Bioanorganická chémia

História 
Zdá sa, že označenie rýchlo sa rozvíjajúcej oblasti chémie ako „bioanorganickej“ obsahuje protirečenie, ktoré však jednoducho odráža mylnú predstavu siahajúcu až k počiatkom modernej vedy. Začiatkom 19. storočia sa chémia ešte delila na „organickú“ chémiu, ktorá zahŕňala iba látky izolované z „organizmov“ a „anorganickú“ chémiu „mŕtvej hmoty“. Toto rozlišovanie stratilo zmysel po Wöhlerovej syntéze „organickej“ močoviny z „anorganického“ kyanatanu amónneho v roku 1828. V súčasnosti je organická chémia definovaná ako chémia uhľovodíkov a ich derivátov s možným zahrnutím určitých nekovových heteroatómov, ako sú N, O a S, bez ohľadu na pôvod.

Rastúca potreba spoločného, ​​nie nevyhnutne látkovo orientovaného označenia chémie živých organizmov potom viedla k novému pojmu „biochémia“. Klasická biochémia sa dlho zaoberala najmä organickými zlúčeninami; tieto dve oblasti však nie sú v žiadnom prípade totožné. Vylepšené metódy stopovej analýzy preukázali dôležitosť veľkého počtu „anorganických“ prvkov v biochemických procesoch, a tak odhalili množstvo čiastočne anorganických prírodných produktov.
náhľad|Chlorofyl b
Zodpovedajúci zoznam by zahŕňal:

 metaloenzýmy (cca 40 % známych enzýmov: Fe, Cu, Mn, Mo, Ni, V, Zn, Mg, Ca a ďalšie)
 neenzymatické metaloproteíny (napr. hemoglobín: Fe);
 nízkomolekulové prírodné produkty (napr. chlorofyl: Mg);
 koenzýmy, vitamíny (napr. vitamín B12: Co);
 hormóny (napr. tyroxín, trijódtyronín: I);
 antibiotiká (napr. penicilín: S) 
 iónofory (napr. valinomycín: K);
 biominerály (napr. kosti, zuby, lastúry, koraly, perly: Ca, Si a iné)

náhľad|Vitamín B12: komplex kobaltu, ktorý prenáša jednouhlíkové skupiny.
náhľad|Fe-Mo-S Klaster: kofaktor využívaný baktériami na enzymatickú redukciu vzdušného dusíka, N2, na amoniak, NH3, ktorý sa využíva na syntézu proteínov, aminosacharidov, fosfolipidov a nukleových kyselín. Tento kofaktor je súčasťou enzýmu nitrogenázy.
Niektoré (podľa dnešnej definície) „anorganické“ prvky boli zavedené pomerne skoro ako nevyhnutné zložky živých systémov. Príklady zahŕňajú extrakcie uhličitanu draselného (K2CO3, potaš) z rastlín a komplexných solí s obsahom železa K3,4[Fe(CN)6] zo zvieracej krvi v 18. storočí, objavy elementárneho fosforu (ako P4) suchou destiláciou zvyškov moču v roku 1669 a elementárneho jódu z popola morských rias v roku 1811. V polovici 19. storočia Liebigove štúdie o metabolizme anorganických živín, najmä dusíkatých, fosforečných a draselných solí, výrazne zlepšilo poľnohospodárstvo, takže táto konkrétna oblasť vedy získala obrovský praktický význam. Avšak toto teoretické pozadie a vtedajšie analytické metódy nestačili na získanie podrobných informácií o mechanizme účinku základných prvkov, z ktorých viaceré sa vyskytujú len v stopových množstvách. Niektoré veľmi nápadné zlúčeniny, ktoré zahŕňajú anorganické prvky, ako hemoglobín obsahujúci železo a chlorofyl obsahujúci horčík, „pigmenty života“, boli analyzované a charakterizované neskôr v rámci špeciálnej podoblasti organickej chémie prírodných produktov. Bolo to až po roku 1960, kedy sa bioanorganická chémia stala nezávislou a vysoko interdisciplinárnou výskumnou oblasťou.
náhľad|Mangánový klaster v rastlinách, ktorý oxiduje vodu H2O za tvorby kyslíka O2.
Pre tento vývoj boli rozhodujúce tieto faktory:

 Biochemické postupy izolácie a čistenia, ako je chromatografia a nové fyzikálne metódy analýzy stopových prvkov, ako je atómová absorpčná alebo emisná spektroskopia, vyžadujú stále menšie množstvo materiálu. Tieto metodické pokroky umožnili nielen detekciu, ale aj chemickú a funkčnú charakterizáciu stopových prvkov alebo inak nenápadných kovových iónov v biologických materiáloch. Dospelý človek obsahuje napríklad asi 2 g zinku v iónovej forme (Zn2+). Hoci zinok nemožno považovať za skutočný stopový prvok, jednoznačný dôkaz o jeho existencii v enzýmoch bol stanovený až v 30. rokoch 20. storočia. Pravé bioesenciálne stopové prvky, ako sú nikel a selén, sú prítomné ako konštitutívne zložky v niekoľkých dôležitých enzýmov, čo bolo zistené až okolo roku 1970.
 Snahy o objasnenie mechanizmov organických, anorganických a biochemických reakcií viedli k skorému pochopeniu špecifických biologických funkcií niektorých anorganických prvkov. V súčasnosti sa robí veľa pokusov napodobniť biochemickú reaktivitu prostredníctvom štúdií reaktivity modelových systémov, nízkomolekulových komplexov alebo metaloproteínov na mieru.
 Rýchly pokrok v bioanorganickej chémii bol možný vďaka príspevkom od:
 fyziky (techniky detekcie a charakterizácie);
 biológie (dodávka materiálu a špecifické úpravy založené na mutagenéze);
 poľnohospodárskych a nutričných ​​vied (účinky anorganických prvkov a ich vzájomné vzájomná závislosť);
 farmakológie (interakcia medzi liečivami a endogénnymi alebo exogénnymi anorganickými látky);
 medicíny (zobrazovacie a iné diagnostické pomôcky, chemoterapia);
 toxikológie a environmentálnych vied.

 Referencie 

 Externé odkazy 

 Výskum v oblasti bioanorganickej chémie na Farmaceutickej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave
 Učebnica Bioanorganickej chémie
 Laboratórium Bioanorganickej chémie na Univerzite vo Viedni


Kategória:Biochémia
Kategória:Anorganická chémia