Erinevus lehekülje "Bioanorgaaniline keemia" redaktsioonide vahel

P
resümee puudub
P
{{Keeletoimeta|lisaja=Kuriuss|aasta=2017|kuu=oktoober}}
'''Bioanorgaaniline keemia''' uurib [[metallid|metallide]] rolli [[bioloogia|bioloogias]]. See hõlmab nii naturaalselt organismis olevate ühendite, nagu [[metalloproteiin|metalloproteiinide]], kui ka tehislikult organismi viidud metallide ja nende ühendite uurimist. Paljud bioloogilised protsessid, näiteks hingamine, sõltuvad [[molekul|molekulidest]], mis kuuluvad [[anorgaaniline keemia|anorgaanilise keemia]] valdkonda. Samas kasutatakse metalle ka [[meditsiin |meditsiinis]] nii [[ravim |ravimite]], diagnostiliste vahendite kui ka [[mürk|mürkidena]]. <ref name="ZiqVN" />
 
[[Biokeemia]] ja anorgaanilise keemia vahepealse teadusharuna aitab bioanorgaaniline keemia mõista nii elektron-ülekande valkude, [[substraat (keemia)|substraadi]] sidumise ja molekuli aktivatsiooni, aatomi või rühmaülekandeprotsesse kui ka metallide omadusi biokeemias.
==Elusorganismide koostis==
[[imetaja|Imetajad]] koosnevad peamiselt [[vesinik|vesiniku]]-, [[hapnik|hapniku]]-, [[süsinik|süsiniku]]-, [[lämmastik|lämmastiku]]-, [[fosfor|fosfori]]- ja [[väävel|väävliaatomitest]], mida nimetatakse põhielementideks. Lisaks on olulised ka biofunktsionaalsed ioonid (Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup>, Mg<sup>2+</sup>, Ca<sup>2+</sup> ja Cl<sup>-</sup>) ning mikroelemendid ([[boor]], [[räni]], [[seleen]], [[jood]], [[vanaadium]], [[kroom]], [[mangaan]], [[raud]], [[koobalt]], [[tsink]], [[kaadmium]], [[molübdeen]] ja [[volfram]]). Süsinikust, vesinikust, hapnikust ja lämmastikust koosnevad neljast biomolekulide põhiklassist kolm: [[valk|valgud]], [[lipiid|lipiidid]] ja [[süsivesik|süsivesikud]]. Viimasesse [[Nukleiinhapped|nukleiinhapete klassi kuuluvad molekulid]] sisaldavad lisaks süsinikule, vesinikule, hapnikule ja lämmastikule ka fosforit. <ref name="Cu1aO" />
30% kõikidest valkudest on metalloproteiinid ehk sisaldavad vähemalt ühte anorgaanilist elementi.<ref name="yU1Is" />.
 
==Ajalugu ==
1910ndate alguses sai tuntuks süüfiliseravim[[süüfilis]]e ravim [[salvarsaan]], mis on organoarseeniline ühend. Selle ainega tõestati metallide tähtsus meditsiinis. Salvarsaanile järgnes [[cis-plaatina]] kui vähiravimi avastamine Rosenbergi[[Barnett Rosenberg]]i poolt. Ka esimene kristalliseeritud valk oli metalloproteiin [[ureaas]], mille aktiivses tsentris[[Aktiivtsenter|aktiivtsentris]] on nikliaatom.
==Bioanorgaanilise keemia temaatikad ==
Mitu bioloogilist süsteemi kuulub ka bioanorgaanilise keemia uurimisvaldkonda. Olulisemad valdkonnad on:
=== Metalliioonide transport ja hoiustamine ===
See teema hõlmab [[ioonkanal|ioonkanaleid]], [[ioonpump|ioonpumpasid]] (nt NaKATPase[[Na+/K+-ATPaas]]), [[vakuool|vakuoole]], siderofoore ja teisi valke ning väikeseid molekule, mis reguleerivad metalliioonide [[kontsentratsioon|kontsentratsiooni]] [[rakk|rakkudes]]. Üks suuremadsuuremaid probleeme organismidele on osade metaboolselt vajalike metallide omandamine, kuna nende [[lahustuvus]] on väike või on organismis neid vähe. SelliseidSelliste elementide omandamiseksomastamiseks ja transportimiseks on evolutsiooni käigus tekkinud mitmeid strateegiaid.
[[File:Cobalamin.svg|thumb|KobalamiinilKobalamiin]]
Ühe kindla oksüdatsiooniastmega hüdraatunud metalliioonide (nt Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup>, Mg<sup>2+</sup>, Ca<sup>2+</sup>) transport on lihtne, kuna need lahustuvad hästi ning organismis leidub neid palju. Tsingiioon saab samuti esineda ainult ühes oksüdatsioonilastmesoksüdatsiooniastmes Zn<sup>2+</sup> kujul, aga selle kontsentratsioon on võrreldes eelnevalt mainitud ioonidega madalam ning see on kõrgema [[pH]] väärtuse juures mittelahustuv. Seega tuleb tsingi transportimiseks siduda see kõrge afiinsusega happelises keskkonnas. Mõned [[siirdemetall|siirdemetallid]], näiteks [[mangaan]], [[koobalt]] ja [[nikkel]], esinevad mitmes [[oksüdatsiooniaste|oksüdatsiooniastmes]], kuid kõige stabiilsemad on nad oksüdatsiooniastmes +2 ning transportimine toimub sarnaselt tsingiga. Koobalt esineb [[B12-vitamiin|B<sub>12</sub>-vitamiini]] koostises, seega on lihtne koobaltit transportida B<sub>12</sub>-vitamiinina. Sellistel juhtudel pole aga metalli oksüdatsioonilasteoksüdatsiooniaste üheselt määratav. Siirdemetalle nagu vanaadiumit, molübdeeni ja volframit leidub hapnikurikkas keskkonnas [[oksüanioon|oksüanioonidena]] (VO<sub>4</sub> <sup>3-</sup>,MoO<sub>4</sub> <sup>2-</sup>,WO<sub>4</sub> <sup>2-</sup>), mida aluselises keskkonnas saab transportida sarnaselt [[fosfaat]]- ja [[sulfaat|sulfaatioonidega]]. Toksilised metalliioonid nagu [[kaadmium]] ja [[plii]] võivad siseneda aga transporteridetransporterite kaudu, mis on mõeldud bioaktiivsete ioonide transpordiks. Näiteks Fe<sup>2+</sup> iooni transporteri Dmt1 kaudu saavad rakku siseneda ka Cd<sup>2+</sup> ja Pb<sup>2+</sup> ioonid.<ref name=":0" />
 
