară celor care reacționează cu oxigenul este clorofila, baza fotosintezei. Clorofila este un pigment cu inel de carbon, similar altor pigmenți porfirine, cum ar fi hema. În centrul inelului de clorină se află un ion de magneziu. Acest sistem face parte din mașinăria proteică complexă care produce oxigen în timp ce plantele fac fotosinteza.
• Sistemele bioorganometalice, cum ar fi hidrogenazele și metilcobalamina, sunt exemple biologice de compuși organometalici. Acest domeniu se concentrează mai mult pe utilizarea metalelor de către organismele unicelulare. Compușii bioorganometalici sunt importanți în chimia mediului.
• Căile metabolismului azotului: acestea utilizează metale. Nitrogenaza este una dintre cele mai cunoscute metaloproteine asociate cu metabolismul azotului. Mai recent, a fost examinată importanța cardiovasculară și neuronală a oxidului de azot, inclusiv a enzimei oxid de azot sintetază. (A se vedea și: asimilarea azotului).
• Metale în medicină: este vorba de studiul conceperii și mecanismului de acțiune al produselor farmaceutice care conțin metale și al compușilor care interacționează cu ionii metalici endogeni în situsurile active ale enzimelor. Acest domeniu divers include medicamentele anticancerigene din platină și ruteniu, agenții chelanți, chaperonii medicamentoși din aur și agenții de contrast cu gadoliniu.
• În domeniul sănătății mintale: s-a constatat că unii compuși anorganici tratează anumite tulburări. De exemplu, carbonatul de litiu a fost utilizat pentru a trata mania în tulburarea bipolară.

Mai multe informații

• Heinz-Bernhard Kraatz (editor), Nils Metzler-Nolte (editor), Concepts and Models in Bioinorganic Chemistry, John Wiley and Sons, 2006, ISBN 3-527-31305-2.
• Ivano Bertini, Harry B. Gray, Edward I. Stiefel, Joan Selverstone Valentine, Biological Inorganic Chemistry, University Science Books, 2007, ISBN 1-891389-43-2
• Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski "Bioinorganic Chemistry: Elemente anorganice în chimia vieții". John Wiley and Sons, 1994, ISBN 0-471-94369-X
• Ivano Bertini, Harry B. Gray, Stephen J. Lippard, Joan Selverstone Valentine, "Bioinorganic Chemistry", University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-57-1.
• Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-72-5
• Rosette M. Roat-Malone, Bioinorganic Chemistry : A Short Course, John Wiley & Sons|Wiley-Interscience, 2002, ISBN 0-471-15976-X.
• J.J.R. Fraústo da Silva și R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: Chimia anorganică a vieții, ediția a 2-a, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850848-4
• Lawrence Que, Jr., ed., Physical Methods in Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 2000, ISBN 1-891389-02-5.