Química bioinorgânica

A química bioinorgânica estuda o papel dos metais na biologia. Ela também estuda fenômenos naturais como o comportamento de metaloproteínas e metais introduzidos artificialmente na medicina e na toxicologia. Muitos processos biológicos, como a respiração, dependem de algumas moléculas inorgânicas. A química bioinorgânica também inclui o estudo de modelos inorgânicos ou mímicas que imitam a maneira como as metaloproteínas funcionam.

É uma mistura de bioquímica e química inorgânica. A bioquímica inorgânica estuda as implicações para a biologia das proteínas de transferência de elétrons, ligantes e ativação do substrato, átomo e química de grupo, bem como as propriedades dos metais.

História

Paul Ehrlich usou organoarsênico ("arsenicals") para o tratamento da sífilis. Isto demonstrou a relevância dos metais, ou pelo menos dos metalóides, para a medicina. Então Rosenberg descobriu a atividade anticancerígena da cisplatina (cis-PtCl2(NH3)2). A primeira proteína já cristalizada foi a urease. Esta tem níquel em seu local ativo. A vitamina B12, a cura para a anemia perniciosa, foi mostrada pela cristalografia de Dorothy Hodgkin para ter um átomo de cobalto em um macrociclo de corrina. A estrutura Watson-Crick para DNA demonstrou o papel estrutural fundamental desempenhado pelos polímeros contendo fosfato.

Áreas de pesquisa

Algumas áreas de interesse em pesquisa são:

  • Transporte e armazenamento de íons metálicos: abrange uma coleção diversificada de canais de íons, bombas de íons (por exemplo, NaKATPase), vacúolos, sideróforos e outras proteínas e pequenas moléculas cujo objetivo é controlar cuidadosamente a concentração de íons metálicos na célula (às vezes chamados de metallome).
  • Enzimas hidrolase: estas incluem uma coleção diversificada de proteínas que interagem com a água e substratos. Exemplos desta classe de metaloproteínas são a anidrase carbônica, as metalofosfatases e as metaloproteinases.
  • Proteínas de transferência de elétrons contendo metais:
    • proteínas de ferro-enxofre, como rubredoxinas, ferredoxinas e proteínas Rieske
    • proteínas de cobre azul
    • citocromos
  • Transporte de oxigênio e proteínas de ativação: estas fazem uso de metais como ferro, cobre e manganês. O hemoglobina é utilizado pelos glóbulos vermelhos sob a forma de hemoglobina para o transporte de oxigênio. Outros sistemas de transporte de oxigênio incluem a mioglobina, a hemocianina e a hemeritrina. Oxidases e oxigenases são sistemas metálicos encontrados em toda a natureza que aproveitam o oxigênio para realizar reações importantes, como a geração de energia. Algumas metaloproteínas são projetadas para proteger um sistema biológico dos efeitos potencialmente nocivos do oxigênio e de outras moléculas reativas contendo oxigênio, como o peróxido de hidrogênio. Uma metaloproteína complementar àquelas que reagem com o oxigênio é a clorofila, a base da fotossíntese. A clorofila é um pigmento de anel de carbono, semelhante a outros pigmentos de porfirina, como o heme. No centro do anel de clorofila está um íon de magnésio. Este sistema faz parte da complexa maquinaria proteica que produz oxigênio à medida que as plantas fazem a fotossíntese.
  • Sistemas bioorganometálicos, como hidrogenases e metilcobalamina, são exemplos biológicos de compostos organometálicos. Esta área é mais focada na utilização de metais por organismos unicelulares. Os compostos bio-organometálicos são significativos na química ambiental.
  • Os caminhos do metabolismo do nitrogênio: estes fazem uso de metais. A nitrogenase é uma das mais famosas metaloproteínas associadas ao metabolismo do nitrogênio. Mais recentemente, foi examinada a importância cardiovascular e neuronal do óxido nítrico, incluindo a enzima óxido nítrico sintetase. (Veja também: assimilação de nitrogênio).
  • Metais em medicina: este é o estudo do projeto e do mecanismo de ação de fármacos contendo metais, e compostos que interagem com íons metálicos endógenos em locais ativos enzimáticos. Este campo diversificado inclui os medicamentos anti-cancerígenos platina e rutênio, agentes quelantes, chaperones de ouro e agentes de contraste gadolínico.
  • Na saúde mental: alguns compostos inorgânicos foram encontrados para tratar certos distúrbios. Por exemplo, o carbonato de lítio tem sido usado para tratar mania em transtorno bipolar.

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