Bioinorganisk kemi | studerer metallernes rolle i biologien

Historie

Paul Ehrlich brugte organoarsenikaler ("arsenikaler") til behandling af syfilis. Dette viste metallernes, eller i det mindste metalloidernes, relevans for lægevidenskaben. Derefter opdagede Rosenberg cisplatin (cis-PtCl₂ (NH )₃₂ ) som kræftbekæmpende stof. Det første protein, der nogensinde blev krystalliseret, var urease. Dette har nikkel på sit aktive sted. B-vitamin₁₂ , der er et middel mod perniciøs anæmi, blev ved hjælp af krystallografi af Dorothy Hodgkin vist at have et koboltatom i en corrin-makrocyklus. Watson-Crick-strukturen for DNA viste den centrale strukturelle rolle, som fosfatholdige polymerer spiller.

Forskningsområder

Nogle af de områder, der er af interesse for forskning, er:

• Transport og lagring af metalioner: Dette omfatter en bred vifte af ionkanaler, ionpumper (f.eks. NaKATPase), vacuoler, siderophorer og andre proteiner og små molekyler, hvis formål er at kontrollere koncentrationen af metalioner i cellen (undertiden benævnt metallom).
• Hydrolaseenzymer: Disse omfatter en bred vifte af proteiner, der interagerer med vand og substrater. Eksempler på denne klasse af metalloproteiner er kulsyreanhydrase, metallofosfataser og metalloproteinaser.
• Metalholdige elektronoverførselsproteiner:
• jern-svovlproteiner som rubredoxiner, ferredoxiner og Rieske-proteiner
• blå kobberproteiner
• cytokromer
• Oxygen transport- og aktiveringsproteiner: Disse gør brug af metaller som jern, kobber og mangan. Hæm anvendes af røde blodlegemer i form af hæmoglobin til ilttransport. Andre ilttransportsystemer omfatter myoglobin, hæmocyanin og hæmerythrin. Oxidaser og oxygenaser er metalsystemer, der findes overalt i naturen, og som udnytter ilt til at udføre vigtige reaktioner som f.eks. energiproduktion. Nogle metalloproteiner er designet til at beskytte et biologisk system mod de potentielt skadelige virkninger af ilt og andre reaktive iltholdige molekyler som f.eks. hydrogenperoxid. Et metalloprotein, der supplerer de metalloproteiner, der reagerer med ilt, er klorofyl, der er grundlaget for fotosyntesen. Klorofyl er et kulstofringspigment, der ligner andre porphyrinpigmenter som f.eks. hæm. I midten af klorinringen er der en magnesiumion. Dette system er en del af det komplekse proteinmaskineri, der producerer ilt, når planter laver fotosyntese.
• Bioorganometalliske systemer såsom hydrogenaser og methylcobalamin er biologiske eksempler på organometalliske forbindelser. Dette område er mere fokuseret på unicellulære organismers udnyttelse af metaller. Bioorganometalliske forbindelser har stor betydning for miljøkemien.
• Kvælstofmetabolismeveje: Disse gør brug af metaller. Nitrogenase er et af de mere berømte metalloproteiner, der er forbundet med kvælstofmetabolismen. På det seneste har man undersøgt nitrogenoxidets kardiovaskulære og neuronale betydning, herunder enzymet nitrogenoxidsyntase. (Se også: kvælstofassimilation.)
• Metaller i medicin: Dette er studiet af udformningen og virkningsmekanismen af metalholdige lægemidler og forbindelser, der interagerer med endogene metalioner i enzymernes aktive steder. Dette forskelligartede område omfatter platin- og rutheniummidler mod kræft, chelaterende midler, guldlægemidler og gadoliniumkontrastmidler.
• Inden for mental sundhed: Nogle uorganiske forbindelser har vist sig at kunne behandle visse lidelser. F.eks. er lithiumcarbonat blevet anvendt til behandling af mani ved bipolar lidelse.

Mere læsning

• Heinz-Bernhard Kraatz (redaktør), Nils Metzler-Nolte (redaktør), 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 "Bioinorganisk kemi: Bioorganisk kemi: Uorganiske elementer i livskemien." 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.R. Fraústo da Silva og R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: The inorganic chemistry of life, 2. udgave, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850848-4
• Lawrence Que, Jr., ed., Physical Methods in Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 2000, ISBN 1-891389-02-5