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QUÍMICA BIOINORGÁNICA VIDA Ciencias Biológicas NO VIVIENTE Química Inorgánica Procesos biológicos descriptos en términos moleculares. Modelos y teorías.

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1 QUÍMICA BIOINORGÁNICA VIDA Ciencias Biológicas NO VIVIENTE Química Inorgánica Procesos biológicos descriptos en términos moleculares. Modelos y teorías para explicar dichos procesos. Cuál es el objetivo? Correlacionar la actividad biológica con las características estructurales, electrónicas y químicas del sistema. Qué estudia? Compuestos inorgánicos en sistemas biológicos. Sistemas inorgánicos (modelos) para simular los sistemas naturales. A qué se aplica? Medicina, farmacología, veterinaria, ecología, agricultura...

2 OCÉANOS Entorno inorgánico Reacciones catalizadas por metales Origen de la VIDA TIERRA Simulación del medio oceánico Relación de concentración de los elementos sistemas biológicos agua de mar Elementos mayoritarios (1 a 10 2 g) Elementos traza (1 a g) Elementos ultramicrotraza (10 -2 a g) Dudosos: Li, Cd, Sn Selección pór abundancia Elementos livianos

3 industrializacióncontaminación metálica competencia Secuencia Evolutiva (adaptación) V, Cr, Ni Fueron tóxicos? Cd, Sn Serán esenciales? Elemento tóxico Impureza tolerable Elemento útil Elemento Esencial

4 Elemento esencial Ingesta insuficiente deficiencia funcional. El organismo no puede completar su ciclo sin él. Involucrado en los procesos metabólicos. Efecto no logrado por ningún otro elemento. Normal funcionamiento del organismo Balance y equilibrio entre elementos esenciales Diagrama de Bertrand Respuesta fisiológicaDosis (elemento esencial) rango óptimo superviviencia deficiencia toxicidad letalidad

5 METALOBIOMOLÉCULA CENTRO METÁLICO LIGANDO BIOLÓGICO Ácidos de Lewis cationes divalentes: Cu(II), Mg(II), Fe(II), Zn (II) cationes trivalentes: Fe(III), Co(III), V(III). Bases de Lewis Posiciones de coordinación (átomos dadores): O, N, S, Porfirina (porfina sustituída) Restos de aminoácidos de proteínas tirosinahistidinacisteínaaspartato

6 METALOBIOMOLÉCULAS ENZIMAS detoxificación TRANSPORTE, ACUMULACIÓN, ACTIVACIÓN de electrones de metales de O 2 y N 2 óxido reducción ácido- base estructural captación de metales control y regulación Sistemas fotoquímicos PROTEICAS NO PROTEICAS

7 Catálisis de procesos Metal en el sitio activo Ejemplo redox redoxCu SOD: 2O 2 - O O 2 Fe Catalasa: 2 H 2 O 2 H 2 O + O 2 Mo/Fe Nitrogenasa: N 2 + 8H + NH 3 + H 2 ácido base ácido base Zn Anhidrasa carbónica: CO 2 + H 2 0 CO 3 H - + H + otras otras Co Vitamina B 12 : CCHHHR CCHHRH

8 Activación y transporte de oxígeno Activación y transporte de oxígeno Hemoglobina y Mioglobina Grupo HEMO hemo + globina = mioglobina

9 Transporte de electrones Transporte de electrones Metales que pueden presentar distintos estados de oxidación Fe (II)/ Fe(III) – Cu(I)/ CU(II) – Mo(V)/Mo(VI) Ferredoxina 4:4 cede e - Prot-Fe(II) Prot-Fe(III) Prot-Fe(II) Prot-Fe(III) toma e - Detoxificación Detoxificación Metalotioneínas: proteínas con alto contenido se cisteína R-SH + M(II) R-SM M= Hg, Cd

10 Funciones estructurales Tejidos duros (huesos,dientes, uñas, caparazones, etc) Silicatos, fosfatos, SiO 2, CaCO 3 Control de la conformación de la cadena polipeptídica de una proteína Control de la conformación de la cadena polipeptídica de una proteína dedos de Zn (involucrados en la transcripción genética) Control de la configuración del sitio activo. Control de la configuración del sitio activo. Zn (II) en la SOD, Mo en la Nitrogenasa. Clorofila a Sistemas fotoquímicos Fotosíntesis: CO 2 + H 2 O Cn(H 2 O)n + O 2 CO 2 + H 2 O Cn(H 2 O)n + O 2 Energía solar

11 Observaciones generales Ligandos similares pueden asociarse con distintos metales Ligandos similares pueden asociarse con distintos metales y participar en distintas funciones Un mismo metal puede participar en distintas funciones Un mismo metal puede participar en distintas funcionesFe Activación y transporte de oxígeno Transporte de electrones Una misma metalobiomolécula puede desempeñar Una misma metalobiomolécula puede desempeñar más de una función más de una funciónnitrogenasa Catálisis de proceso redox Activación de N 2 porfirinas corrina Mg clorofila Fe hemoglobina, mioglobina Co vitamina B 12

12 Características de las metalobiomoléculas eficiencia selectividad irreemplazabilidad

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15 METALOENZIMAS : metal =sitio activo T2T1 Energía N (T) Ea (s/c) Ea (c)


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