Exemples historiques
Paul Ehrlich a utilisé des composés de l'
arsenic pour le traitement de la
syphilis, démontrant la pertinence d'utiliser des
éléments métalliques (en l'occurrence, l'arsenic est un
métalloïde) en médecine. Cette stratègie porta ses fruits avec la découverte de l'activité
anti-cancereuse du
cisplatine (cis-PtCl
2(NH
3)
2).
La première protéine à avoir été cristallisée a été l'uréase. Il a été montré par la suite que cette protéine contenait du nickel au site actif.
Dorothy Crowfoot Hodgkin a montre cristallographiquement que la Vitamine B12 contenait un complexe macrocyclique de cobalt.
La structure de l'ADN par Watson et Crick a montrée le rôle structurant des unités phosphate sous forme polymérique.
Les métaux en biologie et en médecine
La chimie bioinorganique s'intéresse à divers systèmes distincts. Ces domaines incluent le transport et le stockage des ions métalliques, les
métalloenzymes hydrolytiques, les métalloprotéines à transfert d'électrons, les métalloprotéines servant au transport et à l'activation du
dioxygène ainsi que des systèmes bioorganométalliques (avec une liaison métal-
carbone). La chimie bioinorganique s'intéresse aussi à l'étude de la dynamique des
cations métalliques dans les systèmes biologiques et à la conception de médicaments à base d'éléments métalliques.
Transport et stockage des ions métalliques
Le transport et stockage des ions métalliques s'interesse aux canaux ioniques, pompes ioniques (par exemple la NaKATPases) et aux autres protéines ou petites molécules (tels que les sidérophore) dont le but est de contrôler la concentration de cations métalliques dans les cellules.
Métalloenzymes hydrolytiques
Les métalloenzymes hydrolytiques incluent des protéines qui catalysent les réactions d'hydrolyse. Dans le cycle catalytique de ces enzymes l'eau joue le rôle de ligand pour le cation métallique dans certains intermédiaires. Des exemples de cette classe de protéines sont l'anhydrase carbonique et les métallophosphatases et les métalloprotéinases (telles que la carboxypeptidase).
Métalloprotéines à transfert d'électrons
Les métalloprotéines à transfert d'électrons consistent en 3 classes majeures
- protéines contenant des clusters fer-soufre telles que la rubrédoxinss, la ferrédoxine, protéine de Rieske, et les aconitases.
- les protéines à cuivre bleu.
- les cytochromes
Ces protéines sont complementaires à des transporteurs d'électrons non métalliques tels que la
nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) et la
flavine adénine dinucléotide (FAD).
Métalloprotéines de transport et d'activation du dioxygène
Les métalloprotéines de transport et d'activation du dioxygène utilisent des éléments métalliques tels que le fer, le cuivre ou le manganèse. L'hème est utilisé par les globules rougess au sein de l'hémoglobine. D'autres métalluprotéines servant au transport de l'oxygène sont la myoglobine, l'hémocyanine, et l'hémérythrines. Les oxydase et les oxygénases sont trouvés dans la majorité des organismes vivants pour utiliser le dioxygène pour réaliser des fonctions importantes telles que le dégagement d'énergie dans avec la cytochrome c oxidase ou l'oxydation de petites molécules avec le système cytochrome P450 oxidase/cytochrome P450 ou la méthane monooxygénase. D'autres métalloprotéines sont destinées à protéger les organismes vivants contre le stress oxydants. Ces systèmes incluent les peroxydase, catalases et superoxyde dismutases. Dans le cadre de la photosynthèse un site actif composé de 4 ions de manganèse sert à l'oxydation de l'eau.
Systèmes bioorganométalliques
Les systèmes bioorganométalliques tels que les hydrogénases et la méthyl-cobalamine sont des exemples biologiques de chimie organométallique.
Métabolisme de l'azote
Le métabolisme de l'azote utilise des éléments métalliques. La nitrogénase (enzyme à molybdène et fer) est associée au métabolisme de l'azote. Plus récemment l'importance cardiovasculaire et neuronale du monoxyde d'azote (NO) a été découverte. NO est produit par la NO synthase, une protéine contenant un groupemetnt hème.
Dynamique des cations métalliques dans les systèmes biologiques
Diverses maladies, comme la maladie de Wilson sont dus à un dysfonctionnement de l'homéostasie des cations métalliques. Dans le cas de la maladie de Wilson, il s'agit du Cu(II).
Médicaments à base d'éléments métalliques
Les exemples les plus connus de médicaments à base d'éléments métalliques sont le cisplatine , dans le cadre de la thérapie du cancer et les agents de contraste à base de Gd(III) pour l'IRM).
Liens externes
Bibliographie
- Ivano Bertini, Harry B. Gray, Edward I. Stiefel, Joan Selverstone Valentine, Biological Inorganic Chemistry, University Science Books, 2007, ISBN 1-891389-43-2
- Rosette M. Roat-Malone, Bioinorganic Chemistry : A Short Course, Wiley-Interscience;, 2002, ISBN 0-471-15976-X
- Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principes de biochimie minérale, De Boeck-Wesmael, 1997, ISBN 2-8041-2517-3
- Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski 'Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life.' John Wiley and Sons, 1994, ISBN 0-471-94369-X
- Lawrence Que, Jr., ed., Physical Methods in Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 2000, ISBN 1-891389-02-5
- J.J.R. Fraústo da Silva and R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: The inorganic chemistry of life, 2nd Edition, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850848-4
- Ivano Bertini, Harry B. Gray, Edward I. Stiefel, Joan Selverstone Valentine, Biological Inorganic Chemistry, University Science Books, 2007, ISBN 1-891389-43-2
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