Chimica bioinorganica

Storia

Paul Ehrlich ha usato organoarsenici ("arsenicali") per il trattamento della sifilide. Questo dimostrò l'importanza dei metalli, o almeno dei metalloidi, per la medicina. Poi Rosenberg scoprì l'attività anticancro del cisplatino (cis-PtCl2(NH3)₂). La prima proteina mai cristallizzata fu l'ureasi. Questa ha il nichel nel suo sito attivo. La vitamina B12, la cura per l'anemia perniciosa, fu dimostrata dalla cristallografia di Dorothy Hodgkin per avere un atomo di cobalto in un macrociclo di corrina. La struttura Watson-Crick del DNA ha dimostrato il ruolo strutturale chiave giocato dai polimeri contenenti fosfati.

Aree di ricerca

Alcune aree di interesse nella ricerca sono:

• Trasporto e immagazzinamento di ioni metallici: questo copre una collezione diversificata di canali ionici, pompe ioniche (ad esempio NaKATPase), vacuoli, siderofori, e altre proteine e piccole molecole il cui scopo è quello di controllare attentamente la concentrazione di ioni metallici nella cellula (a volte indicato come metalloma).
• Enzimi idrolasi: questi includono una collezione diversificata di proteine che interagiscono con l'acqua e i substrati. Esempi di questa classe di metalloproteine sono l'anidrasi carbonica, le metallofosfatasi e le metalloproteinasi.
• Proteine di trasferimento di elettroni contenenti metalli:
• proteine ferro-zolfo come rubredoxine, ferredoxine e proteine di Rieske
• proteine di rame blu
• citocromi
• Proteine di trasporto e attivazione dell'ossigeno: fanno uso di metalli come il ferro, il rame e il manganese. L'eme è utilizzato dai globuli rossi sotto forma di emoglobina per il trasporto di ossigeno. Altri sistemi di trasporto dell'ossigeno includono la mioglobina, l'emocianina e l'emeritrina. Le ossidasi e le ossigenasi sono sistemi metallici che si trovano in tutta la natura e che sfruttano l'ossigeno per realizzare importanti reazioni come la generazione di energia. Alcune metalloproteine sono progettate per proteggere un sistema biologico dagli effetti potenzialmente dannosi dell'ossigeno e di altre molecole reattive contenenti ossigeno come il perossido di idrogeno. Una metalloproteina complementare a quelle che reagiscono con l'ossigeno è la clorofilla, la base della fotosintesi. La clorofilla è un pigmento ad anello di carbonio, simile ad altri pigmenti porfirinici come l'eme. Al centro dell'anello di clorina c'è uno ione di magnesio. Questo sistema fa parte del complesso macchinario proteico che produce ossigeno quando le piante fanno la fotosintesi.
• I sistemi bioorganometallici come le idrogenasi e la metilcobalamina sono esempi biologici di composti organometallici. Quest'area è più focalizzata sull'utilizzo dei metalli da parte di organismi unicellulari. I composti bioorganometallici sono significativi nella chimica ambientale.
• Le vie del metabolismo dell'azoto: queste fanno uso di metalli. La nitrogenasi è una delle metalloproteine più famose associate al metabolismo dell'azoto. Più recentemente, è stata esaminata l'importanza cardiovascolare e neuronale dell'ossido nitrico, compreso l'enzima ossido nitrico sintasi. (Vedi anche: assimilazione dell'azoto).
• Metalli in medicina: questo è lo studio della progettazione e del meccanismo d'azione dei farmaci contenenti metallo, e composti che interagiscono con ioni metallici endogeni nei siti attivi degli enzimi. Questo campo diversificato include i farmaci anticancro al platino e al rutenio, gli agenti chelanti, i chaperon farmacologici in oro e gli agenti di contrasto al gadolinio.
• Nella salute mentale: alcuni composti inorganici sono stati trovati per trattare alcuni disturbi. Per esempio, il carbonato di litio è stato usato per trattare la mania nel disturbo bipolare.