Бионеорганическая химия

История

Пауль Эрлих использовал арсеналорганические вещества ("арсеникалы") для лечения сифилиса. Это продемонстрировало значимость металлов или, по крайней мере, металлоидов для медицины. Затем Розенберг обнаружил противораковую активность цисплатина (цис-PtCl₂(NH₃)₂). Первым кристаллизованным белком была уреаза. В его активном участке находится никель. Витамин B₁₂, лекарство от пернициозной анемии, как показала кристаллография Дороти Ходжкин, имеет атом кобальта в макроцикле коррина. Структура Уотсона-Крика для ДНК продемонстрировала ключевую структурную роль фосфатсодержащих полимеров.

Области исследований

Некоторые области исследований представляют интерес:

• Транспорт и хранение ионов металлов: охватывает разнообразную коллекцию ионных каналов, ионных насосов (например, NaKATPase), вакуолей, сидерофоров и других белков и малых молекул, целью которых является тщательный контроль концентрации ионов металлов в клетке (иногда называемых металломером).
• Гидролазные ферменты: к ним относится разнообразный набор белков, которые взаимодействуют с водой и субстратами. Примерами этого класса металлопротеинов являются карбоновая ангидраза, металлофосфатазы и металлопротеиназы.
• Металлсодержащие белки переноса электронов:
• железо-серные белки, такие как рубредоксины, ферредоксины и белки Риске
• белки синей меди
• цитохромы
• Белки транспорта и активации кислорода: в них используются такие металлы, как железо, медь и марганец. Гем используется эритроцитами в форме гемоглобина для транспорта кислорода. Другие системы транспорта кислорода включают миоглобин, гемоцианин и гемеритрин. Оксидазы и оксигеназы - это металлические системы, встречающиеся в природе, которые используют кислород для осуществления важных реакций, таких как выработка энергии. Некоторые металлопротеины предназначены для защиты биологических систем от потенциально вредного воздействия кислорода и других реактивных кислородсодержащих молекул, таких как перекись водорода. Дополнительным металлопротеином к тем, которые реагируют с кислородом, является хлорофилл, основа фотосинтеза. Хлорофилл - это пигмент с углеродным кольцом, подобный другим порфириновым пигментам, таким как гема. В центре хлоринового кольца находится ион магния. Эта система является частью сложного белкового механизма, который производит кислород в процессе фотосинтеза растений.
• Биоорганометаллические системы, такие как гидрогеназы и метилкобаламин, являются биологическими примерами металлоорганических соединений. Эта область в большей степени сосредоточена на использовании металлов одноклеточными организмами. Биоорганометаллические соединения играют важную роль в химии окружающей среды.
• Пути метаболизма азота: в них используются металлы. Нитрогеназа является одним из наиболее известных металлопротеинов, связанных с метаболизмом азота. В последнее время изучается значение оксида азота для сердечно-сосудистой системы и нейронов, включая фермент синтазу оксида азота. (См. также: усвоение азота).
• Металлы в медицине: это изучение дизайна и механизма действия металлосодержащих фармацевтических препаратов, а также соединений, взаимодействующих с эндогенными ионами металлов в активных сайтах ферментов. Эта разнообразная область включает противораковые препараты платины и рутения, хелатные агенты, золотые шапероны для лекарств и гадолиниевые контрастные агенты.
• В психическом здоровье: некоторые неорганические соединения были признаны способными лечить определенные расстройства. Например, карбонат лития используется для лечения мании при биполярном расстройстве.