Bioorganokovinska kemija
Povzeto po Bioorganometallic chemistry from Wikipedia, the free encyclopedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Bioorganometallic_chemistry
Bioorganokovinska kemija proučuje biološko aktivne molekule, ki imajo ogljik neposredno vezan na kovino ali polkovino. Že dolgo vemo, kako pomembni so kovinski centri kovin glavnih skupin periodnega sistema in prehodnih elementov, pri delovanju encimov in drugih biomolekul. Vendar je le majhen delež kovinskih kompleksov, ki se pojavljajo v naravi ali pa so sintetično pripravljeni v farmacevtski industriji, organokovinskih; to pomeni, da vsebujejo neposredno kovalentno vez med (pol)kovino in ogljikovim atomom. Prvi in edini primeri bioorganokovinskih spojin, ki so se pojavljali v naravi, so bili precej časa kobalaminski kofaktorji (vitamin B12) v različnih oblikah.[1] V 21. stoletju se je z odkritjem novih bioloških sistemov, ki vsebujejo vez med ogljikom in kovino, bioorganokovinska kemija začela hitro razvijati kot poddisciplina bioorganske kemije, ki se giblje med organokovinsko kemijo in biokemijo. Biorganokovinske spojine, ki se pojavljajo v naravi, vsebujejo encime in senzorske proteine. Med njih spadajo tudi sintetične organokovinske spojine, kot so npr. nova zdravila in kontrastna sredstva (tehntecijev-99m sestamibi), ki so prav tako tudi osnova toksikologije organokovinskih kompleksov (npr. metilirano živo srebro).[2][3] Posledično je bioorganokovinska kemija vedno bolj pomembna v medicini in farmaciji.[4]
V kofaktorjih in prostetičnih skupinah
Vitamin B12 je prevladujoča vrsta bioorganokovinskih spojin. Vitamin B12 je ime za skupek sorodnih encimskih kofaktorjev, med njimi jih precej vsebuje kobalt-alkilne vezi in so vključeni v biološke reakcije metilacije in 1,2-ogljikove premestitve. Še dolgo po tem, ko je Hodgkin leta 1955 odkril njegovo strukturo, je veljal za edini primer bioorganokovinskega sistema, ki se pojavlja v naravi. Veliko bioorganokovinskih encimov sodeluje v reakcijah, v katerih je vključen ogljikov monoksid. Ogljikov monoksid dehidrogenaza (CODH) katalizira reakcije pretvorbe voda-plin, ki proizvaja CO (skozi nikelj karboksilatni intermediat) za biosintezo acetilkoencima A. Na ta zadnji korak vpliva Ni-Fe encim CO-metilirana acetil-CoA sintaza (ACS). CODH in ACS se velikokrat pojavljata skupaj v tetrameričnem kompleksu, kjer se CO prenese skozi tunel, metilna skupina pa pride iz metil kobaltamina.
Hidrogenaze so bioorganokovinske spojine, ki so iz vidika njihovih aktivnih mest, substituirane z Fe-CO substituenti, čeprav CO ligandi v reakcijah ne sodelujejo.[5] Hidrogenaze, ki vsebujejo le železo, imajo aktivno mesto Fe2(μ-SR)2(μ-CO)(CO)2(CN)2 povezano s klastrom 4Fe4S preko premostitvenega tiola. Aktivno mesto [NiFe]-hidrogenaz je opisano z (NC)2(OC)Fe(μ-SR)2Ni(SR)2 (kjer je SR cistein).[6] Hidrogenaze brez FeS imajo nedoločeno aktivno mesto, ki vsebuje Fe(CO)2 center.
Biosinteza metana (metanogeneza) v zadnjem koraku vključuje cepitev vezi nikelj-metil v kofaktorju F430.
Primer intersticijskega karbida z enoto Fe6C je železo-molibdenov kofaktor (FeMoco) encima nitrogenaze, ki ga najdemo v biologiji.[7][8]
Prvi primer naravno prisotne zvrsti aril-kovina je kleščast kompleks, ki vsebuje vez nikelj-aril. Odkrili so ga na aktivnem mestu laktatne racemaze.[9]
V senzorskih proteinih
Nekateri proteini, ki vsebujejo [NiFe] lahko detektirajo H2 in tako regulirajo transkripcijo. Proteini, ki vsebujejo baker lahko zaznajo eten, ki je znan kot hormon, ki povzroča zorenje sadja. Ta primer ilustrira esencialno vlogo organokovinske kemije v naravi, saj le redke molekule, poleg nizko valenčnih kompleksov kovin prehoda, reverzibilno vežejo alkene. Ciklopropeni inhibirajo zorenje z vezavo na bakrov(I) kovinski center. Vezava na baker je prav tako vpletena v voh olefinov pri sesalcih.[10] Ogljikov monoksid se naravno pojavlja in je transkripcijski faktor, v obliki kompleksa s senzorskim proteinom, ki temelji na železovih porfirinih.
V medicini
Organokovinske spojine, ki vsebujejo živo srebro (npr.tiomersal) in arzen (npr. salvarsan) imajo dolgo zgodovino uporabe v medicini, kot neselektivni antimikotiki pred razvojem modernih antibiotikov. Titanocen diklorid kaže protirakavo delovanje, bis[(p-metoksibenzil)ciklopentadienil]titan(IV) diklorid (oz. titanocen Y) pa je trenutni kandidat za zdravljenje raka. Aromatski in ciklopentadienil kompleksi so kinetično inertne platforme za načrtovanje novih radiofarmacevtskih izdelkov. Poleg tega so bile opravljene študije z uporabo eksogenih polsintetičnih ligandov; posebej za dopaminski prenašalec, pri čemer je posledično opazna povečana učinkovitost vedenja, ki spodbuja nagrajevanje (spodbujevalni izraz) in tvorbo navad, in sicer s spojino feniltropan. [η6-(2β-karbometoksi-3β-fenil)tropan]trikarbonilkromat. Aktivno se preiskujejo tudi organokovinske spojine, ki sproščajo ogljikov monoksid, zaradi njegovega pomena kot prenašalca plinov.
