ბიოარაორგანული ქიმია

მიოგლობინი - ბიოარაორგანული ქიმიის კვლევის ერთ-ერთი მთავარი თემა.

ბიოარაორგანული ქიმია — სამეცნიერო სფერო, რომელიც ბიოლოგიაში ლითონების როლს იკვლევს. ბიოარაორგანული ქიმია სწავლობს როგორც ბუნებრივ მოვლენებს, როგორიცაა მეტალოცილების ქცევა, ასევე ხელოვნურად შემოღებულ ლითონებსაც, მათ შორის იმათაც, რომლებიც მედიცინასა და ტოქსიკოლოგიაში სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი არ არის. ბევრი ბიოლოგიური პროცესი, როგორიცაა სუნთქვა დამოკიდებულია ისეთ მოლეკულებზე, რომლებიც არაორგანული ქიმიის კვლევის სფეროს წარმოადგენს. დისციპლინა ასევე შეისწავლის მიმიკის იმ არაორგანულ მოდელებსაც, რომელიც მეტალოპროტეინების ქცევის იმიტირებას ახდენენ.^[1]

როგორც ბიოქიმიისა და არაორგანული ქიმიის ნაზავი, ბიოარაორგანული ქიმია მნიშვნელოვანია ცილების ელექტრო-სატრანსფერო მნიშვნელობის, სუბსტრატების შეკვრისა და აქტივაციის, ატომისა და ჯგუფების სატრანსფერო ქიმიისა და ბიოლოგიურ ქიმიაში ლითონების მახასიათებელთა ასახსნელად.

ცოცხალი ორგანიზმების შემადგენლობა

ძუძუმწოვრების მასის 99% ნახშირბადი, აზოტი, კალციუმი, ნატრიუმი, ქლორი, კალიუმი, წყალბადი, ფოსფორი, ჟანგბადი და გოგირდია. ორგანული ნივთიერებები (ცილები, ლიპიდები და ნახშირწყლები) უმეტესწილად ნახშირბადსა და აზოტს შეიცავენ და ჟანგბადი და წყალბადი უმთავრესად წყლის სახითაა წარმოდგენილი. უჯრედში ლითონების შემცველი ბიომოლეკულების მთლიან ერთობლიობას მეტალომი ეწოდება.

ისტორია

სიფილისის სამკურნალოდ პოლ ეჰრლიხმა ნახშირბადისა და დარიშხანის ნაერთები გამოიყენა, რითიც მედიცინისთვის ლითონების ან სულ ცოტა მეტალოიდების შესაბამისობის დემონსტრირება მოახდინა. ამის შემდეგ როზენბერგმა ცისპლატინში (cis-PtCl2(NH3)2) კიბოს საწინააღმდეგოაქტიურობა აღმოაჩინა. პირველი კრისტალიზებული ცილა ურეაზა იყო. შემდეგში აღმოჩნდა, რომ ის ფერმენტის აქტიურ ცენტრში ნიკელს შეიცავდა. ვიტამინ B₁₂-ის ნაკლებობით გამოწვეული ანემიის მკურნალობისას, ვიტამინის კრისტალოგრაფიისას დოროთი ჰოჯკინმა აჩვენა, რომ ის კორინის მაკროწრეში მოქცეული კობალტისგან შედგება. დნმ-ის უოტსონ-კრიკისეულმა სტრუქტურის დემონსტრირებამ ფოსფატისშემცველი პოლიმერების სტრუქტურული როლი გამოკვეთა.

ბიოარაორგანული ქიმიის თემები

ბევრი ანტიბიოტიკის მსგავსად მონენსინა იონოფორია, რომელიც Na⁺-ს ეკვრის (ნაჩვენებია ყვითლად)

ბიოარაორგანულ ქიმიაში რამდენიმე განსხვავებული სისტემა იდენტიფიცირდება. მთავარი სფეროებია:

ლითონის იონთა ტრანსპორტირება და მომარაგება

ეს სფერო მოიცავს იონური არხების მრავალფეროვან კოლექციას, იონურ ტუმბოებს, ვაკუოლებს, რკინის კარიერებს (siderophores) და სხვაა ცილებსა და პატარა მოლეკულებს, რომლებიც უჯრედებში მეტალური იონების კონცენტრაციას აკონტროლებენ. ლითონები, რომლებიც მეტაბოლიზმისთვისაა საჭირო ადვილად ხსნადებია. ორგანიზმები მრავალ სტრატეგიას შეიმუშავებენ მსგავსი ელემენტების შეგროვებისა და ტრანსპორტირებისთვის.

ფერმენტოლოგია

საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებში ბევრი რეაქცია, რომელიც წყალსა და მეტალურ იონებს შეიცავს ხშირად კატალიზური ცენტრებია (აქტიური ცენტრები) ფერმენტებისთვი, მაგალითად, მეტალოცილები. ხშირად რეაქტიული წყალი ligandia. ჰიდროლაზირებული ფერმენტების მაგალითებია ნახშირბადის ანჰიდრაზი, მეტალოფოსფატაზები და მეტალოცილაზები. ბიოარაორგანული ქიმიკოსები ამგვარი მეტალოცილების ფუნქციათა გაგებასა და გამეორებას ისახავენ მიზნად.

მნიშვნელოვანია, ლითონშემცველი ელექტრონების გადამცემი ცილებიც. მათი სამ მთავარ კლასად კლასიფიცირებაა შესაძლებელი: რკინა-გოგირდის ცილები, ლურჯი სპილენძის ცილები და ციტოქრომები. ამგვარი ელექტრონების გადამტანი ცილები არამეტალურ ელექტრონულ გადამტანებს ავსებენ

ბიბლიოგრაფია

• Heinz-Bernhard Kraatz (editor), Nils Metzler-Nolte (editor), Concepts and Models in Bioinorganic Chemistry, John Wiley and Sons, 2006, ISBN 3-527-31305-2
• Ivano Bertini, Harry B. Gray, Edward I. Stiefel, Joan Selverstone Valentine, Biological Inorganic Chemistry, University Science Books, 2007, ISBN 1-891389-43-2
• Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski "Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life." John Wiley and Sons, 1994, ISBN 0-471-94369-X
• Rosette M. Roat-Malone, Bioinorganic Chemistry : A Short Course, Wiley-Interscience, 2002, ISBN 0-471-15976-X
• J.J.R. Fraústo da Silva and R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: The inorganic chemistry of life, 2nd Edition, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850848-4
• Lawrence Que, Jr., ed., Physical Methods in Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 2000, ISBN 1-891389-02-5

რესურსები ინტერნეტში

• The Society of Biological Inorganic Chemistry (SBIC)'s home page
• The French Bioinorganic Chemistry Society
• Glossary of Terms in Bioinorganic Chemistry
• Metal Coordination Groups in Proteins by Marjorie Harding დაარქივებული 2014-06-03 საიტზე Wayback Machine.
• European Bioinformatics Institute
• MetalPDB: A database of metal sites in biomolecular structures დაარქივებული 2015-09-15 საიტზე Wayback Machine.

1. Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-72-5