Introducción a la Química Bioinorgánica

Química Bioinorgánica Abarca el estudio de: sistemas y compuestos inorgánicos presentes en tejidos biológicos sistemas inorgánicos (modelos) que simulan o reproducen en forma parcial o total el comportamiento químico de los sistemas naturales la correlación entre la actividad biológica de un sistema inorgánico con las características estructurales, electrónicas y químicas del mismo.

Tabla periódica de los bioelementos Elementos esenciales

Constituyentes mayoritarios

Elementos trazas y ultramicrotrazas

Funciones biológicas de los metales Estructural Activación y transporte de oxígeno Transporte de electrones Catalíticas en procesos redox Catalíticas en reacciones ácido-base y otras

Función estructural Tejidos de sostén: hidroxiapatita cálcica Ca10(PO4)6(OH)2 (fase inorgánica de huesos y dientes), CaCO3 (caparazonas o cubiertas duras) Control de la conformación de la cadena proteica

Activación y transporte de oxígeno

¿Por qué el Fe? Se encuentra en bacterias hasta en el hombre Participa en variedad de sistemas y funciones biológicas Se encuentra complejado con diferentes ligandos: Fe porfirínico Fe no porfirínico

Ligando porfirina Metaloporfirina Porfina Fe-protoporfirina IX (hem)

Características de las porfirinas Anillo planar estable Desprotonado es apto para complejear metales, aún relativamente lábiles Hueco selectivo Uniones pi conjugadas esenciales para la reactividad Provocan configuración de bajo espín Fe y no otro metal: causas cinéticas

Propiedades de complejos Fe(II)-porfirina Fácilmente oxidable Energía de estados de alto y bajo espín cercanas, dependientes de la proteína y de ligandos axiales, además de las porfirinas Complejo: una nueva unidad Naturaleza hidrofóbica de la superficie de las porfirinas Potenciales redox dependen de las proteínas Grupos hem: reguladores celulares del Fe libre

Almacenamiento y transporte de O2: Mb y Hb Mb Hb

Posición del Fe en la deoxi y oxi Hb

Fe(II) (d6) BS + O2 (enlazado) Diagramas de energía Forma de-oxigenada espín alto Forma oxigenada espín bajo Fe(II) (d6) BS + O2 (enlazado) Fe(III) (d5) BS + O2•- (enlazado)

Modelo

Función KMb/O2=[MbO2] / [Mb][O2] KHb/O2= [HbO2] / [Hb][O2]2,8 A- Mb B y C - Hb

Transporte de electrones Iones con diferentes estados de oxidación: Fe(II)/Fe(III), Cu(I)/Cu(II), Mo(IV)/Mo(V)/Mo(VI) Aceptan electrones de un agente más reductor y los transfieren a otro más oxidante Se han detectado estados de oxidación inusuales (Fe(IV), Co(I), Ni(III) )

Catalítica en procesos redox Superóxidodismutasa ENZ-Cu(II) + O2- ENZ-Cu(I) + O2 ENZ-Cu(I) + O2- + 2H+ ENZ-Cu(II) + H2O2 2O2- + 2H+ O2 + H2O2

Catalítica en procesos ácido-base Anhidrasa carbónica: CO2+H2O = H2CO3

Funciones específicas Captación, transporte y acumulación de metales (sideróforos, ferritina, ceruloplasmina) Procesos fotoquímicos (clorofila) Detoxificación de los organismos (metalotioneínas) Sistemas catiónicos que ejercen función de control, regulación y trasmisión

Ferritina Función: depósito de Fe Apoferritina + Fe(III)Ferritina apoferritina·FeIIIO(OH)

CLOROFILA

METALOTIONEINAS

Modelos de transporte Eteres corona dibenzo-30-corona-10 18-corona-6 complejo de K+

Modelos de transporte Criptatos criptato 222 criptato 221

Transporte a través de las membranas biológicas Transporte pasivo: ionóforos canales de iones Transporte activo: bombas

BOMBA DE SODIO 3 Na+(int) + 2 K+(ext) + ATP4- + H2O  3 Na+(ext) + 2 K+(int) + ADP3- + HPO42-+ H+