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Idrogeno
Ossigeno
Azoto
Carbonio
Fosforo
Zolfo
Chimica Inorganica Biologica Introduzione
Carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno,
fosforo e zolfo sono i costituenti di tutti i
componenti della cellula: proteine, acidi
nucleici, lipidi, membrane, zuccheri,
metaboliti. La chimica di questi sei
elementi e dei loro composti è oggetto
della biochimica classica.
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Chimica Inorganica Biologica Introduzione
Tuttavia, perché ci sia vita è necessaria la presenza
di un'altra ventina di elementi, storicamente
considerati non-bio e quindi inorganici.
elementi più abbondanti
elementi in tracce essenziali per batteri, piante e animali
elementi in tracce essenziali solo per alcune specie
Metalli presenti negli enzimi
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Chimica Inorganica Biologica Introduzione
abbondanza
ruolo
tossicità
Mo 1-2 ppm in rocce, terreno, piante, animali marini e
terrestri
Fe 5% in rocce, 0.02-0.04% in piante ed animali.
V Le ascidie concentrano il vanadio dall’acqua del mare per
diversi ordini di
grandezza attraverso una proteina. Il ruolo è tuttavia
sconosciuto.
Se Un elemento essenziale per i mammiferi: una carenza provoca
la cosiddetta
"malattia del muscolo bianco", se in eccesso causa capelli
fragili, unghie
deformate, eruzioni, gonfiore cutaneo e provoca avvelenamento
negli animali
che si nutrono di Astragalus piante che concentrano il Se dal
suolo.
NaCl Gli organismi marini vivono ad una concentrazione 0.6 M
di
NaCl, tossica per ipertonicità per gli organismi terrestri.
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Ione Raggio ionico Densità di carica Numeri di coordinazione
Interno della cellula (mM)
Esterno della cellula (mM)
Na+ 0.95 1.05 sei 12 145
K+ 1.33 0.75 sei e otto 140 5
Mg2+ 0.65 6.15 sei 30 1
Ca2+ 0.99 4.04 sei e otto 1 4
Chimica Inorganica Biologica I metalli del blocco s
Na Importante nel funzionamento dei nervi è il catione
principale dei fluidi extracellulari negli animali.
Ha un ruolo fondamentale nei processi osmotici e nei potenziali
di membrana. In particolare attiva la Na+-
ATPasi. È letale a concentrazioni molto elevate (3g/Kg).
K Importante per tutti gli organismi ad eccezione di alcune
alghe. Ha un ruolo fondamentale nella
trasmissione degli impulsi nervosi. È il catione principale dei
fluidi intracellulari negli animali. Ha un ruolo
fondamentale nei processi osmotici e nei potenziali di membrana.
In particolare attiva la K+-ATPasi e la
piruvato fosfochinasi. È letale se iniettato in vena.
Ca Essenziale per tutti gli organismi in quanto costituente
nelle pareti cellulari, ossa e conchiglie,
Importante negli equilibri elettrochimici ed ormonali e come
trasportatore di carica. È coinvolto nella
coagulazione del sangue. È innocuo a concentrazioni anche molto
elevate.
Mg Essenziale per tutti gli organismi ed è presente in tutte le
clorofille. Importante negli equilibri
elettrochimici e di attivazione degli enzimi (fosfotransferrasi,
fosfoidrasi, DNA polimerasi). È innocuo a
concentrazioni anche molto elevate. È fondamentale per il
funzionamento dell’ATPasi favorendo il
trasferimento di un fosforile.
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Chimica Inorganica Biologica I metalli di transizione
Gli elementi di transizione (MT)
presentano i gusci d o f
parzialmente occupati nello
stato elementare o nelle forme
ossidate.
V Importante nei processi metabolici (fissazione dell'azoto;
ossidasi). Essenziale per le ascidie, per i
pulcini ed i ratti. Carenze determinano crescita ridotta e
deterioramento nel metabolismo di denti ed ossa. La
carenza può essere legata a malattie renali. Tossico in quantità
superiori al fabbisogno giornaliero (0.1-0.3
mg/die). Un eccesso è associato a sindromi
maniaco-depressive
Cr Importante nei processi metabolici in particolare degli
zuccheri: aumenta l’efficacia dell’insulina ed
è fondamentale nei malati di diabete. Presente nel sangue dove
trasporta le proteine insieme al ferro. Ha un
ruolo nella sintesi delle proteine attraverso legami con le
molecole di RNA. Moderatamente tossico come CrIII
è assai tossico e cancerogeno nel suo stato di ossidazione
CrVI.
