Che cos'è la chimica bioinorganica?
La chimica bioinorganica è una branca della chimica inorganica che prevede la ricerca su come gli ioni metallici interagiscono con i tessuti viventi, principalmente attraverso il loro effetto diretto sull'attività degli enzimi. Si stima che un terzo degli enzimi e delle proteine nel corpo umano faccia affidamento sugli ioni metallici per funzionare correttamente in diversi modi chiave. Queste aree biologiche utilizzano proteine con ioni metallici presenti per trasferire energia attraverso gli elettroni, per trasportare ossigeno e per il metabolismo dell'azoto. L'idrogenasi è anche influenzata dagli ioni metallici nel corpo, che è un enzima a base di microrganismi responsabile del trasferimento di idrogeno, nonché delle alchiltransferasi, che sono enzimi responsabili del trasferimento di gruppi chimici alchilici tra le molecole. Ci sono oltre una dozzina di metalli coinvolti in tali processi, tra cui zinco, ferro e manganese, con elementi metallici a base di vitamina che svolgono anche ruoli importanti in tali attività come il potassio e il calcio.
Ogni gruppo di ioni metallici svolge una gamma selezionata di funzioni in chimica bioinorganica. Sia il sodio che il potassio agiscono come portatori di carica elettronica e mantengono un equilibrio di carica attraverso le membrane permeabili. Il magnesio, il calcio e lo zinco svolgono ruoli strutturali a livello cellulare e in particolare il magnesio e lo zinco possono catalizzare il processo di idrolisi in cui i composti vengono scomposti in una soluzione acquosa. Gli ioni metallici come il molibdeno agiscono come fissatori di azoto mentre ferro e rame aiutano nel trasporto di ossigeno. Mentre queste sono tutte funzioni importanti nel corpo, i principi della chimica bioinorganica richiedono solo oligoelementi di ioni metallici come manganese, litio e molibdeno per svolgere questi tipi di funzioni e una loro sovrabbondanza può essere tossica e persino letale.
In molti casi, la biochimica per gli animali comporta sforzi cooperativi con i batteri presenti nel corpo. La chimica bioinorganica si basa su questa relazione simbiotica con esempi come gli ioni metallici di vanadio e molibdeno, poiché aiutano i batteri che fissano l'azoto a funzionare nel corpo o gli organismi a base di idrogenasi che trasportano idrogeno. Mentre molti di questi metalli sono introdotti nel corpo dalla dieta o sono presenti nei batteri, alcuni esistono anche come componenti delle metalloproteine, che sono molecole proteiche con strutture di ioni metallici attaccate naturalmente.
Oltre alla naturale attività fisiologica degli ioni metallici nella chimica bioinorganica, sono anche oggetto di studio nella ricerca farmaceutica. Collegare gli ioni metallici ai farmaci può consentire loro di essere più facilmente metabolizzati dall'organismo. Questa diversità di funzioni per gli ioni metallici si traduce nel loro studio attraverso una serie di scienze naturali che lavorano nella chimica inorganica dalla chimica ambientale alla tossicologia e campi specializzati come l'enzimologia.