3. Compusi Bioanorganici (1)

8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)

http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 1/38

COMPUŞI BIOANORAGANICI



METAL-POFIRINECea mai importantă clasă de compuşi metalici din sistemelebiologice este aceea, care cuprinde complecşii ionilor metalelor

cu li ganzii porf ir inici . Porfirinele sunt o clasa de macrocicli cu azot derivaţi de laporfirină:



Una din cele mai răspândite, atât din punct de vedere al apariţiei într-o varietate de organisme, cât şi al variaţiei de funcţii este:• hemul , o porfirină de Fe(II);

•clorofila , prezentă într-o formă sau alta în plantele verzi, este ocombinaţie complexă a magneziului, care conţine un sistem ciclicmodificat;•vitamina B 12 este un complex de cobalt cu structura oarecumdiferită.Importan ţ a complec şil or porf ir inici în sistemele biologice poate fiapreciată din doua puncte de vedere:- metal-porfirinele sunt compuşi succesibili biologic, ale carorfuncţiuni pot varia prin modificarea ionului metalic, a starii lui

de oxidare sau a naturii substituenţilor la ciclul porfirinei;- ca un principiu general, evoluiţia tinde să se desfaşoare prinmodificarea structurii şi funcţiunilor moleculelor care suntprezente în organism, mai curand decat prin producerea altora

noi.



HEMOPROTEINE - HEMOGLOBINA ŞI MIOGLOBINA

Porfirinele de fier constituie grupări prostetice (grupări active)pentru o clasa importantă de proteine şi enzime, cunoscută subdenumirea de hemoproteine .

Aceste proteine pot prezenta funcţii diferite:

•transportarea oxigenului (hemoglobina);

•depozitarea oxigenului (mioglobina);

•transferul de electroni;•utilizarea peroxidului de hidrogen (catalaze, peroxidaze).



Hemoglobina (chelat al Fe +2 ) - un pigment respirator asociat uneiproteine (globina), un complex tetrapirolic al Fe(II), hemul.Funcţia cea mai importantă a hemoglobinei este de a transporta

prin sânge oxigenul de la plămâni la ţesuturi şi de a preluadioxidul de carbon transportându-l (ca ion HCO3

-) la plămâni, unde este eliminat.

4



În gruparea hem Fe(II) coordinează la 4 atomi de azot din grupul porfină şi laun atom alt atom de azot provenit de la un heterociclu ataşat la o proteină. Înabsenţa oxigenului, al şaselea punct coordinativ este ocupat de o moleculă deapă, formându-se astfel un complex octaedric. Acest complex se numeşte deoxihemoglobin a , este de culoare albastră, prezent în sângele venos. Cândlocul apei în sfera de coordinare a Fe(II) este luat de o moleculă de oxigen, seformează complexul oxihemoglobină, de culoare roşie, prezentă în sângelearterial.



Culoarea şi proprietăţile magnetice ale oxihemoglobinei (roşie,

diamagnetică) şi deoxihemoglobinei (albastră, paramagnetică) sunt diferite datorită configuraţiei electronice diferite a ionuluiFe2+ (3d6) în câmpul creat de liganzii diferiţi:

O2 – ligand generator de câmp puternic

H2O, CO2 / HCO3

−

– liganzi generatori de câmp slab



În cazul în care monoxidul de carbon se leagă de ionulde Fe(II) se formează carboxihemoglobina , un complexstabil, care împiedică transportul oxigenului de către hemoglobină şi determină moartea prin asfixie

(hemoglobina leagă molecula de CO mai puternic decâtmolecula de O2, afinitatea ei pentru CO fiind deaproape 250 ori mai mare decât pentru oxigen.Legarea CO de hemoglobină depinde de presiunea

parţială a O2; concentraţia maximă admisibilă de COeste de 0,03 mol/m3/oră).



Fiecare moleculă de hemoglobină poate lega 4 molecule de O2,pentru că are în componenţă patru unităţi de hem.



Multe metaloenzime funcţionează adecvat dacă ionul metalic fiziologic este înlocuit cu alţi ioni metalici. Porfirinele formează complecşi stabili cu cei

mai mulţi ioni metalici. Totuşi, singura proteina funcţională, în care ionulde Fe(II) al Mb şi Hb este înlocuit cu un alt ion metalic este coglobina,care conţine Co(II) în locul Fe(II). Afinitatea coglobinei derivate de la Hbpentru O2 este de aproximativ 3 ori mai mică decît cea a Hb. De asemenea,coglobina derivată de la Mb are o afinitate pentru O2 mai mica decat Mb. În

multe privinţe, reacţiile coglobinei sunt similare cu cele ale Hb şi Mb.

Exista însa, unele diferenţe importante:- oxigenarea coglobinei nu presupune o modificare a stării de spin, aşa cumse întîmplă la Mb si Hb, deoarece ambele forme oxi- şi deoxi- ale

coglobinei sunt complecşi de tip spin minim;- oxidul de carbon(II) nu se coordinează la coglobina, pe cînd Hb şi Mb auo afinitate mai mare pentru CO decît pentru O2;

Hemoglobine şi mioglobine în care Fe(II) este înlocuit cu Mn(II,III), Ni(II),Cu(II) sau Zn(II) au fost de asemenea preparate. Totuşi, nici unul din aceşti derivaţi nu fixează reversibil O2.



