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)