=== Ensümoloogia===
[[Oksüdaas|Oksüdaasid]] ja [[oksügenaas|oksügenaasid]] on metalle sisaldavad [[ensüüm|ensüümid]], mis viivad läbi olulisi [[redoksreaktsioon]]e, näiteks energia tootmine [[tsütokroom c oksüdaas]]is, kasutades oksüdeerijana hapnikku. Evolutsiooni käigus on välja kujunenud ka hapniku kahjulikke mõjusid pärssivad ensüümid, mis sisaldavad metalle ning lagundavad hapnikust tekkivaid radikaale, näiteks [[vesinikperoksiid]]i. Sellised ensüümid on näiteks [[peroksüdaas]]id, [[katalaas|katalaasid]] ja [[superoksiidi dismutaas]]id.
 
Lisaks eelmainitud metalloproteiinidele, mis reageerivad hapnikuga, on hapnikuringega seotud veel [[hapnikku vabastav kompleks]]. See esineb taimedes [[fotosüsteem II]] koosseisus ning on osa keerulisest mehhanismist, mis taimedes [[fotosüntees|fotosünteesi]] käigus toodab hapnikku. Selle tuumaks on Mn<sub>4</sub>Ca<sub>1</sub>O<sub>x</sub>Cl<sub>1–</sub>(HCO<sub>3</sub>)<sub>y</sub>, mis saab esineda viies vaheolekus, kusjuures kõigi olekute peale kokku esineb mangaan neljas osküdatsiooniastmes. <ref name="BAtl3" /> 
 
=== Biometallorgaaniline keemia ===
Mitmed ravimid sisaldavad metalle. Et selliseid ravimeid kasutusele võtta, tuleb kasutada bioanorgaanilise keemia meetodeid, mis aitavad mõista metallide rolli organismis ning sellele tuginedes disainida uusi ravimeid. Ravimid võivad sisaldada metalle või mõjutada metalliioonidega ensüümide [[aktiivtsentr|aktiivtsentreid]].
[[File:Cisplatin-stereo.svg|thumb|Cis-plaatina struktuur]]
Kasutatuim vähivastane ravim on [[cis-plaatina]], mida kasutatakse paljude vähitüüpide puhul ning mida süstitakse patsiendi verre. Cis-plaatina häirib [[DNA replikatsioon|DNA replikatsiooni]] ning sellepärast tapab kiiremini jagunevad [[rakk|rakud]]. Vähirakud jagunevad kiiremini kui terved rakud ja seega mõjutab Cis-plaatina neid rohkem. Pärast manustamist vahetatakse üks kahest [[kloriid|kloriidist]] [[vesi|vee]] vastu ja saadakse [[akvakompleks]] cis-[PtCl(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>(H<sub>2</sub>O)]<sup>+</sup>. Kloriidi [[dissotsieerumine]] on soositud raku sees, sest raku sees on kloriidiooni kontsentratsioon ainult 3–20% kloriidi kontsentratsioonist rakuvälises keskkonnas. <ref name="WangLippard2005" /><ref name="Q1aiE" /> Ligandne vesi cis- -[PtCl(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>(H<sub>2</sub>O)]<sup>+</sup> kompleksis on kergesti vahetatav DNAs [[N-heterotsüklilise alus|N-heterotsüklilise aluse]] vastu. Kõige paremini seondub [[guaniin]]. Pärast [PtCl(guaniin-DNA)(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]<sup>+</sup> moodustumist vahetub välja ka teine klooriaatom ning DNAs võivad tekkida ristsidemed. <ref name="trzaska" /> Cis-plaatina ristseob [[DNA]] mitmel erineval moel ning häirib sellega rakkude jagunemist. Kahjustatud DNA kutsub esile DNA parandamise mehhanismid ning kui parandus osutub võimatuks, aktiveerub [[apoptoos]] ehk programmeeritud rakusurm. <ref name="pmid18606591" />
 
