quimica bioinorganica -monografia

7/21/2019 QUIMICA BIOINORGANICA -MONOGRAFIA

http://slidepdf.com/reader/full/quimica-bioinorganica-monografia 1/11

QUIMICA BIOINORGANICA

Aracelly Cerna Rodríguez 1

1 Aracelly Cerna Rodríguez, estudiante de la Escuela Profesional de Obstetricia-

ULADECH, [email protected]



INDICE

INTRODUCCION……………………………………………………………………….1


I.-Definicion………………………………………………………………..……………2

II.- Historia………………………………………………………………………………2

II.-Tipos de Elementos Inorganicos en Biologia:

3.1.-Metales Alcalinos y Alcalinoterreos…………………………………………….2

3.2.- Metales de Transicion…………………………………………………………..3

IV.-Funciones Biologicas de los Elementos Bioinorganicos……………………………3

V.-Algunas Metaloproteinas Importantes

5.1.-Citocromo c……………………………………………………………………...7

5.2.-Azurina…………………………………………………………………………..7

VI.-Retos de la Quimica Bioinorganica en el Siglo XXI………………………………..7

CONCLUSIONES……………………………………………………………………….8

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………………..9



1

INTRODUCCION

Alrededor del 99% de la masa de los mamíferos la forman los elementos carbono,

nitrógeno, calcio, sodio, cloro, potasio, hidrógeno, fósforo, oxígeno y azufre.

Los metales desempeñan una gran variedad de funciones en los sistemas biológicos.

Pueden participar como elemento estructural que ayuda al pliegue de las proteínas o

pueden actuar como centros reactivos o catalíticos en metaloproteínas con función

enzimática (metaloenzimas).

Una nueva, fructífera y novedosa área de investigación donde se están llevando a cabo

avances significativos y muy importantes se encuentra hoy situada en la frontera que

históricamente ha separado la química inorgánica y las ciencias biológicas y que sedenomina química bioinorgánica.

“Bioinorgánica”, la misma palabra parece encerrar una contradicción intrínseca, ya que

bio significa vida e inorgánico es todo aquello carente de vida. La química

bioinorgánica puede ser definida como la ciencia que trata del estudio de la reactividad

química de los elementos y compuestos inorgánicos en los sistemas biológicos. Aunque

la biología se asocia tradicionalmente con la química orgánica, al menos 20 elementos

inorgánicos tienen un papel fundamental en los procesos biológicos.



2


I.-DEFINICION:

La Química Bioinorgánica es una rama de la química que estudia el rol biológico de los

metales. Incluye el estudio tanto de fenómenos naturales como el comportamiento de las

metaloproteínas, así como de metales introducidos artificialmente, incluyendo aquellos

que son elementos no esenciales, en medicina y toxicología.

Muchos procesos biológicos como la respiración, dependen de moléculas que caen en el

campo de estudio de la química inorgánica. Esta disciplina incluye también el estudio

de modelos inorgánicos o miméticos imitan el comportamiento de las metaloproteínas.

II.-HISTORIA:

Paul Ehrlich utilizó en 1909 un compuesto de arsénico para el tratamiento de la

sífilis, el salvarsan, lo que permitió demostrar la importancia de los metales, o

por lo menos metaloides en medicina.

Barnett Rosenberg en 1965 demostró la actividad anti-cáncer de cisplatino (cis-

PtCl2(NH3)2).

La primera proteína cristalizada (ver James B. Sumner) fue la ureasa,

cristalizada en 1926, la que mostró contener níquel en su sitio activo.

La vitamina B12, muestra en su estructura cristalográfica realizada por Dorothy

Crowfoot Hodgkin en 1954, un átomo de cobalto en un macrociclo de corrina.

La estructura de ADN de Watson-Crick demostró el papel estructural clave que

desempeñan los polímeros que contienen fosfato.

III.-TIPOS DE ELEMENTOS INORGANICOS EN BIOLOGIA

Los elementos inorgánicos de mayor interés en química bioinorganica son:

3.1.-Metales Alcalinos y Alcalinotérreos

Los elementos inorgánicos más abundantes actúan como electrolitos iónicos. Los

iones más importantes son el Na+, K +, Ca2+, Mg2+, cloruro, fosfato y bicarbonato,

de los cuales, los cationes nombrados son alcalinos o alcalinotérreos. El

mantenimiento de gradientes precisos a través de las membranas celulares mantiene

la presión osmótica y pH.



3

Los iones son también críticos para los impusos nerviosos y los músculos, ya que

son los potenciales de acción en estos tejidos. El intercambio de electrolitos entre el

fluido extracelular y el citosol generan contracciones musculares y otras reacciones

electroquímicas.

Los electrolitos entran y salen de las células a través de las proteínas de la

membrana celular, llamadas canales iónicos. Por ejemplo, la contracción muscular

depende de la circulación de calcio, sodio y potasio a través de los canales iónicos

en la membrana celular y los túbulos T.

