1 Introducción a la Química Bioinorgánica

2 Química BioinorgánicaAbarca 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.

3 Tabla periódica de los bioelementos Elementos esenciales

4 Constituyentes mayoritarios

5 Elementos trazas y ultramicrotrazas

6 Funciones biológicas de los metalesEstructural Activación y transporte de oxígeno Transporte de electrones Catalíticas en procesos redox Catalíticas en reacciones ácido-base y otras

7 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

8 Activación y transporte de oxígeno

9 ¿Por qué el Fe? Se encuentra en bacterias hasta en el hombreParticipa en variedad de sistemas y funciones biológicas Se encuentra complejado con diferentes ligandos: Fe porfirínico Fe no porfirínico

10 Ligando porfirina Metaloporfirina Porfina Fe-protoporfirina IX (hem)

11 Características de las porfirinasAnillo 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

12 Propiedades de complejos Fe(II)-porfirinaFácilmente 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

13 Almacenamiento y transporte de O2: Mb y HbMb Hb

14 Posición del Fe en la deoxi y oxi Hb

15 Fe(II) (d6) BS + O2 (enlazado)Diagramas de energía Forma de-oxigenada espín alto Forma oxigenada espín bajo Fe(II) (d6) BS + O2 (enlazado) Fe(III) (d5) BS + O2•- (enlazado)

16 Modelo

17 Función KMb/O2=[MbO2] / [Mb][O2] KHb/O2= [HbO2] / [Hb][O2]2,8 A- MbB y C - Hb

18 Transporte de electronesIones 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) )

19 Catalítica en procesos redoxSuperóxidodismutasa ENZ-Cu(II) + O ENZ-Cu(I) + O2 ENZ-Cu(I) + O2- + 2H ENZ-Cu(II) + H2O2 2O2- + 2H O2 + H2O2

20 Catalítica en procesos ácido-baseAnhidrasa carbónica: CO2+H2O = H2CO3

21 Funciones específicasCaptación, 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

22 Ferritina Función: depósito de Fe Apoferritina + Fe(III)Ferritinaapoferritina·FeIIIO(OH)

23 CLOROFILA

24 METALOTIONEINAS

25 Modelos de transporte Eteres corona dibenzo-30-corona-10 18-corona-6complejo de K+

26 Modelos de transporte Criptatos criptato 222 criptato 221

27 Transporte a través de las membranas biológicasTransporte pasivo: ionóforos canales de iones Transporte activo: bombas

28 BOMBA DE SODIO 3 Na+(int) + 2 K+(ext) + ATP4- + H2O  3 Na+(ext) + 2 K+(int) + ADP3- + HPO42-+ H+