Toksikologija
Znotraj kraljestva bioorganokovinske kemije sodi tudi preučevanje usode sitnetičnih organokovinskih spojin. Tetraetil svinec je bil v zvezi s tem deležen precejšnje pozornosti, tako kot tudi njegovi nasledniki, npr. metilciklopentadienil mangan trikarbonil. Metil živo srebro je posebej razvpit primer, saj ta kation nastane z delovanjem encimov, povezanih z vitaminom B12, na živo srebro.
Reference
1. White, John G.; Prosen, Richard J.; Kenneth N. Trueblood; Robertson, John H.; Pickworth, Jenny; Hodgkin, Dorothy Crowfoot (August 1955). "Structure of Vitamin B 12 : Structure of the Hexacarboxylic Acid derived from B 12 and the Molecular Structure of the Vitamin". Nature. 176 (4477): 325–328. Bibcode:1955Natur.176..325H (https://ui.adsabs.har vard.edu/abs/1955Natur.176..325H). doi:10.1038/176325a0 (https://doi.org/10.1038%2F176 325a0). ISSN 1476-4687 (https://www.worldcat.org/issn/1476-4687). PMID 13253565 (http s://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13253565). S2CID 4220926 (https://api.semanticscholar.org/Co rpusID:4220926).
2. Sigel A, Sigel H, Sigel RK, eds. (2009). Metal-carbon bonds in enzymes and cofactors. Metal Ions in Life Sciences. Vol. 6. Royal Society of Chemistry. ISBN 978-1-84755-915-9.
3. Linck RC, Rauchfuss TB (2005). "Synthetic Models for Bioorganometallic Reaction Centers". In Jaouen G (ed.). Bioorganometallics: Biomolecules, Labeling, Medicine. Weinheim: Wiley-VCH. pp. 403–435. doi:10.1002/3527607692.ch12 (https://doi.org/10.100 2%2F3527607692.ch12). ISBN 978-3-527-30990-0.
4. Bioorganometallics : biomolecules, labeling, medicine. Jaouen, Gérard. Weinheim: Wiley- VCH. 2006. ISBN 3527607692. OCLC 85821090 (https://www.worldcat.org/oclc/85821090).
5. Cammack R, Frey M, Robson R (2001). Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature. London: Taylor & Francis. ISBN 978-0-415-24242-4.
6. Volbeda A, Fontecilla-Camps JC (2003). "The Active Site and Catalytic Mechanism of NiFe Hydrogenases". Dalton Transactions (21): 4030–4038. doi:10.1039/B304316A (https://doi.or g/10.1039%2FB304316A).
7. Spatzal T, Aksoyoglu M, Zhang L, Andrade SL, Schleicher E, Weber S, Rees DC, Einsle O (November 2011). "Evidence for interstitial carbon in nitrogenase FeMo cofactor" (https://ww w.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3268367). Science. 334 (6058): 940. Bibcode:2011Sci...334..940S (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011Sci...334..940S). doi:10.1126/science.1214025 (https://doi.org/10.1126%2Fscience.1214025). PMC 3268367 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3268367). PMID 22096190 (https://pubmed. ncbi.nlm.nih.gov/22096190).
8. Lancaster KM, Roemelt M, Ettenhuber P, Hu Y, Ribbe MW, Neese F, Bergmann U, DeBeer S (November 2011). "X-ray emission spectroscopy evidences a central carbon in the nitrogenase iron–molybdenum cofactor" (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC380 0678). Science. 334 (6058): 974–7. Bibcode:2011Sci...334..974L (https://ui.adsabs.harvard. edu/abs/2011Sci...334..974L). doi:10.1126/science.1206445 (https://doi.org/10.1126%2Fsci ence.1206445). PMC 3800678 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3800678). PMID 22096198 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22096198).
9. Rankin, Joel A.; Mauban, Robert C.; Fellner, Matthias; Desguin, Benoît; McCracken, John; Hu, Jian; Varganov, Sergey A.; Hausinger, Robert P. (2018-06-12). "Lactate Racemase Nickel-Pincer Cofactor Operates by a Proton-Coupled Hydride Transfer Mechanism". Biochemistry. 57 (23): 3244–3251. doi:10.1021/acs.biochem.8b00100 (https://doi.org/10.102 1%2Facs.biochem.8b00100). ISSN 0006-2960 (https://www.worldcat.org/issn/0006-2960). OSTI 1502215 (https://www.osti.gov/biblio/1502215). PMID 29489337 (https://pubmed.ncbi. nlm.nih.gov/29489337).
10. Duan X, Block E, Li Z, Connelly T, Zhang J, Huang Z, et al. (February 2012). "Crucial role of copper in detection of metal-coordinating odorants" (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/article s/PMC3295281). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (9): 3492–7. Bibcode:2012PNAS..109.3492D (https://ui.adsabs.harvard.edu/a bs/2012PNAS..109.3492D). doi:10.1073/pnas.1111297109 (https://doi.org/10.1073%2Fpna s.1111297109). PMC 3295281 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3295281). PMID 22328155 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22328155).