Culoarea sîngelui Metal-proteina Metalul Reprezentanţi

Rosie, aprinsă (în vene albastru)

Hemoglobina FierulToate vertebratele,unele nevertebrate

Violetă (în vene roz) Hemeritrina Fierul Unele crustacee

Verde(în vene incolor)

Clorocruorina Fierul Unii viermi

Incoloră Hemovanadiu Vanadiul Ascidii marineAlbastră

(în vene albă)Hemocianina Cuprul

Majoritateacrustaceelor



Hemeritrina reprezintă o metal-proteină ce se conţine în sîngele unor nevertebratecapabilă să lege reversibil oxigenul, asigurînd transportul lui în organism.

Centrul activ al hemeritrinei este reprezentat de doi atomi de fier, uniţi prinintermediul unei grupe hidroxilice. La atomii de fier coordinează la fel şi atomii deazot ai ciclurilor imidazolice, precum şi grupele carboxilice ale acizilor glutamic şi aspartic.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Hemerytrin_oxygenation.gif



Forma neoxigenată a hemeritrinei este de culoare violetă aşa cum atomii de fier sunt în gradul de oxidare +2, unul din atomi de fier posedă n.c. egal cu 5, iar al doilea – 6. În forma oxigenată ambii atomi de fier primesc numărul de coordinare 6, se află în starea de oxidare +3 şi această formă oferă sîngelui culoarea roză.



Clorocruorina Hemoglobina

Clorocruorina reprezintă o altă fier-proteină (de culoare verde) capabilă să legeoxigenul şi să asigure transportul lui în organism. Se conţine la unii viermi. Grupa

prosterică a clorocruorinei se deosebeşte de cea a hemoblobinei prin aceea că ogrupă vinilică este înlocuită prin grupa aldehidică.



Hemocianina

Structura subunităţii hemocianinei oxigenate

Cu- proteină ce fixează reversibil dioxigenul şi conţine centre active formate dedoi atomi de Cu+. Se găseşte în sîngele moluştelor . Forma dezoxigenată esteincoloră, iar cea oxigenată este albastră. Hemocianinele provenite de la diferitemicroorganisme apar în formă de mono-, di-, tetra-, hexa- şi octameri.Monomerul proteinei este un octaedru şi conţine 6 subunităţi. În compoziţia unei subunităţi sunt incluse cîteve sute de resturi de aminoacizi, care se unescîn hexamer.



Structura centrului actival hemocianinei deoxigenate şi oxigenate

În forma deoxigenată distanţa Cu...Cu este de 4,6 Å,În forma oxigenată distanţa Cu...Cu este de 3,6 Å,Distanţa Cu...O este de 1,8-1,9 Å.



Clorof i la (chelat al Mg +2 ) - un pigment cu rol esenţial în fotosinteză (centrul reacţional al fotosintezei), care

conţine un inelul porfirinic, având ca ion central ionulMg (II).



Ciancobalamina (chelat al Co +3 ) - vitamina B 12 un factor “anti-anemie”, este singura vitamină cunoscută care conţine un ionmetalic, singurul compus organometalic natural. Molecula este

construită un inel corrinic (un ciclu porfirinic modificat)conţinând un ion de Co(III).



COMPLECŞI TRANSPORTATORI DE SARCINĂ Transportatori de electroni în sistemele vii sunt ionii metalelor (Fe, Cu, Mn, Co, Mo,

Ti etc.). Adiţia sau cedarea electronului este însoţită numai de schimbareaconfiguraţiei electronice a ionului de metal, neafectînd structura componenteiorganice a complexului.Din categoria complecşilor de acest tip face parte ferredoxinele – nişte fier-proteină ce îndeplinesc funcţia de transport a electronului în multe procese redox ce decurg însistemele biologice. Au fost găsite în unele bacterii, plante (spanac), în organele

animalelor (ficat, glande suprarenale). Aceste proteine conţin fier şi sulf, iar atomii de sulf, la rîndul său, se conţin parţial încompoziţia aminoacidului – cisteina, şi, parţial într-o altă formă, numită formă labilă (cu toate că se cunosc şi proteine ce nu conţin sulf labil). Acest sulf labil se elimină sun formă de hidrogen sulfurat la acidularea proteinei.



Complecşi metalici ca medicamente

•Îndep ăr tarea ioni lor metalici din organism;

•Aportul de bioelemente esentiale în organism;

• Medicamente cu actiune antitumorală;

•Medicamente anti inf lamatoare, anti reumetismale;

•Medicamente antimicrobiene.

