Бионеорганична химия | изучава ролята на металите в биологията

История

Пол Ерлих използва органоарсеник ("арсеник") за лечение на сифилис. Това показва значението на металите или поне на металоидите за медицината. След това Розенберг открива противораковата активност на цисплатина (cis-PtCl₂ (NH )₃₂ ). Първият кристализиран белтък в историята е уреазата. Тя има никел в активното си място. Витамин В₁₂ , лекарството за пернициозна анемия, е показан чрез кристалография от Дороти Ходжкин, че има кобалтов атом в макроцикъл на корин. Структурата на Уотсън-Крик за ДНК демонстрира ключовата структурна роля, която играят фосфатсъдържащите полимери.

Области на изследване

Някои области на изследователски интерес са:

• Пренасяне и съхранение на метални йони: това обхваща разнообразна колекция от йонни канали, йонни помпи (напр. NaKATPase), вакуоли, сидерофори и други протеини и малки молекули, чиято цел е внимателно да контролират концентрацията на метални йони в клетката (понякога наричани металоем).
• Хидролазни ензими: те включват разнообразна колекция от протеини, които взаимодействат с вода и субстрати. Примери за този клас металопротеини са карбоанхидразата, металофосфатазите и металопротеиназите.
• Металосъдържащи протеини за пренос на електрони:
• желязо-сулфурни протеини, като например рубредоксини, фередоксини и протеини на Риске.
• сини медни протеини
• цитохроми
• Протеини за пренос и активиране на кислорода: те използват метали като желязо, мед и манган. Хемът се използва от червените кръвни клетки под формата на хемоглобин за пренос на кислород. Други системи за пренос на кислород включват миоглобин, хемоцианин и хемиметрин. Оксидазите и оксигеназите са метални системи, открити в природата, които се възползват от кислорода, за да извършват важни реакции, като например производство на енергия. Някои металопротеини са предназначени да предпазват биологичната система от потенциално вредното въздействие на кислорода и други реактивни кислородсъдържащи молекули, като например водороден пероксид. Металопротеин, допълващ тези, които реагират с кислорода, е хлорофилът, който е в основата на фотосинтезата. Хлорофилът е пигмент с въглероден пръстен, подобен на други порфиринови пигменти като хема. В центъра на хлориновия пръстен се намира магнезиев йон. Тази система е част от сложния белтъчен механизъм, който произвежда кислород, докато растенията извършват фотосинтеза.
• Биоорганично-метални системи като хидрогенази и метилкобаламин са биологични примери за органометални съединения. Тази област е по-фокусирана върху използването на метали от едноклетъчни организми. Биоорганометалните съединения са значими в химията на околната среда.
• Пътища на азотния метаболизъм: при тях се използват метали. Нитрогеназата е един от най-известните металопротеини, свързани с азотния метаболизъм. Напоследък се изследва значението на азотния оксид за сърдечносъдовата и невронната система, включително ензима азотен оксид синтаза. (Виж също: асимилация на азот.)
• Металите в медицината: това е изследване на дизайна и механизма на действие на лекарствени продукти, съдържащи метали, и на съединения, които взаимодействат с ендогенни метални йони в активните места на ензимите. Тази разнообразна област включва противораковите лекарства от платина и рутений, хелатиращите агенти, златните лекарствени шаперони и гадолиниевите контрастни вещества.
• В областта на психичното здраве: установено е, че някои неорганични съединения лекуват определени разстройства. Например, литиев карбонат се използва за лечение на мания при биполярно разстройство.

Още четене

• Heinz-Bernhard Kraatz (редактор), Nils Metzler-Nolte (редактор), Concepts and Models in Bioinorganic Chemistry, John Wiley and Sons, 2006 г., 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 "Бионеорганична химия: Неорганичните елементи в химията на живота." John Wiley and Sons, 1994, ISBN 0-471-94369-X
• Ивано Бертини, Хари Б. Грей, Стивън Д. Липард, Джоан Селвърстоун Валънтайн, "Бионеорганична химия", University Science Books, 1994 г., ISBN 0-935702-57-1
• Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 1994 г., ISBN 0-935702-72-5
• Розет М. Роат-Малоун, Бионеорганична химия: кратък курс, John Wiley & Sons|Wiley-Interscience, 2002 г., ISBN 0-471-15976-X
• J.J.R. Fraústo da Silva and R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: Неорганичната химия на живота, второ издание, Oxford University Press, 2001 г., ISBN 0-19-850848-4
• Лорънс Куе, младши, физични методи в бионеорганичната химия, University Science Books, 2000 г., ISBN 1-891389-02-5