Qu'est-ce que la chimie bioinorganique?
La chimie bioinorganique est une branche de la chimie inorganique qui implique de rechercher principalement comment les ions métalliques interagissent avec les tissus vivants, principalement par leur effet direct sur l'activité des enzymes. On estime qu'un tiers des enzymes et des protéines du corps humain dépendent des ions métalliques pour fonctionner correctement de plusieurs manières. Ces zones biologiques utilisent des protéines avec des ions métalliques présents pour transférer de l'énergie via des électrons, pour transporter de l'oxygène et pour le métabolisme de l'azote. L'hydrogénase est également affectée par les ions métalliques présents dans le corps, une enzyme à base de micro-organismes responsable du transfert d'hydrogène, ainsi que par les alkyltransférases, qui sont des enzymes responsables du transfert de groupes chimiques alkylés entre des molécules. Plus d'une douzaine de métaux sont impliqués dans ces processus, notamment le zinc, le fer et le manganèse, les éléments métalliques à base de vitamines jouant également un rôle important dans des activités telles que le potassium et le calcium.
Chaque groupe d'ions métalliques remplit une plage sélectionnée de fonctions en chimie bioinorganique. Le sodium et le potassium agissent à la fois comme porteurs de charge d'électrons et maintiennent un équilibre de charge à travers les membranes perméables. Le magnésium, le calcium et le zinc jouent des rôles structurels au niveau cellulaire. Le magnésium et le zinc en particulier peuvent catalyser le processus d'hydrolyse lorsque les composés sont décomposés dans une solution aqueuse. Les ions métalliques tels que le molybdène agissent comme un fixateur d'azote tandis que le fer et le cuivre facilitent le transport de l'oxygène. Bien que toutes ces fonctions soient importantes dans le corps, les principes de la chimie bioinorganique ne nécessitent que des oligo-éléments en ions métalliques tels que le manganèse, le lithium et le molybdène pour remplir ces types de fonctions; une surabondance de ces fonctions peut être toxique, voire mortelle.
Dans de nombreux cas, la biochimie pour les animaux implique des efforts de coopération avec les bactéries présentes dans le corps. La chimie bioinorganique repose sur cette relation symbiotique avec des exemples tels que les ions métalliques du vanadium et du molybdène, car ils aident les bactéries fixatrices d'azote à fonctionner dans le corps, ou des organismes à base d'hydrogénase qui transportent l'hydrogène. Alors que beaucoup de ces métaux sont introduits dans le corps à partir du régime alimentaire ou sont présents dans les bactéries, certains existent également en tant que composants de métalloprotéines, qui sont des molécules de protéines avec des structures ioniques métalliques naturellement attachées.
En plus de l'activité physiologique naturelle des ions métalliques en chimie bioinorganique, ils font également l'objet d'études en recherche pharmaceutique. La fixation d’ions métalliques aux médicaments peut leur permettre d’être plus facilement métabolisés par le corps. Cette diversité de fonctions des ions métalliques résulte de leur étude par une gamme de sciences naturelles qui travaillent en chimie inorganique, de la chimie de l'environnement à la toxicologie, en passant par des domaines spécialisés comme l'enzymologie.