Co to jest chemia bioinorganiczna?
Chemia bioinorganiczna jest gałęzią chemii nieorganicznej, która obejmuje badania głównie nad tym, jak jony metali oddziałują z żywą tkanką, głównie poprzez ich bezpośredni wpływ na aktywność enzymów. Szacuje się, że jedna trzecia enzymów i białek w ludzkim ciele polega na jonach metali, aby funkcjonować prawidłowo na kilka kluczowych sposobów. Te obszary biologiczne wykorzystują białka z obecnymi jonami metali do przenoszenia energii przez elektrony, transportu tlenu i metabolizmu azotu. Na wodór wpływają również jony metali w organizmie, który jest enzymem opartym na mikroorganizmach odpowiedzialnym za przenoszenie wodoru, a także alkilotransferazy, które są enzymami odpowiedzialnymi za przenoszenie alkilowych grup chemicznych między cząsteczkami. W procesach tych bierze udział kilkanaście metali, w tym cynk, żelazo i mangan, przy czym pierwiastki metaliczne na bazie witamin odgrywają również ważną rolę w takiej aktywności, jak potas i wapń.
Każda grupa jonów metali wykonuje wybrany zakres funkcji w chemii bioinorganicznej. Zarówno sód, jak i potas działają jako nośniki ładunków elektronowych i utrzymują równowagę ładunku na przepuszczalnych błonach. Magnez, wapń i cynk pełnią funkcje strukturalne na poziomie komórkowym, a zwłaszcza magnez i cynk mogą katalizować proces hydrolizy, w którym związki rozkładają się w roztworze wodnym. Jony metali, takie jak molibden, działają jako utrwalacz azotu, a żelazo i miedź pomagają w transporcie tlenu. Chociaż są to wszystkie ważne funkcje w ciele, zasady chemii bioinorganicznej wymagają tylko pierwiastków śladowych jonów metali, takich jak mangan, lit i molibden, aby wykonywać te funkcje, a ich nadmiar może być toksyczny, a nawet śmiertelny.
W wielu przypadkach biochemia zwierząt wymaga współpracy z bakteriami obecnymi w organizmie. Bioinorganiczna chemia opiera się na tej symbiotycznej relacji z przykładami takimi jak jony metalu wanadu i molibdenu, ponieważ pomagają bakteriom wiążącym azot w organizmie lub organizmom opartym na wodorazie, które transportują wodór. Podczas gdy wiele z tych metali jest wprowadzanych do organizmu z diety lub jest obecnych w bakteriach, niektóre istnieją również jako składniki metaloprotein, które są cząsteczkami białka o naturalnie przyłączonych strukturach jonów metali.
Oprócz naturalnej fizjologicznej aktywności jonów metali w chemii bioinorganicznej, są one również przedmiotem badań w badaniach farmaceutycznych. Przyłączanie jonów metali do leków może ułatwić ich metabolizm w organizmie. Ta różnorodność funkcji jonów metali wynika z ich badań przeprowadzonych przez szereg nauk przyrodniczych, które działają w chemii nieorganicznej, od chemii środowiska po toksykologię i specjalistyczne dziedziny, takie jak enzymologia.