Lisaks cis-plaatinale kasutatakse tänapäeva meditsiinis paljusid muid metalle ja nende ühendeid. Veel näited metallidest, mida meditsiinis kasutatakse<ref name=":0" />:
*[[Antimon]] – kasutatakse põletikuliste nahahaiguste nagu näiteks [[akne]] raviks.
*[[Tehneetsium]] – levinuim radioaktiivne isotoop, mida kasutatakse radioaktiivse markerina.
*[[Erbium|Erbiumi]] (III), [[raud]] (III), [[mangaan]] (II) – magnetresonantstomograafias kasutatavad kontrastained.
*[[Koobalt]] (III) – vähi raviks bleomütsiini koostises.
*[[Liitium]] – Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> kasutatakse [[bipolaarne häire|bipolaarse häire]] raviks.
 
=== Biomineralisatsioon ===
Biomineralisatsioon on protsess, mille käigus elusorganismid toodavad [[mineraal|mineraale]], sageli selleks, et muuta tugevamaks või jäigemaks olemasolevaid [[kude|kudesid]]. Sellised kudesid kutsutakse mineraliseerunud kudedeks.<ref name="ANtbA" /><ref name="Weiner1989" /><ref name="nco1n" />
Näiteks moodustavad [[vetikas|vetikad]] [[silikaatsed mineraalid|silikaate]], [[selgrootu|selgrootud]] karbonaate ning [[selgroogne|selgroogsed]] kaltsiumifosfaate ja [[karbonaat|karbonaate]]. [[bakter|Bakterid]] aga hoiustavad mineraalides näited vaske, rauda ja kulda. Bioloogiliselt moodustunud mineraalid on sageli eriotstarbelised, nagu näiteks magnetandurid magnetotaktilistes bakterites (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), gravitatsioonisensorid (CaCO<sub>3</sub>, CaSO<sub>4</sub>, BaSO<sub>4</sub>) ja on raua ladestamiseks mõeldud (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> • H<sub>2</sub>O valgu ferritiin). Kuna rakuvälises keskkonnas on raud tugevalt seotud lupjumise esilekutsumisega, on raua regulatsioon hädavajalik karpide normaalseks moodustumiseks. Valk [[ferritiin]] mängib olulist rolli raua jaotumise kontrollimisel ja selle kaudu karpide moodustumisel. <ref name="1VtaO" /> <ref name="DbRv7" /><ref name="o806l" />.<ref name="Jackson2007" />
<ref name="ANtbA" /><ref name="Weiner1989" /><ref name="nco1n" />
Näiteks moodustavad [[vetikas|vetikad]] [[silikaatsed mineraalid|silikaate]], [[selgrootu|selgrootud]] karbonaate ning [[selgroogne|selgroogsed]] kaltsiumifosfaate ja [[karbonaat|karbonaate]]. [[bakter|Bakterid]] aga hoiustavad mineraalides näited vaske, rauda ja kulda. Bioloogiliselt moodustunud mineraalid on sageli eriotstarbelised, nagu näiteks magnetandurid magnetotaktilistes bakterites (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), gravitatsioonisensorid (CaCO<sub>3</sub>, CaSO<sub>4</sub>, BaSO<sub>4</sub>) ja on raua ladestamiseks mõeldud (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> • H<sub>2</sub>O valgu ferritiin). Kuna rakuvälises keskkonnas on raud tugevalt seotud lupjumise esilekutsumisega, on raua regulatsioon hädavajalik karpide normaalseks moodustumiseks. Valk [[ferritiin]] mängib olulist rolli raua jaotumise kontrollimisel ja selle kaudu karpide moodustumisel. <ref name="1VtaO" /> <ref name="DbRv7" /><ref name="o806l" />.<ref name="Jackson2007" />
 
== Viited ==
467

muudatust