Química bioinorgánica | estudia el papel de los metales en la biología

La química bioinorgánica estudia el papel de los metales en la biología. También estudia fenómenos naturales como el comportamiento de las metaloproteínas y los metales introducidos artificialmente en medicina y toxicología. Muchos procesos biológicos, como la respiración, dependen de algunas moléculas inorgánicas. La química bioinorgánica también incluye el estudio de modelos inorgánicos o miméticos que imitan el funcionamiento de las metaloproteínas.

Es una mezcla de bioquímica y química inorgánica. La química bioinorgánica estudia las implicaciones para la biología de las proteínas de transferencia de electrones, la unión y activación de sustratos, la química de átomos y grupos, así como las propiedades de los metales.

Historia

Paul Ehrlich utilizó los organoarsénicos ("arsenicales") para el tratamiento de la sífilis. Esto demostró la importancia de los metales, o al menos de los metaloides, para la medicina. Luego Rosenberg descubrió la actividad anticancerígena del cisplatino (cis-PtCl₂ (NH₃ )₂ ). La primera proteína cristalizada fue la ureasa. Ésta tiene níquel en su sitio activo. La vitamina B₁₂ , la cura para la anemia perniciosa, fue demostrada por cristalografía por Dorothy Hodgkin que tiene un átomo de cobalto en un macrociclo de corrina. La estructura Watson-Crick para el ADN demostró el papel estructural clave que desempeñan los polímeros que contienen fosfatos.

Áreas de investigación

Algunas áreas de interés en la investigación son:

Transporte y almacenamiento de iones metálicos: abarca un conjunto diverso de canales iónicos, bombas de iones (por ejemplo, la NaKATPasa), vacuolas, sideróforos y otras proteínas y pequeñas moléculas cuyo objetivo es controlar cuidadosamente la concentración de iones metálicos en la célula (a veces denominado metaloma).
Enzimas hidrolasas: incluyen una colección diversa de proteínas que interactúan con el agua y los sustratos. Ejemplos de esta clase de metaloproteínas son la anhidrasa carbónica, las metalofosfatasas y las metaloproteinasas.
Proteínas de transferencia de electrones que contienen metales:

las proteínas hierro-azufre como las rubredoxinas, las ferredoxinas y las proteínas de Rieske
proteínas de cobre azul
citocromos

Proteínas de transporte y activación del oxígeno: utilizan metales como el hierro, el cobre y el manganeso. El hemo es utilizado por los glóbulos rojos en forma de hemoglobina para el transporte de oxígeno. Otros sistemas de transporte de oxígeno son la mioglobina, la hemocianina y la hemeritrina. Las oxidasas y oxigenasas son sistemas metálicos que se encuentran en toda la naturaleza y que aprovechan el oxígeno para llevar a cabo reacciones importantes como la generación de energía. Algunas metaloproteínas están diseñadas para proteger un sistema biológico de los efectos potencialmente dañinos del oxígeno y de otras moléculas reactivas que contienen oxígeno, como el peróxido de hidrógeno. Una metaloproteína complementaria a las que reaccionan con el oxígeno es la clorofila, la base de la fotosíntesis. La clorofila es un pigmento de anillo de carbono, similar a otros pigmentos de porfirina como el hemo. En el centro del anillo de clorina se encuentra un ion de magnesio. Este sistema forma parte de la compleja maquinaria proteica que produce oxígeno cuando las plantas realizan la fotosíntesis.
Los sistemas bioorganometálicos, como las hidrogenasas y la metilcobalamina, son ejemplos biológicos de compuestos organometálicos. Esta área se centra más en la utilización de los metales por parte de los organismos unicelulares. Los compuestos bioorganometálicos son importantes en la química medioambiental.
Las vías del metabolismo del nitrógeno: hacen uso de los metales. La nitrogenasa es una de las metaloproteínas más famosas asociadas al metabolismo del nitrógeno. Más recientemente, se ha examinado la importancia cardiovascular y neuronal del óxido nítrico, incluida la enzima óxido nítrico sintasa. (Véase también: asimilación del nitrógeno).
Los metales en la medicina: es el estudio del diseño y el mecanismo de acción de los productos farmacéuticos que contienen metales, y de los compuestos que interactúan con los iones metálicos endógenos en los sitios activos de las enzimas. Este variado campo incluye los fármacos anticancerígenos de platino y rutenio, los agentes quelantes, las chaperonas farmacológicas de oro y los agentes de contraste de gadolinio.
En salud mental: se ha descubierto que algunos compuestos inorgánicos sirven para tratar ciertos trastornos. Por ejemplo, el carbonato de litio se ha utilizado para tratar la manía en el trastorno bipolar.

Más información

Heinz-Bernhard Kraatz (editor), Nils Metzler-Nolte (editor), 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 "Química bioinorgánica: Los elementos inorgánicos en la química de la vida". 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 y R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: La química inorgánica de la vida, 2ª edición, 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

Química

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Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la química bioinorgánica?

R: La química bioinorgánica es el estudio del papel de los metales en la biología, así como de los fenómenos naturales como el comportamiento de las metaloproteínas y los metales introducidos artificialmente en la medicina y la toxicología. También implica el estudio de modelos inorgánicos o mímicos que imitan el funcionamiento de las metaloproteínas, lo que combina la bioquímica con la química inorgánica.

P: ¿Qué procesos biológicos dependen de algunas moléculas inorgánicas?

R: Muchos procesos biológicos, como la respiración, dependen de algunas moléculas inorgánicas.

P: ¿En qué consiste el estudio de la química bioinorgánica?

R: La química bioinorgánica implica el estudio de las implicaciones para la biología de las proteínas de transferencia de electrones, la unión y activación de sustratos, la química de átomos y grupos, así como las propiedades de los metales.

P: ¿Cómo combina la química bioinorgánica la bioquímica con la química inorgánica?

R: La química bioinorgánica combina la bioquímica con la química inorgánica mediante el estudio de modelos orgánicos o mímicos que imitan el funcionamiento de las metaloproteínas.

P: ¿Cuáles son los ejemplos de fenómenos naturales que estudian los químicos bioinorgánicos?

R: Entre los ejemplos de fenómenos naturales que estudian los químicos bioinorgánicos se encuentran el comportamiento de las metaloproteínas y los metales introducidos artificialmente en medicina y toxicología.

P: ¿Qué tienen que ver las proteínas de transferencia de electrones con la química bioinorgánica?

R: Las proteínas de transferencia de electrones son uno de los aspectos que estudia la química bioinorgánica, junto con la unión y activación de sustratos, la química de átomos y grupos, así como las propiedades de los metales.