Что такое биоорганическая химия?

Биоинорганическая химия - это отрасль неорганической химии, которая включает в себя исследование, главным образом, того, как ионы металлов взаимодействуют с живой тканью, главным образом посредством их прямого воздействия на активность фермента. Подсчитано, что треть ферментов и белков в организме человека полагаются на ионы металлов для правильного функционирования несколькими ключевыми способами. Эти биологические области используют белки с ионами металлов для передачи энергии с помощью электронов, для транспорта кислорода и для метаболизма азота. На гидрогеназу также влияют ионы металлов в организме, которые представляют собой фермент на основе микроорганизмов, ответственных за перенос водорода, а также алкилтрансферазы, которые являются ферментами, ответственными за перенос алкильных химических групп между молекулами. Существует более десятка металлов, которые участвуют в таких процессах, включая цинк, железо и марганец, причем металлические элементы на основе витаминов также играют важную роль в такой деятельности, как калий и кальций.

Каждая группа ионов металлов выполняет ряд функций в биоорганической химии. Как натрий, так и калий действуют как носители электронного заряда и поддерживают баланс заряда через проницаемые мембраны. Магний, кальций и цинк выполняют структурные функции на клеточном уровне, а магний и цинк, в частности, могут катализировать процесс гидролиза, когда соединения разлагаются в водном растворе. Ионы металлов, такие как молибден, действуют как фиксатор азота, тогда как железо и медь помогают в транспортировке кислорода. Хотя все это важные функции организма, принципы биоорганической химии требуют, чтобы микроэлементы, такие как марганец, литий и молибден, использовали только микроэлементы для выполнения этих функций, а их переизбыток может быть токсичным и даже смертельным.

Во многих случаях биохимия для животных включает совместные усилия с бактериями, присутствующими в организме. Биоинорганическая химия опирается на эту симбиотическую связь с примерами, такими как ионы металлов ванадия и молибдена, поскольку они помогают азотфиксирующим бактериям функционировать в организме, или организмами на основе гидрогеназы, которые транспортируют водород. Хотя многие из этих металлов вводятся в организм из рациона или присутствуют в бактериях, некоторые из них существуют также в виде компонентов металлопротеинов, которые представляют собой белковые молекулы с естественно присоединенными структурами ионов металлов.

Помимо естественной физиологической активности ионов металлов в биоорганической химии, они также являются предметом изучения в фармацевтических исследованиях. Присоединение ионов металлов к лекарствам может помочь им быстрее усваиваться организмом. Это разнообразие функций для ионов металлов приводит к их изучению рядом естественных наук, которые работают в области неорганической химии от химии окружающей среды до токсикологии и специализированных областей, таких как энзимология.