Fémionok szerepe az élő szervezetben: a bioszervetlen kémia alapjainak megismerése Előadó: Lihi Norbert Debreceni Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék Bioszervetlen Kémiai Kutatócsoport
A bioszervetlen kémia tárgya és jelentősége Tárgyköre: Az élő rendszerekben előforduló nem-szerves eredetű kémiai elemek (létfontosságú és toxikus) biológiai szerepének (felvétel, kötődési módjai, transzportfolyamatok, funkció, kiürülés) megismerése és modellezése, illetve ezen ismeretek gyakorlati alkalmazásai a gyógyászat, mezőgazdasági szervetlen kémia termelés és környezetvédelem fiziológia területén. Bioszervetlen kémia
A biológiai rendszerek elemi összetételének csoportosítása Létfontosságú elemek: Meghatározott koncentráció-tartományban fordulnak elő Szerves vázalkotók: C, H, O, N, S, P Szervetlen váz- és testnedv alkotók: Na, K, Ca, Mg, Cl Nyomelemek Főcsoportbeli: Se, Si, Sn, F, I Átmenetifémek: Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Ni, V, Cr, Mo Szennyező elemek: Előnyös hatású: B, Ti, W Mérgező elemek: Hg, Cd, Pb, Tl, As Közömbös: Li
Fémionok koordinációs kémiája (Komplexképződés: Lewis-féle sav-bázis reakció) Cu 2+ +
Ezüstkomplexek 2 Ag + + CO 2 3 Ag 2 CO 3 Ag 2 CO 3 + 2 OH Ag 2 O + H 2 O + CO 2 3 Ag 2 O + H 2 O + 2 Cl 2 AgCl + 2 OH AgCl + 2 NH 3 (aq) [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Br AgBr + 2 NH 3 AgBr + 2 S 2 O 2 3 [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3 + Br [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3 + I AgI + 2 S 2 O 2 3 2 AgI + S 2 Ag 2 S + 2 I
O Oligopeptidek O O O H 2 N CH C H N CH C H N CH C H N CH C OH R 1 R 2 R 3 R 4 a koordinációt befolyásolhatja: az R 1 -R n oldalláncok jelenléte pl: Asp, Glu karboxilát csoport, His imidazolgyűrű, Cys SH-csoport Biuret-próba!!
Nyomelemek szerepének csoportosítása 1. Kismolekulák szállítása, tárolása például: O 2 -szállítás:hemoglobin (Fe), hemocianin (Cu) O 2 -tárolás: mioglobin (Fe) 2. Molekulák aktiválása metalloenzimek, fémionok által aktivált enzimek: a) redoxi folyamatok katalízise (Fe, Cu, Mn, Co, Mo, Ni) b) sav-bázis folyamatok katalízise (Zn) 3. Makromolekulák másodlagos szerkezete Metalloenzimek (a fém nem aktív centrum) Cinkujjak (szerkezetalakító) 4. Mikroelemek anyagcsere folyamatai létfontosságú elemek felvétele, szállítása, tárolása
Kismolekulák szállítása: O 2 transzport A sejt energiaszükségletét aerob módon tudja a leghatékonyabban fedezni meg kell oldani az oxigén célsejtekhez történő eljuttatását Hemoglobin
Mi történik futás közben, aktív izommunka során? 2,3-BPG
Oxigénátvivő katalizátorok Metilénkék: Redukált alakja színtelen, oxidált alakja kék színű. Ha a rázással oxigén oldódik a vízbe, a metilénkék oxidálódik, de a cukor és a lúgos közeg mellett idővel visszaredukálódik Indigókármin: Hasonló mechanizmus, csak itt van egy vörös átmeneti szín a kezdeti zöld és a végső sárga között
Fogkrém elefántoknak A kálium-jodid katalizálja a hidrogén-peroxid bomlását, ezáltal rengeteg oxigéngáz keletkezik. Kevés mosószer segítségével a gázt nagy mennyiségű hab előállítására használhatjuk fel.
Redoxi folyamatok katalízise: A CuZn-SOD enzim Gly 80 Asp 81 COO Val 79 N N Zn 2+ N His 118 N N N Cu 2+ N N His 48 Val 47 His 78 N His 61 N His 69 N N His 46 2 O 2 - + 2 H + = H 2 O 2 + O 2
Sav-bázis folyamatok katalízise Olyan fémionok, amelyek nehezen vihetőek redoxi reakcióba Zn Szénsav-anhidráz: CO 2 +H 2 O HCO - 3 + H + Katalizátor: 10 7 -szer nagyobb reakciósebesség
A bioszervetlen kémia alkalmazása a gyógyászatban Milyen szerepet játszhatnak a fémvegyületek a gyógyászatban? Kék: forgalomban lévő gyógyszerekben megtalálhatóak Narancs: diagnosztikában alkalmazott Zöld: radioaktív izotópja gyógyászati jelentőségű
Létfontosságú elemek, mint étrendkiegészítők Kelátterápia Terápiás szerek Diagnosztikai szerek (MRI, Röntgen) Enzim-inhibítorok Sugárterápiás szerek o Diagnosztika o Terápia
Kelátterápia Kelátor vegyület: Olyan vegyület, amely a szervezetből kivonandó fémhez specifikusan kötődik, majd eltávolítja azt pl. béta-talasszémia, hemokromatózis
Terápiás szerek, diagnosztika Fertőzésgátló szerek: o o o Ag széleskörű baktérium- és gombaölőszer N-metilglükamin-antimonát: sejten belüli élősködők Makrociklusos-biciklámok Zn(II)-komplexei: HIV leghatásosabb inhibitorai Gyulladásgátló aranykomplexek: izületi gyulladás Gyomorsavmegkötők, fekélyellenes szerek: Bi(III)-vegyületek Idegrendszerre ható vegyület: Li 2 CO 3 Kontrasztanyagok
cisz-platin tumoros sejtekben: Kemoterápikumok cisz-[pt(nh 3 ) 2 Cl(H 2 O)] + cisz-[pt(nh 3 ) 2 (H 2 O) 2 ] 2+
Alzheimer-kór Alois Alzheimer (1901) Auguste Deter
Debreceni Egyetem Bioszervetlen Kémiai Kutatócsoport
A fémionok lehetséges szerepének megismerése a neurodegeneratív betegségekben Hidroxámsav funkciós csoportú enzim-inhibitorok előállítása, fémionhoz való kötődésük megismerése Ruténium és más platinafém-komplexek előállítása és biológiai aktivitásuk feltérképezése Létfontosságú fémionok peptidekkel való kölcsönhatásának megismerése, redoxirekacióik tanulmányozása
Köszönöm a figyelmet!
A kis tűzhányó (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O