Post on 02-Jun-2018
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 1/38
COMPUŞI BIOANORAGANICI
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 2/38
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:
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 3/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 4/38
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).
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 5/38
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
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 6/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 7/38
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
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 8/38
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).
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 9/38
Fiecare moleculă de hemoglobină poate lega 4 molecule de O2,pentru că are în componenţă patru unităţi de hem.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 10/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 11/38
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
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 12/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 13/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 14/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 15/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 16/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 17/38
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).
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 18/38
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).
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 19/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 20/38
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
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 21/38
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:
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 22/38
Maladia Wilson – acumularea ionului Cu2+ îndiferite organe (creier, ficat, ochi, etc.) -
tratament cu D –penicilamină sautrietilentetramina (TREN):
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 23/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 24/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 25/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 26/38
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 27/38
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 28/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 29/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 30/38
8-hidroxichinolina în chelaţi cu ionii Cu(II) şi Fe(III)tip 1:1; 1:2; 1:3
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 31/38
Sulfadiazina în chelaţi cu ioniul Ag(I) – indicat în arsuriinfectate, răni, suparinfectate etc.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 32/38
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.
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 33/38
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 34/38
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 ” .
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 35/38
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):
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 36/38
Cromocenul = Cr(C 6 H 6 ) 2 conţine atomul de Cr0 între două cicluri aromatice de benzen:
8/10/2019 3. Compusi Bioanorganici (1)
http://slidepdf.com/reader/full/3-compusi-bioanorganici-1 37/38
Diclortitanocenul = Ti(η5 -C 5 H 5 ) 2 Cl 2 , un complex alTi(IV), având ca liganzi ionii ciclopentadienil şi clorură, are proprietăţi antitumorale: