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

Simulación del medio oceánico OCÉANOS Entorno inorgánico Origen de la VIDA TIERRA Simulación del medio oceánico OCÉANOS Entorno inorgánico Reacciones catalizadas por metales Relación de concentración de los elementos sistemas biológicos  agua de mar Elementos mayoritarios (1 a 102 g) Elementos traza (1 a 10-1 g) Elementos ultramicrotraza (10-2 a 10-4 g) Dudosos: Li, Cd, Sn Selección pór abundancia Elementos livianos

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

Respuesta fisiológica Dosis (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 fisiológica Dosis (elemento esencial) rango óptimo superviviencia deficiencia toxicidad letalidad

Restos de aminoácidos de proteínas 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 tirosina histidina cisteína aspartato

METALOBIOMOLÉCULAS PROTEICAS NO PROTEICAS ENZIMAS detoxificación TRANSPORTE, ACUMULACIÓN, ACTIVACIÓN estructural captación de metales control y regulación Sistemas fotoquímicos óxido reducción ácido- base de electrones de metales de O2 y N2

Catálisis de procesos Metal en el sitio activo Ejemplo redox Cu SOD: 2O2- O22- + O2 Fe Catalasa: 2 H2O2 H2O + O2 Mo/Fe Nitrogenasa: N2 + 8H+ NH3 + H2 Zn Anhidrasa carbónica: CO2 + H20 CO3H- + H+ ácido base Co Vitamina B12: C H R otras

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

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) toma e- Detoxificación Metalotioneínas: proteínas con alto contenido se cisteína R-SH + M(II) R-S—M M= Hg, Cd

Funciones estructurales Tejidos duros (huesos,dientes, uñas, caparazones, etc) Silicatos, fosfatos, SiO2, CaCO3 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. Zn (II) en la SOD, Mo en la Nitrogenasa. Clorofila a Sistemas fotoquímicos Fotosíntesis: CO2 + H2O Cn(H2O)n + O2 Energía solar

Observaciones generales Un mismo metal puede participar en distintas funciones Fe Activación y transporte de oxígeno Transporte de electrones Una misma metalobiomolécula puede desempeñar más de una función nitrogenasa Catálisis de proceso redox Activación de N2 Ligandos similares pueden asociarse con distintos metales y participar en distintas funciones porfirinas corrina Mg clorofila Fe hemoglobina, mioglobina Co vitamina B12

Características de las metalobiomoléculas eficiencia selectividad irreemplazabilidad

METALOENZIMAS : metal =sitio activo Ea (c) Ea (s/c) T2 T1 Energía N (T)