Mn Essenziale per tutti gli organismi vegetali (fotosintesi) e
animali per o sviluppo osseo, attiva
numerosi enzimi, e favorisce l’efficienza muscolare. La sua
carenza provoca malformazioni ossee. È
coinvolto nel metabolismo di proteine e zuccheri. È
discretamente tossico.
Fe Essenziale per tutti gli organismi.
Fe (eme) Emoglobina, perossidasi, catalisi, citocromo P-450,
citocromo c, triptofano diossigenasi, nitrito
riduttasi.
Fe Pirocatecasi, ferredossina, emeritrina, transferrina,
aconitasi, nitrogenasi.
Tossico solo se presente in forte eccesso (emocromatosi).
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Chimica Inorganica Biologica I metalli di transizione
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Co Essenziale per gli organismi viventi. Attiva numerosi enzimi:
glutammato mutasi, diol-deidrasi,
metionina sintetasi, dipeptidasi. Vitamina B12. Molto tossico
per le piante e letale se iniettato in vena.
Ni Oligoelemento essenziale. Ha un ruolo attivo in diverse
idrogenasi e nelle uree delle piante.
Carenze determinano indebolimento delle funzioni epatiche e
morfologiche. Stabilizza i ribosomi ad elica.
Molto tossico per tutti gli organismi viventi. Cancerogeno.
Cu Essenziale per tutti gli organismi in quanto costituente di
enzimi redox e dell’emocianina. Ha un
ruolo fondamentale in enzimi e processi quali tirosinasi, ammina
ossidasi, laccasi, ascorbato ossidasi,
ceruloplasmina, superossido dismutasi, plastocianina, nitrito
riduttasi.
Zn Essenziale per tutti gli organismi ed è presente in più di 70
enzimi diversi (anidrasi carbonica,
carbossipeptidasi. Stabilizza i ribosomi ad elica (DNA
polimerasi). Riveste ruoli importanti nello sviluppo
sessuale e nella riproduzione. Tossico.
Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
Mo Essenziale per tutti gli organismi viventi. Costituente degli
enzimi usati per la fissazione dell’azoto
(nitrogenasi) e con la riduzione dei nitrati (nitrato
riduttasi), e in altri enzimi quali xantina ossidasi, formiato
deidrogenasi, solfito ossidasi e DMSO riduttasi. Moderatamente
tossico e antagonista del rame. Eccessi
provocano carenze di rame.
Cd, W Elementi essenziali in piccole quantità e tossici in alte
quantità. Ruoli non chiari legati per il Cd, e
a processi di ossidoriduttasi per il W. Tossici. In particolare
il W è antagonista del Mo.
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Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Leganti atomi, ioni o molecole donatori di
una o più coppie di elettroni
Metallo neutro o carico positivamente riceve
coppie di elettroni
Legame dativo coordinativo
Complessi
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Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica – Diagrammi MO
H Cl
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Solo orbitali della medesima specie di simmetria possono danno
origine a
sovrapposizione non nulla
Simmetria
Distanza Internucleare
Energia degli Orbitali
Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica – Diagrammi MO
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Molecole biatomiche
H2
bsasbsas
HHHbHa ccN 1111 2
1)(
bsasbsas
HHHbHa ccN 1111 2
1*)(
Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica – Diagrammi MO
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Molecole biatomiche orbitali p
Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica – Diagrammi MO
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Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica – Diagrammi MO
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Acido (LA) accettore di una coppia di elettroni
Base (LB) donatore di una coppia di elettroni
Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis
HOMO Highest Occupied Molecular Orbital
LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital
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Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis
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Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis
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Metalli acidi di Lewis
Leganti basi di Lewis
Un legame N-Co come quello in [Co(NH3)6]3+ è un
legame “coordinato” o “dativo”. Nella letteratura
meno recente veniva indicato con una freccia.
Non vi sono differenze
significative fra legame di
coordinazione e legame
covalente polare.
Tuttavia un legame covalente subisce generalmente rottura
omolitica mentre un legame dativo subisce rottura
eterolitica.
Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione
Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis
Tuttavia un legame covalente subisce
generalmente rottura omolitica mentre un
legame dativo subisce rottura eterolitica