QUÍMICAQUÍMICA BIO BIOINORGÁNICAINORGÁNICA
VIDAVIDA
CienciasCiencias Biológicas Biológicas
NO VIVIENTE NO VIVIENTE
QuímicaQuímica Inorgánica Inorgánica
Procesos biológicos descriptos en términos Procesos biológicos descriptos en términos moleculares.moleculares.Modelos y teorías para explicar dichos procesos.Modelos y teorías para explicar dichos procesos.
Cuál es el objetivo?Cuál es el objetivo?Correlacionar la actividad biológica con las características estructurales, electrónicas y químicas del sistema.
Qué estudia?Qué estudia?Compuestos inorgánicos en sistemas biológicos.Sistemas inorgánicos (“modelos”) para simular los sistemas naturales.
A qué se aplica?A qué se aplica?Medicina, farmacología, veterinaria, ecología, agricultura...
OCÉANOSOCÉANOSEntorno inorgánicoReacciones catalizadas por metales
Origen de la VIDA
TIERRATIERRASimulación del medio oceánico
Relación de concentración de los elementossistemas biológicos agua de mar
ElementosElementos mayoritarios (1 a 10mayoritarios (1 a 1022 g) g)
Elementos traza (1 a 10Elementos traza (1 a 10-1-1 g) g)
Elementos ultramicrotraza (10Elementos ultramicrotraza (10-2-2 a 10 a 10-4-4 g)g)Dudosos: Li, Cd, Sn
Selección pór abundancia
Elementos livianos
industrialización
contaminación metálica
competencia
Secuencia Evolutiva Secuencia Evolutiva (adaptación)(adaptación)
V, Cr, NiV, Cr, Ni Fueron Fueron tóxicos?tóxicos?
Cd, SnCd, Sn Serán Serán esenciales?esenciales?
Elemento tóxicoElemento tóxico
Impureza tolerableImpureza tolerable
Elemento Elemento útilútil
Elemento Elemento EsencialEsencial
Elemento Elemento esencialesencialIngesta 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 esencialesDiagrama de Bertrand
Resp
uesta
fi
sio
lóg
ica
Dosis (elemento esencial)
rango rango óptimoóptimo
su
perv
ivie
ncia
defi
cie
ncia
toxic
ida
d
leta
lid
ad
METALOBIOMOLÉCULAMETALOBIOMOLÉCULA
CENTRO METÁLICOCENTRO METÁLICO LIGANDO “BIOLÓGICO”LIGANDO “BIOLÓGICO”
Ácidos de LewisÁcidos de Lewis
cationes divalentes:cationes divalentes:
Cu(II), Mg(II), Fe(II), Zn (II)Cu(II), Mg(II), Fe(II), Zn (II)
cationes trivalentes:cationes trivalentes:
Fe(III), Co(III), V(III).Fe(III), Co(III), V(III).
