Química bioinorgánica

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La Química Bioinorgánica es una rama de la química que estudia el rol biológico de los metales .Incluye el estudio tanto de fenómenos naturales como el comportamiento de las metaloproteínas , así como de metales introducidos artificialmente, incluyendo aquellos que son elementos no esenciales, en medicina y toxicología. Muchos procesos biológicos como la respiración, dependen de moléculas que caen en el campo de estudio de la química inorgánica. Esta disciplina incluye también el estudio de modelos inorgánicos o miméticos imitan el comportamiento de las metaloproteínas.[1]

Como mezcla de la bioquímica y la química inorgánica, la química bioinorgánica es importante en el estudio de la implicación de proteínas transportadoras de metales, unión al sustrato y activación, química de la transferencia de átomos y grupos funcionales, así como las propiedades de los metales en la química biológica.

Historia[editar]

Paul Ehrlich utilizó en 1909 un compuesto de arsénico para el tratamiento de la sífilis, el salvarsan, lo que permitió demostrar la importancia de los metales, o por lo menos metaloides en medicina. Barnett Rosenberg en 1965 desmotró la actividad anti-cáncer de cisplatino (cis-PtCl2(NH3)2). La primera proteína cristalizada (ver James B. Sumner) fue la ureasa, cristalizada en 1926, la que mostró contener níquel en su sitio activo. La vitamina B12, ​​muestra en su estructura cristalográfica realizada por Dorothy Crowfoot Hodgkin en 1954, un átomo de cobalto en un macrociclo de corrina. La estructura de ADN de Watson-Crick demostró el papel estructural clave que desempeñan los polímeros que contienen fosfato.

Tipos de elementos inorgánicos en biología[editar]

Los elementos inorgánicos de mayor interés en química bioinorganica son:

Metales alcalinos y alcalinotérreos[editar]

Al igual que muchos antibióticos, la monensina-A es un ionóforo que se une fuértemente al Na+ (mostrado en amarillo).

Los elementos inorgánicos más abundantes actúan como electrolitos iónicos. Los iones más importantes son el Na+, K+, Ca2+, Mg2+, cloruro, fosfato y bicarbonato, de los cuales, los cationes nombrados son alcalinos o alcalinotérreos. El mantenimiento de gradientes precisos a través de las membranas celulares mantiene la presión osmótica y pH.[2] Los iones son también críticos para los impusos nerviosos y los músculos, ya que son los potenciales de acción en estos tejidos. El intercambio de electrolitos entre el fluido extracelular y el citosol generan contracciones musculares y otras reacciones electroquímicas.[3] Los electrolitos entran y salen de las células a través de las proteínas de la membrana celular, llamadas canales iónicos. Por ejemplo, la contracción muscular depende de la circulación de calcio, sodio y potasio a través de los canales iónicos en la membrana celular y los túbulos T.[4]

Metales de transición[editar]

La mioglobina es un complejo de hierro (grupo hemo) que está anclado a una proteína.

Los metales de transición están presentes generalmente como elementos traza en los organismos, siendo el zinc y el [hierro]] los más abundantes.[5] [6] [7] Estos metales se utilizan en algunas proteínas como cofactores y son esenciales para la actividad de enzimas tales como la catalasa y las proteínas transportadoras de oxígeno tales como la hemoglobina[8] Estos cofactores se unen fuertemente a una proteína específica. Los micronutrientes metálicos son tomados por los organismos gracias a proteínas de almacenamiento como la ferritina entre otras metaloproteínas.[9] [10]

  • Hierro: Transporte y almacenamiento de oxígeno (mioglobina y hemoglobina), además de transferencias electrónica.[10]
  • Molibdeno: Forma parte del cofactor molibdopterina que forma parte de múltiples enzimas.[11]

Composición química de los organismos vivos[editar]

Alrededor del 99% de la masa de los mamíferos la forman los elementos carbono, nitrógeno, calcio, sodio, cloro, potasio, hidrógeno, fósforo, oxígeno y azufre.[13] Los compuestos orgánicos (proteínas, lípidos y carbohidratos) contienen la mayor parte del carbono y nitrógeno y la mayor parte del oxígeno y el hidrógeno está presente como agua.[13] El conjunto de biomoléculas que contienen metales en una célula se denomina metaloma.

Referencias[editar]

  1. Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-72-5
  2. Sychrová H (2004). «Yeast as a model organism to study transport and homeostasis of alkali metal cations» (PDF). Physiol Res. 53 Suppl 1: S91–8. PMID 15119939. 
  3. Levitan I (1988). «Modulation of ion channels in neurons and other cells». Annu Rev Neurosci 11: 119–36. doi:10.1146/annurev.ne.11.030188.001003. PMID 2452594. 
  4. Dulhunty A (2006). «Excitation-contraction coupling from the 1950s into the new millennium». Clin Exp Pharmacol Physiol 33 (9): 763–72. doi:10.1111/j.1440-1681.2006.04441.x. PMID 16922804. 
  5. Dlouhy, Adrienne C.; Outten, Caryn E. (2013). «Chapter 8 The Iron Metallome in Eukaryotic Organisms». En Banci, Lucia (Ed.). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences 12. Springer. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_8. ISBN 978-94-007-5560-4.  electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 Plantilla:Issn electronic-Plantilla:Issn
  6. Mahan D, Shields R (1998). «Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight». J Anim Sci 76 (2): 506–12. PMID 9498359. 
  7. Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N (2004). «Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics». Anal Bioanal Chem 378 (1): 171–82. doi:10.1007/s00216-003-2219-0. PMID 14551660. 
  8. Finney L, O'Halloran T (2003). «Transition metal speciation in the cell: insights from the chemistry of metal ion receptors». Science 300 (5621): 931–6. Bibcode:2003Sci...300..931F. doi:10.1126/science.1085049. PMID 12738850. 
  9. Cousins R, Liuzzi J, Lichten L (2006). «Mammalian zinc transport, trafficking, and signals». J Biol Chem 281 (34): 24085–9. doi:10.1074/jbc.R600011200. PMID 16793761. 
  10. a b Dunn L, Rahmanto Y, Richardson D (2007). «Iron uptake and metabolism in the new millennium». Trends Cell Biol 17 (2): 93–100. doi:10.1016/j.tcb.2006.12.003. PMID 17194590. 
  11. Hille, Russ (1996). «The Mononuclear Molybdenum Enzymes». Chem. Rev. 96 (7): 2757–2816. doi:10.1021/cr950061t. 
  12. Cracan, Valentin; Banerjee, Ruma (2013). «Chapter 10 Cobalt and Corrinoid Transport and Biochemistry». En Banci, Lucia (Ed.). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences 12. Springer. doi:10.1007/978-94-007-5561-10_10. ISBN 978-94-007-5560-4.  electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 Plantilla:Issn electronic-Plantilla:Issn
  13. a b Heymsfield S, Waki M, Kehayias J, Lichtman S, Dilmanian F, Kamen Y, Wang J, Pierson R (1991). «Chemical and elemental analysis of humans in vivo using improved body composition models». Am J Physiol 261 (2 Pt 1): E190–8. PMID 1872381.