Bioinorganisk kemi | studerar metallernas roll i biologin

Historia

Paul Ehrlich använde organiska arsenikämnen för behandling av syfilis. Detta visade att metaller, eller åtminstone metalloider, är viktiga inom medicinen. Sedan upptäckte Rosenberg cisplatins (cis-PtCl₂ (NH₃ )₂ ) anti-canceraktivitet. Det första protein som någonsin kristalliserades var ureas. Detta har nickel på sin aktiva plats. B-vitamin₁₂ , botemedlet mot perniciös anemi, visades genom kristallografi av Dorothy Hodgkin ha en koboltatom i en corrin makrocykel. Watson-Crick-strukturen för DNA visade den viktiga strukturella roll som fosfatinnehållande polymerer spelar.

Forskningsområden

Några av de områden som intresserar oss inom forskningen är:

• Transport och lagring av metalljoner: Detta omfattar en mängd olika jonkanaler, jonpumpar (t.ex. NaKATPase), vakuoler, sideroforer och andra proteiner och små molekyler vars syfte är att noggrant kontrollera koncentrationen av metalljoner i cellen (ibland kallat metallom).
• Hydrolasenzymer: Dessa omfattar en mängd olika proteiner som interagerar med vatten och substrat. Exempel på denna klass av metallproteiner är kolsyraanhydras, metallfosfataser och metalloproteinaser.
• Metallinnehållande elektronöverföringsproteiner:
• Järn-svavelproteiner som rubredoxiner, ferredoxiner och Rieskeproteiner.
• blå kopparproteiner
• cytokromer
• Syretransport- och aktiveringsproteiner: Dessa använder sig av metaller som järn, koppar och mangan. Hem används av röda blodkroppar i form av hemoglobin för syretransport. Andra syretransportsystem är myoglobin, hemocyanin och hemerythrin. Oxidaser och oxygenaser är metallsystem som finns överallt i naturen och som utnyttjar syre för att utföra viktiga reaktioner, t.ex. energiproduktion. Vissa metallproteiner är utformade för att skydda ett biologiskt system från de potentiellt skadliga effekterna av syre och andra reaktiva syrehaltiga molekyler som väteperoxid. Ett metalloprotein som kompletterar de metalloproteiner som reagerar med syre är klorofyll, som utgör grunden för fotosyntesen. Klorofyll är ett kolringspigment, som liknar andra porfyrinpigment, t.ex. heme. I centrum av klorinringen finns en magnesiumjon. Detta system är en del av det komplexa proteinmaskineri som producerar syre när växter gör fotosyntes.
• Bioorganometalliska system som hydrogenaser och metylkobalamin är biologiska exempel på organometalliska föreningar. Detta område är mer inriktat på encelliga organismers utnyttjande av metaller. Bioorganometalliska föreningar är viktiga inom miljökemin.
• Vägar för kväveomsättning: dessa använder sig av metaller. Nitrogenas är ett av de mer kända metallproteinerna i samband med kväveomsättningen. På senare tid har man undersökt kväveoxidens kardiovaskulära och neuronala betydelse, inklusive enzymet kväveoxidsyntas. (Se även: kväveassimilation.)
• Metaller i medicin: Detta är studiet av utformningen och verkningsmekanismen hos metallhaltiga läkemedel och föreningar som interagerar med endogena metalljoner i enzymernas aktiva platser. Detta mångsidiga område omfattar bland annat cancerläkemedel av platina och ruthenium, kelatbildare, guldläkemedelskapslar och gadoliniumkontrastmedel.
• Inom psykisk hälsa: vissa oorganiska föreningar har visat sig kunna behandla vissa sjukdomar. Litiumkarbonat har till exempel använts för att behandla mani vid bipolär sjukdom.

Mer läsning

• Heinz-Bernhard Kraatz (redaktör), Nils Metzler-Nolte (redaktör), Concepts and Models in Bioinorganic Chemistry, John Wiley and Sons, 2006, ISBN 3-527-31305-2.
• Ivano Bertini, Harry B. Gray, Edward I. Stiefel, Joan Selverstone Valentine, Biological Inorganic Chemistry, University Science Books, 2007, ISBN 1-891389-43-2.
• Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski "Bioorganisk kemi: Biorganisk kemi: Oorganiska element i livets kemi". John Wiley and Sons, 1994, ISBN 0-471-94369-X.
• Ivano Bertini, Harry B. Gray, Stephen J. Lippard, Joan Selverstone Valentine, "Bioinorganic Chemistry", University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-57-1.
• Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-72-5.
• Rosette M. Roat-Malone, Bioinorganic Chemistry : A Short Course, John Wiley & Sons|Wiley-Interscience, 2002, ISBN 0-471-15976-X.
• J.J.R. Fraústo da Silva och R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: The inorganic chemistry of life, 2nd Edition, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850848-4.
• Lawrence Que, Jr., red., Physical Methods in Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 2000, ISBN 1-891389-02-5.