Was ist Bioanorganische Chemie?
Die bioanorganische Chemie ist ein Zweig der anorganischen Chemie, in dem hauptsächlich untersucht wird, wie Metallionen mit lebendem Gewebe interagieren, hauptsächlich durch ihre direkte Wirkung auf die Enzymaktivität. Es wird geschätzt, dass ein Drittel der Enzyme und Proteine im menschlichen Körper auf Metallionen angewiesen ist, um auf verschiedene Weise richtig zu funktionieren. Diese biologischen Gebiete nutzen Proteine mit vorhandenen Metallionen, um Energie über Elektronen zu übertragen, Sauerstoff zu transportieren und den Stickstoffstoffwechsel zu fördern. Die Hydrogenase wird auch von Metallionen im Körper beeinflusst, einem Enzym auf Mikroorganismenbasis, das für den Transfer von Wasserstoff verantwortlich ist, sowie von Alkyltransferasen, die Enzyme sind, die für den Transfer von alkylchemischen Gruppen zwischen Molekülen verantwortlich sind. Es gibt über ein Dutzend Metalle, die an solchen Prozessen beteiligt sind, einschließlich Zink, Eisen und Mangan, wobei Metallelemente auf Vitaminbasis ebenfalls eine wichtige Rolle bei solchen Aktivitäten wie Kalium und Kalzium spielen.
Jede Gruppe von Metallionen erfüllt einen ausgewählten Funktionsbereich in der bioanorganischen Chemie. Sowohl Natrium als auch Kalium wirken als Elektronenladungsträger und halten ein Ladungsgleichgewicht über durchlässige Membranen aufrecht. Magnesium, Calcium und Zink spielen auf zellulärer Ebene eine strukturelle Rolle, und Magnesium und Zink können insbesondere den Hydrolyseprozess katalysieren, bei dem Verbindungen in einer Wasserlösung abgebaut werden. Metallionen wie Molybdän wirken als Stickstofffixierer, während Eisen und Kupfer den Sauerstofftransport unterstützen. Während dies alles wichtige Funktionen im Körper sind, erfordern die Prinzipien der bioanorganischen Chemie nur Spurenelemente von Metallionen wie Mangan, Lithium und Molybdän, um diese Art von Funktionen zu erfüllen, und eine Überfülle davon kann toxisch und sogar tödlich sein.
In vielen Fällen beinhaltet die Biochemie für Tiere kooperative Anstrengungen mit im Körper vorhandenen Bakterien. Die bioanorganische Chemie stützt sich auf diese Symbiose mit Beispielen wie den Metallionen von Vanadium und Molybdän, da sie dazu beitragen, dass stickstoffbindende Bakterien im Körper funktionieren, oder mit Organismen auf Hydrogenase-Basis, die Wasserstoff transportieren. Während viele dieser Metalle aus der Nahrung in den Körper eingeführt werden oder in Bakterien vorhanden sind, existieren einige auch als Bestandteile von Metalloproteinen, bei denen es sich um Proteinmoleküle mit natürlich gebundenen Metallionenstrukturen handelt.
Neben der natürlichen physiologischen Aktivität von Metallionen in der bioanorganischen Chemie sind sie auch Gegenstand von Studien in der pharmazeutischen Forschung. Durch die Bindung von Metallionen an Medikamente können diese vom Körper leichter metabolisiert werden. Diese Funktionsvielfalt für Metallionen resultiert aus ihrer Untersuchung durch eine Reihe von Naturwissenschaften, die in der anorganischen Chemie von der Umweltchemie über die Toxikologie bis hin zu Fachgebieten wie der Enzymologie arbeiten.