Bases de LewisBases de Lewis
Posiciones de coordinación Posiciones de coordinación (átomos “dadores”): (átomos “dadores”): O, N, O, N, S,S,
Porfirina (porfina sustituída)
Restos de aminoácidos de proteínasRestos de aminoácidos de proteínas
tirosina histidinahistidina cisteíncisteínaa
aspartataspartatoo
METALOBIOMOLÉCULASMETALOBIOMOLÉCULAS
ENZIMASdetoxificaciódetoxificaciónn
TRANSPORTE, TRANSPORTE, ACUMULACIÓN, ACUMULACIÓN, ACTIVACIÓNACTIVACIÓN
de electrones
de metales
de O2 y N2
óxido reducción
ácido- base
estructural
captación de metales
control y regulación
Sistemas fotoquímicos
PROTEICASPROTEICASNO PROTEICASNO PROTEICAS
Catálisis de Catálisis de procesosprocesos
Metal en el Metal en el sitio activositio activo
EjemploEjemplo
redoxredox CCuu
SOD: 2OSOD: 2O22-- O O22
2-2- + + OO22 FeFe Catalasa: 2 HCatalasa: 2 H22OO22 H H22O + O +
OO22Mo/FeMo/Fe Nitrogenasa: NNitrogenasa: N22 + 8H + 8H++ NH NH33 + + HH22
ácido ácido basebase
ZnZn Anhidrasa carbónica:Anhidrasa carbónica:COCO22 + H + H220 CO0 CO33HH-- + + HH++
otrasotras CCoo
Vitamina BVitamina B1212:: CC CC
HH HH
HH RR
CC CC
HH HH
RR HH
Activación y transporte de oxígenoActivación y transporte de oxígenoHemoglobina y Hemoglobina y MioglobinaMioglobina
Grupo Grupo “HEMO”“HEMO”
hemo + globina = hemo + globina = mioglobinamioglobina
Transporte de electrones Transporte de electrones Metales que pueden presentar distintos estados Metales que pueden presentar distintos estados de oxidaciónde oxidaciónFe (II)/ Fe(III) – Cu(I)/ CU(II) – Mo(V)/Mo(VI)Fe (II)/ Fe(III) – Cu(I)/ CU(II) – Mo(V)/Mo(VI)
Ferredoxina 4:4Ferredoxina 4:4cede ecede e--
Prot-Fe(II) Prot-Fe(III)Prot-Fe(II) Prot-Fe(III)
toma etoma e--
DetoxificaciónDetoxificación
Metalotioneínas: proteínas con alto contenido se Metalotioneínas: proteínas con alto contenido se cisteínacisteínaR-SH + M(II) R-S—M M= Hg, CdR-SH + M(II) R-S—M M= Hg, Cd
FuncionesFunciones estructuralesestructurales
Tejidos duros (huesos,dientes, uñas, caparazones, etc)Silicatos, fosfatos, SiO2, CaCO3
Control de la conformación de la cadena Control de la conformación de la cadena polipeptídica de una proteína polipeptídica de una proteína ““dedos” de Zn (involucrados en la transcripción dedos” de Zn (involucrados en la transcripción genética)genética)Control de la configuración del sitio activo.Control de la configuración del sitio activo.
Zn (II) en la SOD, Mo en la Nitrogenasa.Zn (II) en la SOD, Mo en la Nitrogenasa.
Clorofila Clorofila aa
Sistemas Sistemas fotoquímicosfotoquímicosFotosíntesis: Fotosíntesis:
COCO22 + H + H22O Cn(HO Cn(H22O)n + O)n + OO22
Energía Energía solarsolar
Observaciones generalesObservaciones generales
Ligandos similares pueden asociarse con distintos metalesLigandos similares pueden asociarse con distintos metalesy participar en distintas funcionesy participar en distintas funciones
Un mismo metal puede participar en distintas funcionesUn mismo metal puede participar en distintas funciones
FeFeActivación y transporte de oxígenoActivación y transporte de oxígeno
Transporte de electronesTransporte de electrones
Una misma metalobiomolécula puede desempeñarUna misma metalobiomolécula puede desempeñar más de una funciónmás de una función
nitrogenasanitrogenasaCatálisis de proceso redoxCatálisis de proceso redox
Activación de NActivación de N22
porfirinasporfirinas
corrinacorrina
Mg clorofilaMg clorofila
Fe hemoglobina, mioglobinaFe hemoglobina, mioglobina
Co vitamina BCo vitamina B1212
Características de las metalobiomoléculasCaracterísticas de las metalobiomoléculas
eficienciaeficiencia
selectividadselectividad
irreemplazabilidadirreemplazabilidad
METALOENZIMAS :METALOENZIMAS : metal =sitio activometal =sitio activo
T2T2T1T1
EnergíaEnergía
N (T)N (T)
Ea (s/c)Ea (s/c)Ea (c)Ea (c)