11



Hematocromatoza – stocarea ionului Fe(III) - tratament cu

desferioxamină = Desferal (chelatant eficient pentru ionul Fe3+ şi cu afinitate mică pentru bioionii Cu2+, Zn2+, Ca2+ şi Mg2+) sau cu 3-hidroxipir idin-4-ona = defer iprona:



Maladia Wilson – acumularea ionului Cu2+ îndiferite organe (creier, ficat, ochi, etc.) -

tratament cu D –penicilamină sautrietilentetramina (TREN):



Tratamentul intoxicaţilor cu ioni metalici exogeni:

1. Chelatare cu EDTA pentru ionii metalici: Pb, Ni, Cr, Co, Cu,Mn, Cd, Hg, Ca;

2. Chelatare cu D-penicilamina sau N-acetil derivatul pentruionii de Hg;

3. Chelatare cu BAL = 2,3-dimercapto-1-propanol =dimercaprol sau cu 2,3-dimercaptopropansulfonat pentru ioniimetalici: Hg, As, Au, Sb.



Aportul de bioelemente esenţiale în organism: • 1. Aportul ionilor M(II) = Zn, Mn, Cu, Mo sub formă de chelaţi

cu aminoacizi - [M(AA)2] sau [M(AA)3] , unde AA = histidina,cisteina, acidul aspartic sau metionina;

2. Aportul ionilor Cr(III) - [Cr(C6H5NO2)3] – chelat al aciduluipicolinic;

3. Aportul ionilor Fe (II) - săruri/complecşi ai Fe(II) - cu:- acizi – lactic, citric, gluconic, fumaric, succinic;- AA – acid aspartic, serină, cisteină;

4. Aportul ionilor Fe(III) - chelaţi polihidroxilici ai Fe(III) cu:dextran, polimaltoza, sorbitol – citrat, etc;

5. Aportul ionilor Ca, Mg(II) - săruri/complecşi:- Ca2+ - gluconat, pantotenat, aspartat;- Mg2+ - orotat, aspartat, gluconolactat;- complecşi [Ca2+]:[Mg2+] = 1:1 sau 2:1 cu acid

gluconolactic, citric, fumaric.



Medicamente cu acţiune antitumorală: complecşi ai

unor ioni metalici - Pt(I I ), Pd(I I ), Rh(I I I ), I r(I I I ),

Ru(I I I ), Fe(I I ), Co(I I ).Co(I I I ), Ni(I I ), Cu(I I ), Au(I I I ),Sn(I I ), Sn(I V), Ti(I V) etc.







Medicamente antiinflamatoare, antireumatismale: complecşi ai

unor ioni metalici - Cu(I I ), Zn(I I ), Au(I I I ) etc.

În calitate de liganzi servesc:

1) glucocorticosteroizi;2) acid salicilic şi derivaţi i lui ; acid antranil ic; acid nif lumic;

feni lbutazona; indometacin; diclofenac.



Medicamente antimicrobiene

Proprietăti antimicrobiene posedă complecşii unorioni metalici: Cu(II), Ag(I), Zn(II), Hg(II), etc. cudiverşi liganzi organici.Sistemele enzimatice ale multor microorganisme sunt

dependente de prezenţa unor ioni metalici.Activitatea antimicrobiană sau antivirală se obţine prin privarea sistemelor enzimatice ale bacteriilor,fungilor şi virusurilor de aceşti ioni metalici, caurmare a complexării lor cu liganzi specifici.



8-hidroxichinolina în chelaţi cu ionii Cu(II) şi Fe(III)tip 1:1; 1:2; 1:3



Sulfadiazina în chelaţi cu ioniul Ag(I) – indicat în arsuriinfectate, răni, suparinfectate etc.



COMPUŞI ORGANOMETALICI

Sunt compuşii cu legături directe METAL – CARBON. În

această categorie de compuşi intră: carbonilii metalici saumetalcarbonilii, complecşii π (complecşi care au ca liganzi

achene, alchine sau hidrocarbuei aromatice; între acestea

metalocenele ocupă un loc important).

• sunt utilizaţi pe scară largă în producţia de medicamente,arome, parfumuri, compuşi agro – chimici, semiconductori,energie, etc.• primul sintetizat a fost „sarea lui Zeise” adică tricloro(etilen)platinat (II) de potasiu în anul 1827.





METALOCENELE

Compuşi, care conţin ca liganzi cicluri de patru,cinci, şase, şapte sau opt atomi, care participă lacoordinarea ionului sau atomului metalic cuorbitalii lor π. Acest tip de legătură a determinat la

începutul anilor 1950 o adevărată revoluţie înteoriile asupra legăturilor chimice. Complecşii careconţineau ionul sau atomul metalic între două

cicluri carbonate paralele au fost denumiţi “complecşi sandwich ” .



Ferocenul = Fe(η5 -C 5 H 5 ) 2 este un complex al ionului Fe+2,având ca ligand ionul ciclopentadienil C5H5

- - un ciclu

aromatic. A fost primul complex sanwich căruia i s-a stabilitstructura (1951):



Cromocenul = Cr(C 6 H 6 ) 2 conţine atomul de Cr0 între două cicluri aromatice de benzen:



Diclortitanocenul = Ti(η5 -C 5 H 5 ) 2 Cl 2 , un complex alTi(IV), având ca liganzi ionii ciclopentadienil şi clorură, are proprietăţi antitumorale:



Metalocene cu proprietăţi antitumorale:

HydroxiferrocifenTitanocen

Documents

3. Compusi Bioanorganici (1)