3.2.-Metales de Transición

Los metales de transición están presentes generalmente como elementos traza enlos organismos, siendo el zinc y el hierro los más abundantes. Estos metales se

utilizan en algunas proteínas como cofactores y son esenciales para la actividad de

enzimas tales como la catalasa y las proteínas transportadoras de oxígeno tales

como la hemoglobina. Estos cofactores se unen fuertemente a una proteína

específica.

Los micronutrientes metálicos son tomados por los organismos gracias a proteínas

de almacenamiento como la ferritina entre otras metaloproteínas.

IV.-FUNCIONES BIOLOGICAS DE LOS ELEMENTOS BIOINORGANICOS

La Tabla Nº 1, muestra los elementos inorgánicos más importantes en biología junto

con algunas de las funciones que se sabe que realizan en los seres vivos tales como la

participación en estructuras, enzimas, transporte y transferencia de electrones o grupos

funcionales. Los procesos biológicos dependientes de iones metálicos varían

enormemente en su función y complejidad. Por ejemplo, desde el punto de vista

bioquímico, el potasio, el magnesio, el hierro, el cobalto, el cobre, el molibdeno y el

zinc no sólo son importantes catalizadores de reacciones enzimáticas sino que también

existen sistemas proteicos implicados en el almacenamiento, en el control de la

cantidad, el transporte y la incorporación a sus respectivos sistemas enzimáticos de

dichos metales. Desde el punto de vista de la fisiología y de la biología molecular de la

célula, el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio están fuertemente implicados en el

control y activación de diversos procesos biológicos fundamentales, así como en elmantenimiento de la estructura y función de las membranas y paredes celulares.



4

Los elementos inorgánicos también han sido introducidos artificialmente como sondas

en algunos sistemas vivos para averiguar la estructura y la función de ciertos

componentes celulares. Así, metales pesados tales como el mercurio, el oro y el platino

son usados por los cristalógrafos de rayos- X y los microscopistas electrónicos como

ayuda para dilucidar la estructura de macromoléculas y agregados supramoleculares.

Además, los compuestos metálicos no sólo se han utilizado como sondas, sino también

con fines diagnósticos y como fármacos. El estudio del mecanismo de acción de los

complejos antitumorales de platino, de los compuestos antiartríticos de oro y de los

radiofármacos que contienen tecnecio son algunas de las áreas de investigación de

vanguardia de la química bioinorgánica.

Tabla Nº 1: Funciones Biológicas de los Elementos Bioinorganicos

ELEMENTO FUNCIÓN BIOLÓGICA

Sodio Transporte de cargas, balance osmótico.

Potasio Transporte de cargas, balance osmótico.

Magnesio Estructura, hidrolosas, isomerasas.

Calcio Estructura, transporte de cargas, inductor de procesos

celulares.

Vanadio Fijacion de Nitrógeno, oxidasas.

Cromo Posible papel en la tolerancia a la glucosa

Molibdeno Fijacion de Nitrogeno, oxidasas, transferencia de

Oxigeno.

Tungsteno Deshidrogenasas.

Manganeso Fotosintesis, estructura,oxidasas.

Hierro Oxidasas, transporte y almacenamiento de oxígeno

molecular, transferencia de electrones, fijación de

nitrógeno.

Cobalto Oxidasas, transferencia de grupos alquilo.

Niquel Hidrogenasas, hidrolasas

Cobre Oxidasas, transporte de oxígeno molecular,

transferencia de electrones.

Zinc Estructura, hidrolasas.



5

De lo anteriormente dicho, se deduce que la química bioinorganica posee dos

componentes mayoritarios:

i. El estudio de los elementos inorgánicos que ejercen funciones en la célula .

ii.

La introducción de ciertos metales en los sistemas biológicos como sondas y

fármacos.

Otros temas importantes y de actualidad en química bioinorgánica incluyen el estudio

del papel de los elementos inorgánicos en la nutrición, la toxicidad de especies químicas

inorgánicas incluyendo la forma en que los organismos reaccionan frente a dicha

toxicidad, su uso como armas de ataque y defensa así como el transporte y

almacenamiento de iones metálicos en los seres vivos.

Los iones metálicos pueden unirse a proteínas por medio de ligandos orgánicos

especiales como las porfirinas. Por ejemplo, la absorción de hierro en los organismos

involucra ligandos especiales conocidos como sideróforos. El transporte en fluidos

circulatorios de organismos superiores requiere una proteína denominada transferrina y

el Fe se almacena como ferritina.

