Wat is bio-organische chemie?

Bioinorganische chemie is een tak van anorganische chemie die voornamelijk onderzoek doet naar de interactie van metaalionen met levend weefsel, voornamelijk door hun directe effect op de enzymactiviteit. Naar schatting is een derde van de enzymen en eiwitten in het menselijk lichaam afhankelijk van metaalionen om op verschillende belangrijke manieren goed te functioneren. Deze biologische gebieden gebruiken eiwitten met aanwezige metaalionen om energie over te dragen via elektronen, om zuurstof te transporteren en voor stikstofmetabolisme. Hydrogenase wordt ook beïnvloed door metaalionen in het lichaam, dat een op micro-organismen gebaseerd enzym is dat verantwoordelijk is voor de overdracht van waterstof, evenals alkyltransferasen, enzymen die verantwoordelijk zijn voor de overdracht van alkylchemische groepen tussen moleculen. Er zijn meer dan een dozijn metalen die betrokken zijn bij dergelijke processen, waaronder zink, ijzer en mangaan, waarbij op vitamine gebaseerde metalen elementen ook een belangrijke rol spelen bij dergelijke activiteiten zoals kalium en calcium.

Elke groep metaalionen heeft een selectief aantal functies in de bio-organische chemie. Zowel natrium als kalium werken als elektronenladingsdragers en handhaven een ladingsbalans over permeabele membranen. Magnesium, calcium en zink vervullen structurele rollen op cellulair niveau, en vooral magnesium en zink kunnen het hydrolyseproces katalyseren waarbij verbindingen worden afgebroken in een wateroplossing. Metaalionen zoals molybdeen werken als een stikstoffixator, terwijl ijzer en koper helpen bij het transport van zuurstof. Hoewel dit allemaal belangrijke functies in het lichaam zijn, vereisen de principes van bio-anorganische chemie alleen sporenelementen van metaalionen zoals mangaan, lithium en molybdeen om dit soort functies uit te voeren en een overvloed ervan kan giftig en zelfs dodelijk zijn.

In veel gevallen omvat biochemie voor dieren samenwerkingsinspanningen met bacteriën in het lichaam. Bio-organische chemie vertrouwt op deze symbiotische relatie met voorbeelden zoals de metaalionen van vanadium en molybdeen, omdat ze stikstofbindende bacteriën helpen in het lichaam te functioneren, of op hydrogenase gebaseerde organismen die waterstof transporteren. Hoewel veel van deze metalen via het dieet in het lichaam worden geïntroduceerd of aanwezig zijn in bacteriën, bestaan ​​sommige ook als componenten van metalloproteïnen, dat zijn eiwitmoleculen met natuurlijk gehechte metaalionstructuren.

Afgezien van de natuurlijke fysiologische activiteit van metaalionen in bio-organische chemie, zijn ze ook een onderwerp van studie in farmaceutisch onderzoek. Door metaalionen aan medicijnen te binden, kunnen ze gemakkelijker door het lichaam worden gemetaboliseerd. Deze diversiteit aan functies voor metaalionen resulteert in hun studie door een reeks natuurwetenschappen die in de anorganische chemie werken, van milieuchemie tot toxicologie en gespecialiseerde gebieden zoals enzymologie.