Бионеорганическая химия — это область, изучающая роль металлов в биологии . Бионеорганическая химия включает в себя изучение как природных явлений, таких как поведение металлопротеинов , так и искусственно введенных металлов, в том числе заменимых , в медицине и токсикологии . Многие биологические процессы , такие как дыхание , зависят от молекул, относящихся к сфере неорганической химии . Дисциплина также включает изучение неорганических моделей или имитаторов, имитирующих поведение металлопротеинов. [1]
Как смесь биохимии и неорганической химии , бионеорганическая химия важна для выяснения значения белков -переносчиков электронов , связывания и активации субстрата, химии переноса атомов и групп, а также свойств металлов в биологической химии. Успешное развитие действительно междисциплинарной работы необходимо для развития бионеорганической химии. [2]
Около 99% массы млекопитающих составляют элементы углерод , азот , кальций , натрий , хлор , калий , водород , фосфор , кислород и сера . [3] Органические соединения ( белки , липиды и углеводы ) содержат большую часть углерода и азота, а большая часть кислорода и водорода присутствует в виде воды. [3] Вся коллекция металлосодержащих биомолекул вклетка называется металломом .
Пауль Эрлих использовал мышьякорганические («мышьяковые соединения») для лечения сифилиса , продемонстрировав значимость металлов или, по крайней мере, металлоидов для медицины, которая расцвела с открытием Розенбергом противораковой активности цисплатина (цис-PtCl 2 (NH 3 ) 2 ). Первым когда-либо кристаллизованным белком (см. Джеймса Б. Самнера ) была уреаза , которая, как позже выяснилось, содержала никель в своем активном центре . Кристаллографически Дороти Кроуфут Ходжкин показала, что витамин B 12 , лекарство от пернициозной анемии , состоит из кобальта вкорриновый макроцикл. Структура ДНК Уотсона-Крика продемонстрировала ключевую структурную роль фосфатсодержащих полимеров.
Разнообразный набор переносчиков (например, ионный насос NaKATPase ), вакуоли , запасные белки (например , ферритин ) и небольшие молекулы (например , сидерофоры ) используются для контроля концентрации и биодоступности ионов металлов в живых организмах. Важно отметить, что многие незаменимые металлы труднодоступны для нижестоящих белков из-за низкой растворимости в водных растворах или дефицита в клеточной среде. Организмы разработали ряд стратегий для сбора и транспортировки таких элементов при ограничении их цитотоксичности .
Во многих реакциях в науках о жизни участвует вода, и ионы металлов часто находятся в каталитических центрах (активных центрах) этих ферментов, т.е. это металлопротеины . Часто реагирующая вода является лигандом (см. аквакомплекс металла ). Примерами гидролазных ферментов являются карбоангидраза , металлофосфатазы и металлопротеиназы . Бионеорганические химики стремятся понять и воспроизвести функцию этих металлопротеинов.