БИОНЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Химические элементы в живых системах Распространенность: Земная кора: O>Si>Al>Fe>Ca>Mg>Na>K>Ti>H>P Океаны: H>O>Cl>Na>Mg>S>Ca>K>C>Br>B Человек: H>O>C>N>Na>K>Ca>Mg>P>S>Cl

Биологическая роль бора Природный антибиотик боромицин

Аминокислоты, белки, нуклеотиды АТФ

Минералы в живых системах КальцитCaCO 3 ПтицыСкорлупа яиц АрагонитCaCO 3 МоллюскиРаковины Гидроксиапатит Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) ПозвоночныеКости Млекопитающие Диоксид кремния SiO 2 Диатомовые водоросли Клеточные стенки МоллюскиЗубы РастенияЛистья

Биологическая роль кремния 60 % кремния в крови человека связано с белковыми веществами, 30% - с липидами, 10 % - образует водорастворимые соединения. Компонент коллагена соединенительной ткани (1 Si на несколько сотен полисахаридных звеньев. В ДНК риса соотношение P/Si 7:1! Фермент силиказа (Шарно, Шварц) CH 3 Si(OH) 3 в крови, печени человека, зернах злаков, вине (Дюффо, 1983 г.) силоксан силатран

Биологическая роль серы Ио – спутник Юпитера голожаберные моллюски H 2 SO 4

СКУНС Жареный кофе Биологическая роль серы

Чеснок Лук Биологическая роль серы

HNO 3 и NO Оболочечник - HNO 3 ! NO в организме животных передает сигналы, регулируя: 1.Кровяное давление 2.Деятельность мускулатуры 3.Передает нервные импульсы Легко диффундирует через клеточные стенки Тысяченожка – HCN(!) 545 мкг – убивает мышь

Галогены в природе Грибок Mollisia ventosa Amycolatopsis orientalis (бактерии) Сине-зеленые водоросли Fischerella muscicola Красные водоросли Prymnesium parvum

Галогены в природе Феромон у клещей

Галогены у человека

Натрий и калий

Биохимия кальция Ca>Cd>Sr>Mg

Переходные металлы

Гемоглобин – транспорт кислорода в плазме 4 атома железа (II) Миоглобин – хранение кислорода в мускулах 1 атом железа (II) В растениях роль переносчика кислорода играет леггемоглобин (1 атом железа)

Транспорт и хранение дикислорода Гемоглобин и миоглобин d 6 высокоспиновый d 5 низкоспиновый Порфириновые комплексы железа – биосенсоры О 2, СО и NO

Транспорт и хранение дикислорода Гемоцианин O 2 + 2e = O 2 2-

Транспорт и хранение дикислорода Гемэритрин O 2 + 2e = O 2 2-

Гемоглобин и миоглобин

Модельные соединения Предотвращает необратимое окисление с образованием Fe-O-Fe

Кооперативный эффект

Карбоангидраза CO 2 (aq) + H 2 O (l) = H 2 CO 3 (aq) Реакция медленная при pH 7, фермент ускоряет реакцию в миллион раз!

Катализ окислительно-восстановительных реакций pH 7 Медиаторы (передатчики электронов) в митохондриях NAD, никотин аденин динуклеотид Дикислород О 2 – сильный и опасный окислитель для живых систем. Поэтому о.- в. реакции в живых системах не происходят в одну стадию, а происходят в несколько стадий с участием медиаторов.

Железо-серные белки рубредоксин ферредоксин 2S-2Fe ферредоксин 4S-4Fe

[4Fe-4S] ферредоксины - небольшие (6-12 kDa) протеины, участвующие в разнообразных окислительно- восстановительных реакциях в живых системах. Они содержат 1 или 2 активных кластера типа Fe 3 S 4 1+/0 или Fe 4 S 4 2+/1+, атомы железа которых связаны с звеньями остатками протеина.

Цитохромы и транспорт электронов

Цитохром Р-450 R-H + 1/2O 2 = R-O-H Разложение лекарств, стероидов и пестицидов. На стадии f - Fe(IV), a и b – Fe(III), с – Fe(III)

Кофермент В 12 Dorothy Hodgkin, 1964

Фотосинтез (фотосистема I и II) CO 2 + H 2 O = С 6 Н 12 О 6 + O 2 В хлоропластах зеленых листьев

Фотосинтез (фотосистема II) 2H 2 O = 4H + + O 2 +4e

Фотосистема II ( Thermosynechococcus Elongatus) K. Ferreira, T. Iverson, K. Maghlaoui, J. Barber and S. Iwata, Science, 2004, 303, При образовании связи O–O образуется группировка Mn(V)=O на стадии S4, которая взаимодействует с атомом кислорода второй субстратной молекулы воды, содержащейся в координационной сфере Ca.

Фиксация азота (нитрогеназа) N2 + 16MgATФ +8e + 8H+ = 2 NH3 + 16MgAДФ + 16P + H2

Фиксация азота (нитрогеназа) N MgATФ +8e + 8H + = 2 NH MgAДФ + 16P + H 2

в 1970 были впервые опубликованы сведения, что W стимулирует рост метан-продуцирующих бактерий в 1983 из бактерий-ацетогенов был впервые выделен и изолирован W-содержащий фермент в 1990 были опубликованы сведения об ускорении роста гипертермофильных бактерий archaea, функционирующих при 100°С, в присутствии в системе W. к настоящему времени более 10 W-содержащих ферментов выделены и изолированы. Для 3 из них определены участки ДНК, ответственные за их биосинтез. Для одного из них методом РСтА решена структура с разрешением 2,3 A. Химические свойства молибдена и вольфрама различаются достаточно сильно, чтобы природа могла выбирать между ними либо на этапе их включения в фермент, либо на уровне свойств полученных ферментов. Вольфрам- самый тяжелый металл жизни