La química bioinorgánica es un campo que examina el papel de los metales en la biología . La química bioinorgánica comprende el estudio tanto de los fenómenos naturales como el comportamiento de las metaloproteínas como de los metales introducidos artificialmente, incluidos los no esenciales , en medicina y toxicología . Muchos procesos biológicos , como la respiración , dependen de moléculas que caen dentro del ámbito de la química inorgánica . La disciplina también incluye el estudio de modelos inorgánicos o miméticos que imitan el comportamiento de las metaloproteínas. [1]
Como una mezcla de bioquímica y química inorgánica , la química bioinorgánica es importante para dilucidar las implicaciones de las proteínas de transferencia de electrones , la unión y activación de sustratos, la química de transferencia de átomos y grupos, así como las propiedades de los metales en la química biológica. El desarrollo exitoso de un trabajo verdaderamente interdisciplinario es necesario para avanzar en la química bioinorgánica. [2]
Alrededor del 99% de la masa de los mamíferos son los elementos carbono , nitrógeno , calcio , sodio , cloro , potasio , hidrógeno , fósforo , oxígeno y azufre . [3] Los compuestos orgánicos ( proteínas , lípidos y carbohidratos ) contienen la mayoría del carbono y el nitrógeno y la mayor parte del oxígeno y el hidrógeno están presentes como agua. [3] La colección completa de biomoléculas que contienen metales en uncélula se llama metaloma .
Paul Ehrlich usó organoarsénico ("arsenicales") para el tratamiento de la sífilis , demostrando la relevancia de los metales, o al menos los metaloides, para la medicina, que floreció con el descubrimiento de Rosenberg de la actividad anticancerígena del cisplatino (cis-PtCl 2 (NH 3 ) 2 ). La primera proteína que cristalizó (ver James B. Sumner ) fue la ureasa , que más tarde se demostró que contenía níquel en su sitio activo . Dorothy Crowfoot Hodgkin demostró cristalográficamente que la vitamina B 12 , la cura para la anemia perniciosa , consiste en un cobalto en unmacrociclo corrin . La estructura de Watson-Crick para el ADN demostró el papel estructural clave que desempeñan los polímeros que contienen fosfato.
Se emplea una colección diversa de transportadores (p. ej., la bomba de iones NaKATPase ), vacuolas , proteínas de almacenamiento (p. ej ., ferritina ) y moléculas pequeñas (p. ej ., sideróforos ) para controlar la concentración de iones metálicos y la biodisponibilidad en los organismos vivos. Fundamentalmente, muchos metales esenciales no son fácilmente accesibles para las proteínas aguas abajo debido a la baja solubilidad en soluciones acuosas o la escasez en el entorno celular. Los organismos han desarrollado una serie de estrategias para recolectar y transportar tales elementos mientras limitan su citotoxicidad .
Muchas reacciones en las ciencias de la vida involucran agua y los iones metálicos se encuentran a menudo en los centros catalíticos (sitios activos) de estas enzimas, es decir, se trata de metaloproteínas . A menudo, el agua que reacciona es un ligando (ver complejo acuoso metálico ). Ejemplos de enzimas hidrolasas son la anhidrasa carbónica , las metalofosfatasas y las metaloproteinasas . Los químicos bioinorgánicos buscan comprender y replicar la función de estas metaloproteínas.