Transcript Introducción a la Química Bioinorgánica:

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
Elemento
g/70kg
de peso
Na
K
Mg
Ca
Cl
S
70
250
42
1700
115
100
Abundancia en
agua
de mar (g/mL)
104
380
1,3 x 103
400
2 x 104
885
Elementos trazas y ultramicrotrazas
Elemento
GII
Mn
Fe
Co
Cu
Zn
Mo
I
Se
GIII Cd, Cr, Ni, As,
F, Si, V, Br
g/70kg de
peso
<1
7
<<1
<1
<2
<1
<1
<<1
ultratrazas
Abundancia en agua
de mar (g/mL)
2 x 10-3
1 x 10-2
1 x 10-4
3 x 10-3
-2
1 x 10
-2
1 x 10
6 x 10-2
4 x 10-4
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
Diagramas de energía
Forma deoxigenada
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) + O2ENZ-Cu(I) + O2- + 2H+
2O2- + 2H+
ENZ-Cu(I) + O2
ENZ-Cu(II) + H2O2
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
Ferritina:
apoferritina·FeIIIO(OH)
CLOROFILA
METALOTIONEINAS
Modelos de transporte
Eteres corona
18-corona-6
dibenzo-30-corona-10
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+