Τι είναι η βιολογική χημεία;

Η βιολογική χημεία είναι ένας κλάδος της ανόργανης χημείας που περιλαμβάνει έρευνα για την κυρίως πώς αλληλεπιδρούν τα μεταλλικά ιόντα με τον ζωντανό ιστό, κυρίως μέσω της άμεσης επίδρασής τους στην ενζυμική δραστηριότητα.Εκτιμάται ότι το ένα τρίτο των ενζύμων και των πρωτεϊνών στο ανθρώπινο σώμα βασίζεται σε μεταλλικά ιόντα για να λειτουργούν σωστά με διάφορους βασικούς τρόπους.Αυτές οι βιολογικές περιοχές χρησιμοποιούν πρωτεΐνες με μεταλλικά ιόντα που υπάρχουν για να μεταφέρουν ενέργεια μέσω ηλεκτρονίων, στη μεταφορά οξυγόνου και για τον μεταβολισμό του αζώτου.Η υδρογονάση επηρεάζεται επίσης από μεταλλικά ιόντα στο σώμα, το οποίο είναι ένα ένζυμο που βασίζεται σε μικροοργανισμό που είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά υδρογόνου, καθώς και αλκυλτρανσφεράσων, τα οποία είναι ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά αλκυλικών ομάδων μεταξύ μορίων.Υπάρχουν πάνω από δώδεκα μέταλλα που εμπλέκονται σε τέτοιες διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένου του ψευδαργύρου, του σιδήρου και του μαγγανίου, με μεταλλικά στοιχεία με βάση βιταμίνες που παίζουν επίσης σημαντικούς ρόλους σε τέτοια δραστηριότητα όπως το κάλιο και το ασβέστιο. Κάθε ομάδα μεταλλικών ιόντων εκτελεί επιλεγμένο εύροςτων λειτουργιών στη βιολογική χημεία.Τόσο το νάτριο όσο και το κάλιο δρουν ως φορείς φορτίου ηλεκτρονίων και διατηρούν ισορροπία φορτίου σε διαπερατές μεμβράνες.Το μαγνήσιο, το ασβέστιο και ο ψευδάργυρος εκτελούν δομικούς ρόλους σε κυτταρικό επίπεδο και ιδιαίτερα το μαγνήσιο και ο ψευδάργυρος μπορούν να καταλύουν τη διαδικασία υδρόλυσης όπου οι ενώσεις διασπώνται σε διάλυμα νερού.Τα μεταλλικά ιόντα όπως το μολυβδαινικό δρουν ως ένα ψεκασμό αζώτου, ενώ η βοήθεια σιδήρου και χαλκού στη μεταφορά οξυγόνου.Ενώ αυτές είναι όλες οι σημαντικές λειτουργίες στο σώμα, οι αρχές της βιολογικής χημείας απαιτούν μόνο ιχνοστοιχεία μεταλλικών ιόντων όπως το μαγγάνιο, το λίθιο και το μολυβδαινικό για την εκτέλεση αυτών των τύπων λειτουργιών και η υπερβολική τους μπορεί να είναι τοξική και ακόμη και θανατηφόρα.Σε πολλές περιπτώσεις, η βιοχημεία για τα ζώα περιλαμβάνει συνεταιριστικές προσπάθειες με βακτηρίδια που υπάρχουν στο σώμα.Η βιολογική χημεία βασίζεται σε αυτή τη συμβιωτική σχέση με παραδείγματα όπως τα μεταλλικά ιόντα του βαναδίου και του μολυβδαινίου, καθώς βοηθούν τα βακτηρίδια που καθορίζουν το άζωτο να λειτουργούν στο σώμα ή οργανισμούς με βάση την υδρογονάση που μεταφέρουν υδρογόνο.Ενώ πολλά από αυτά τα μέταλλα εισάγονται στο σώμα από τη δίαιτα ή υπάρχουν σε βακτήρια, μερικά υπάρχουν και ως συστατικά μεταλλοπρωτεϊνών, τα οποία είναι μόρια πρωτεΐνης με δομές μεταλλικών ιόντων με φυσικά συνδεδεμένα.

Εκτός από τη φυσική φυσιολογική δράση των μεταλλικών ιόντων στη βιολογική χημεία, αποτελούν επίσης αντικείμενο μελέτης στη φαρμακευτική έρευνα.Η τοποθέτηση μεταλλικών ιόντων στα φάρμακα μπορεί να τους επιτρέψει να μεταβολίζονται πιο εύκολα από το σώμα.Αυτή η ποικιλομορφία των λειτουργιών για τα μεταλλικά ιόντα έχει ως αποτέλεσμα τη μελέτη τους από μια σειρά φυσικών επιστημών που λειτουργούν στην ανόργανη χημεία από την περιβαλλοντική χημεία έως την τοξικολογία και τους εξειδικευμένους τομείς όπως η ενζυμολογία.