Funciones Biológicas de Moléculas que contienen Iones Metálicos



6

Elementos Bioinorganicos en Enzimas



7

V.- ALGUNAS METALOPROTEINAS IMPORTANTES

5.1.-Citocromo c:

El citocromo c es una proteína monomérica pequeña de aproximadamente 100

aminoácidos. La mayoría de los citocromos c contienen 4 hélices con la Helice N-

terminal azul(azul) expuesta al solvente y la Helice N-terminal azul(rojo) formando

parte del seno de la proteína. Las hélices también son representadas por cilindros. El

resto de la proteína consiste de caireles y giros. El citocromo c tiene unido un grupo

prostético constituido por un grupo hemo.

El hemo de este citocromo está unido a la proteína por puentes tioester entre el anillo de

porfirina y dos residuos de Cys.

En estas proteínas, el hierro forma un complejo octadoedrico: está coordinado a cuatro

átomos de nitrógeno en el grupo porfirina y los residuos histidina y metionina se

encuentran en posición trans uno respecto al otro.

En los citocromos, el hierro está sujeto a rápidas reacciones redox reversibles:

Fe3+ + e-⇄ Fe2+ que se asocian a la oxidación de moléculas orgánicas.

5.2.-Azurina

La azurina es una proteína pequeña de 128 aminoácidos, también llamada cupredoxina.

Esta enzima participa en algunos procesos que involucran transferencia electrónica en

plantas y bacterias (reducción del grupo nitrilo de la nitriloreductasa en el proceso de

desnitrificación disimilatoria). Es una de las proteínas denominadas de cobre azul

debido al color azul resultante de la longitud de máxima absorción, aproximadamente a

630 nm, resultado del enlace fuertemente covalente entre el cobre y la cisteína.

Adicionalmente tiene un alto potencial de reducción, lo que le provee de un gran poder

reductor.

VI.-RETOS DE LA QUIMICA BIOINORGANICA EN EL SIGLO XXI

La química bioinorgánica es una ciencia joven que apenas llega a los veinte años de

existencia. Durante este corto periodo de tiempo, esta ciencia interdisciplinar ha resuelto

algunos problemas importantes tales como: la forma en que los sistemas biológicosunen reversiblemente el oxígeno molecular; el modo en que la célula elimina productos



8

tóxicos de desecho, por ejemplo, el ión superóxido (O2); la constitución de las proteínas

de transporte de electrones, especialmente aquellas que contienen centros metálicos de

cobre o hierro y el papel del zinc en enzimas hidrolíticos como la carboxipeptidasa.

También se han realizado enormes progresos en la comprensión de la química del

enlace cobalto-carbono en la vitamina B12, en el estudio de las propiedades de unión al

ADN y de los efectos citotóxicos de los complejos antitumorales de platino, en la

deducción de la forma en la que la naturaleza recluta, coordina y almacena el hierro, en

la resolución de la estructura de algunas metaloproteínas tales como las proteínas con

dedos de zinc y las proteínas que unen calcio, así como en la resolución de la química

de hidroxilación del citocromo P450 de enorme importancia en los procesos de

biotransformación de fármacos que ocurren en el hígado. Sin embargo, por cada uno

de estos ejemplos hay muchos otros de los que se dispone de poca información.

Estos problemas aún sin resolver constituyen las fronteras de la química bioinorgánica

para el siglo XXI y entre los más importantes se incluyen:

i. El sistema nitrogenasa;

ii. Proteínas de transferencia de electrones de amplio rango

iii. El sistema citocromo-oxidasa

Además, a partir de 1995, se han identificado nuevos problemas tales como:

i.

El papel del níquel en las hidrogenasas, metanógenos y ureasas;

ii. El funcionamiento del manganeso en el fotosistema para la producción por las

plantas del oxígeno molecular necesario para los animales.

iii. Las proteínas transportadoras de oxomolibdeno.

CONCLUSIONES:

a) La química bioinorganica es una rama de la química, que estudia el rol o

funciones que cumplen los metales en el organismo de los seres vivos.

b) Algunos iones metálicos se encuentran formando los enlaces que unen las

secuencias de aminoácidos de las proteínas, cumplen funciones estructurales y

funciones de transporte, fijación del N2, etc.

c) Así como se estudia las funciones de los metales en nuestro organismo, también

se estudia su toxicidad, si es que se supera los límites que el organismo requiere,y las consecuencias que se generan.



9

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Facultad de Ciencias Naturales – Universidad Nacional de la Patagona.

Argentina. 2010. [fecha de acceso 29 de mayo de 2015]. URL disponible en:

http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/quimicainorganica/wpcontent/uploads/2010/10/

bioinorganica

Revista Encuentros Multidisciplinares. [fecha de acceso 29 de mayo de 2015].

URL disponible en:

http://www.encuentros-multidisciplinares.org/Revistan05/Miguel A Fuertes-Jose

Manuel Perez 1.pdf

Wikipedia [Base de datos en línea]. 2015 [fecha de acceso 29 de Mayo de 2015].

URL disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/QuImica_bioinorganica

http://www.encuentros-multidisciplinares.org/Revistan05/Miguel




quimica bioinorganica -monografia

Documents