Compuși bioanorganici

Comunitatea de interese dintre biochimie si chimie anorganica a facut necesara colaborarea specialistilor din cele doua domenii in scopul elucidarii proceselor biologice.

Conceptul de “chimie bioanorganica” propaga ideea implicarii ionilor metalici in procesele biologice si se poate defini ca o aplicare a principiilor chimiei coordinative a metalelor la procesele biologice. Cei mai multi compusi de coordinare biologici sunt macromolecule. De aceea, trebuie acordata atentie atat chimiei metalului, cat si portiunii organice a moleculei. Intre cele doua componente se realizeaza o relatie de interconditionare: componenta organica, de regula o proteina, din cauza complexitatii sale structurale, poate impune metalului anomalii stereochimice, distante metal-ligand neobisnuite, influientand reactivitatea metalului. La randul sau, ionul metalic poate influenta aranjamentul electronic, aspectele structurale, modificand reactivitatea proteinei.

Din totalul elementelor chimice cunoscute, natura a selectat aproximativ 53 care intra in compozitia materiei vii. Adaptarea acestora la nevoile organismelor vii, dupa schema: otrava-impuritati tolerabile-elemente utile-elemente esentiale, s-a realizat in decursul evolutiei vietii; in orice organism viu apar constant 40-43 de elemente (denumite bioelemente), din care 25 sunt elemente esentiale pentru structura si functionalitatea sa. Aceste elemente se incadreaza printre cele frecvent intalnite in scoarta pamantului, ceea ce demonstreaza ca selectia naturala a inlaturat dependenta organismelor vii de elemente mai putin accesibile. Sase din cele 25 elemente esentiale (C, N, H, O, P, S) constituie baza edificiului materiei organice vii (proteine, glicogen, amidon, lipide si acizi nucleici).

Un procent de 99,9% din atomii organismului uman corespund la 11 elemente (H, C, N, O, Na, Mg, S, Cl, K, Ca), dintre care numai patru au caracter metalic (Na, K, Mg, Ca). Ionii K+ si Mg2+ se afla in compozitia celulelor, iar ionii Na+ si Ca2+ in plasma inconjuratoare; impreuna cu principalii anioni Cl-, SO42-, PO43-, formeaza cei 7 ioni care mentin neutralitatea electrica a fluidelor si celulelor, avand un rol important in mentinerea volumului corespunzator de lichid al sangelui si al altor fluide ale organismului.

Cea mai importantă clasă de compuşi metalici din sistemele biologice este aceea, care cuprinde complecşii ionilor metalelor cu liganzii porfirinici. Porfirinele sunt derivati substituiti in pozitiile 1 – 8 ai porfinei. Porfina este un macrociclu tetrapirolic cu 11 legaturi duble conjugate.

Una din cele mai răspândite, atât din punct de vedere al apariţiei într-o varietate

de organisme, cât şi al variaţiei de funcţii este:

• hemul , o porfirină de Fe(II);

• clorofila, prezentă într-o formă sau alta în plantele verzi, este ocombinaţie

complexă a magneziului, care conţine un sistem ciclicmodificat;

• vitamina B12 este un complex de cobalt cu structura oarecum diferită.

 Importanţa complecşilor porfirinici în sistemele biologice poate fi apreciată din doua

puncte de vedere:

- metal-porfirinele sunt compuşi succesibili biologic, ale caror funcţiuni pot varia

prin modificarea ionului metalic, a starii lui de oxidare sau a naturii substituenţilor la ciclul

porfirinei;

- ca un principiu general, evoluţia tinde să se desfaşoare prin modificarea

structurii şi funcţiunilor moleculelor care sunt prezente în organism, mai curand decat prin

producerea altora noi.