Chemia bionieorganiczna
Chemia bioorganiczna zajmuje się badaniem roli metali w biologii. Bada również zjawiska naturalne, takie jak zachowanie metaloprotein oraz sztucznie wprowadzane metale w medycynie i toksykologii. Wiele procesów biologicznych, takich jak oddychanie, zależy od niektórych cząsteczek nieorganicznych. Chemia bioorganiczna obejmuje również badania nad nieorganicznymi modelami lub mimikami, które naśladują sposób działania metaloprotein.
Jest to połączenie biochemii i chemii nieorganicznej. Chemia bioorganiczna bada implikacje dla biologii białek przenoszących elektrony, wiązania i aktywacji substratów, chemii atomów i grup oraz właściwości metali.
Historia
Paul Ehrlich używał organoarsenów ("arszeniki") do leczenia syfilisu. Pokazało to znaczenie metali, a przynajmniej metaloidów, w medycynie. Następnie Rosenberg odkrył przeciwnowotworowe działanie cisplatyny (cis-PtCl2(NH3)2). Pierwszym skrystalizowanym białkiem była ureaza. W jej miejscu aktywnym znajduje się nikiel. Witamina B12, lekarstwo na niedokrwistość złośliwą, została wykazana w krystalografii przez Dorothy Hodgkin, jako posiadająca atom kobaltu w makrocyklu korrynowym. Struktura Watson-Crick dla DNA wykazała kluczową rolę strukturalną odgrywaną przez polimery zawierające fosforany.
Obszary badawcze
Niektóre obszary zainteresowań badawczych to:
- Transport i magazynowanie jonów metali: obejmuje różnorodny zbiór kanałów jonowych, pomp jonowych (np. NaKATPaza), wakuoli, sideroforów oraz innych białek i małych cząsteczek, których celem jest dokładna kontrola stężenia jonów metali w komórce (czasami określanych jako metalom).
- Enzymy hydrolasowe: obejmują różnorodny zbiór białek, które oddziałują z wodą i substratami. Przykładami tej klasy metaloprotein są anhydraza węglowa, metalofosfatazy i metaloproteinazy.
- Białka przenoszące elektrony zawierające metale:
- białka żelazowo-siarkowe, takie jak rubredoksyny, ferredoksyny i białka Rieske
- niebieskie białka miedzi
- cytochromy
- Białka transportujące tlen i aktywujące: wykorzystują metale takie jak żelazo, miedź i mangan. Heme jest wykorzystywana przez czerwone krwinki w postaci hemoglobiny do transportu tlenu. Inne systemy transportu tlenu obejmują mioglobinę, hemocyaninę i hemerytrynę. Oksydazy i oksygenazy są metalowymi systemami występującymi w przyrodzie, które wykorzystują tlen do przeprowadzania ważnych reakcji, takich jak wytwarzanie energii. Niektóre metaloproteiny mają za zadanie chronić system biologiczny przed potencjalnie szkodliwym działaniem tlenu i innych reaktywnych cząsteczek zawierających tlen, takich jak nadtlenek wodoru. Metaloproteiną komplementarną do tych, które reagują z tlenem jest chlorofil, podstawa fotosyntezy. Chlorofil jest pigmentem z pierścieniem węglowym, podobnym do innych pigmentów porfirynowych, takich jak hem. W centrum pierścienia chlorowego znajduje się jon magnezu. System ten jest częścią złożonej maszynerii białkowej, która wytwarza tlen w procesie fotosyntezy u roślin.
- Biologicznymi przykładami związków metaloorganicznych są układy bioorganometaliczne, takie jak hydrogenazy i metylokobalamina. Dziedzina ta skupia się bardziej na wykorzystaniu metali przez organizmy jednokomórkowe. Związki bioorganometaliczne mają duże znaczenie w chemii środowiska.
- Szlaki metabolizmu azotu: wykorzystują metale. Nitrogenaza jest jedną z bardziej znanych metaloprotein związanych z metabolizmem azotu. Ostatnio zbadano znaczenie tlenku azotu dla układu sercowo-naczyniowego i neuronów, w tym enzymu syntazy tlenku azotu. (Zobacz też: asymilacja azotu.)
- Metale w medycynie: jest to badanie projektowania i mechanizmu działania farmaceutyków zawierających metale oraz związków, które oddziałują z endogennymi jonami metali w miejscach aktywnych enzymów. Ta różnorodna dziedzina obejmuje platynowe i rutenowe leki przeciwnowotworowe, środki chelatujące, złote chaperony leków i gadolinowe środki kontrastowe.
- W zdrowiu psychicznym: niektóre związki nieorganiczne okazały się skuteczne w leczeniu niektórych zaburzeń. Na przykład, węglan litu był stosowany w leczeniu manii w chorobie dwubiegunowej.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest chemia bioorganiczna?
O: Chemia bioorganiczna to badanie roli metali w biologii, jak również zjawisk naturalnych, takich jak zachowanie się metaloprotein i sztucznie wprowadzanych metali w medycynie i toksykologii. To także badanie nieorganicznych modeli lub mimików, które naśladują działanie metaloprotein, co łączy biochemię z chemią nieorganiczną.
P: Jakie procesy biologiczne zależą od niektórych cząsteczek nieorganicznych?
O: Wiele procesów biologicznych, takich jak oddychanie, zależy od niektórych cząsteczek nieorganicznych.
P: Na czym polega nauka chemii bioorganicznej?
O: Chemia bioorganiczna obejmuje badanie wpływu na biologię białek przenoszących elektrony, wiązania i aktywacji substratów, chemii atomów i grup oraz właściwości metali.
P: W jaki sposób chemia bioorganiczna łączy biochemię z chemią nieorganiczną?
O: Chemia bioorganiczna łączy biochemię z chemią nieorganiczną poprzez badanie modeli organicznych lub mimiki, które naśladują działanie metaloprotein.
P: Jakie są przykłady naturalnie występujących zjawisk badanych przez chemików bioorganicznych?
O: Przykłady zjawisk naturalnych badanych przez chemików bioinorganicznych to zachowanie się metaloprotein i sztucznie wprowadzanych metali w medycynie i toksykologii.
P: Co mają wspólnego białka przenoszące elektrony z chemią bioinoragiczną?
O: Białka przenoszące elektrony to jeden z aspektów badanych przez chemię bioinoragiczną, obok wiązania i aktywacji substratów, chemii atomów i grup oraz właściwości metali.
