Aula 2 de BioIn Datei - Moodle @ FCT-UNL
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Bioquímica Química Inorgânica Bioinorgânica Impacto - Medicina - Farmacologia - Agricultura - Ciências do meio ambiente Resolução de problemas - Química - Física - Biologia Molecular Nos sistemas biológicos compostos orgânicos e inorgânicos 70 % 10 % 20 % 0.7% água matéria orgânica biominerais (ossos…) em alguns organismos matéria inorgânica Elements mais abundantes nos organismos vivos: C, H, O, N, S, P compostos orgânicos (> 99% da Biosfera) Elementos Inorgânicos : 0.7% Na, K, Mg, Ca, Fe: macronutrientes (> 1mM) Zn, Cu, Mo, Se, …: micronutrientes (< 1mM) 1 1 H 18 2 Li Be Na Mg 3 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 He C N O F Ne Al Si P S Cl Ar 4 5 K Ca Sc Ti V Rb Sr Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Y 6 13 B Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Sn Sb Te I Xe Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rr Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt 110 111 112 (113) 114 (115) 116 (117) 118 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa Essenciais abundantes U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Essenciais vestigiais Possivelmente esenciais Tóxicos De interesse farmacológico Tabela periódica onde estão indicados os elementos essenciais, alguns elementos tóxicos e elementos de interesse farmacológico. Macronutrientes Elementos Essenciais Micronutrientes Elementos Tóxicos Terapia Elementos usados em Medicina Diagnóstico 2 Efeito fisiológico vs [elemento] Efeito fisiológico Essencial Sobrevi vencia Deficiencia Gama óptima Toxicidad e Letalidad e (a) Critérios para a essencialidade dos elementos Concentração positivo Região de tolerancia Concentração Efeito fisiológico negativo (b) Eliminando da dieta o elemento, aparece uma deficiencia fisiológica Esta deficiencia desaparece quando se administra o elemento específico Possibilidade de associar uma função bioquímica específica ao elemento que se considera essencial (c) Tóxico Figura 1.2. Representação do efeito fisiológico em função da concentração para um: (a) elemento essencial; (b) elemento tóxico; (c) elemento não essencial-não tóxico. Classificação Funcional dos Elementos em Biologia - Elementos essenciais: macro (Na, K, Mg, Ca) e micro (Mn, Fe, Co, Zn, Mo,…) nutrientes - Elementos tóxicos : não têm função biológica (Pb, Cd, Hg, Al, As,…) Bloco d Bloco s 3 -Elementos usados em terapia: têm uma acção farmacológica (Li, Pt, Bi, Au…) - Elementos usados em diagnóstico: (Gd, 99mTc, 67Ga, 111In…) -Elementos essenciais: Bloco s – iões metálicos mais abundantes em biologia. Conc na célula ~mM Na, K: transportadores de carga, gradientes osmóticos Mg, Ca: estabilizadores estruturas Ca: trigger processos biológicos Bloco d Zn: catalizador acido-base Lewis a pH 7 Cu, Fe, Mo: catalizadores redox Proteínas e Enzimas contendo centros metálicos - 33% - os das iões formação enzimas metálicos e contêm iões promovem quebra de metálicos reacções... ligações transferência de electrões e de outros grupos (oxo), etc - Os iões metálicos promovem o enrolamento (‘folding’) de proteínas 4 Ferro e Enxofre em Biologia Cis Cis Cis Cis Cis Cis Cis Enxofre [2Fe-2S] Cis Ferro Cis Cis Cis Cis Cis [3Fe-4S] Cis Cis Hemo [4Fe-4S] “Complexos Inorgânicos” em Biologia Nitrogenase (Mo,Fe) Ferritina (Homem) Citocromo c Clorofila a 5 Os Metais de Transição e o seu papel na Biologia - Replicação celular - Produção de energia (síntese de ATP) - Transporte e armazenamento de O2 - Síntese dos neuro transmissores - Combate o efeito do envelhecimento ao nível da oxidação radicalar de proteínas e DNA - Síntese de RNA - Síntese de hormonas - Fotossíntese .... entre outros! Adaptado de Lippard & Berg ‘Principles of Bioinorganic Chemistry’, 1994 6 Química Bioinorgânica Elementos essenciais Elementos tóxicos Elementos de interesse farmacológico Metaloproteínas: •Transporte e armazenamento: Cd, Hg, Pb, As Proteínas azuis (Cu) Ferritina (Fe) Hemoglobina (Fe) •Enzimas: Carboxipeptidases (Zn) Superóxidodismutase (Cu, Zn, Mn) Coenzima B12 (Co) Terapia: Cancro (Pt, Ti) Artrite (Au) Diagnóstico: MRI (Gd, Mn) Radiofármacos (99mTc) Biomoléculas não proteicas: Sideróforos (Fe) Clorofila (Mg) Química de Coordenação Estrutura dos centros metálicos nos sistemas biológicos Função dos elementos metálicos in vivo Relação estrutura-função in vivo Química Inorgânica Síntese e estudo de compostos modelo simples que mimetizam as propriedades dos centros metálicos Modo de ligação de iões metálicos a moléculas fundamentais à Vida 7 Estruturas de aminoácidos Apolares Polares (neutros) Acídicos Básicos Estrutura de um aminoácido Formação do peptídeo 8 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS Estrutura primária Hélice α Folha β Estrutura terciária Estrutura secundária Estrutura mista Estrutura Quaternária de uma Proteina 9 Estrutura de Bases Purínicas e Pirimidínicas Unidades de açúcar no DNA e RNA 10 - ao nível da estrutura do DNA Iões estabilizadores: Na+, Mg2+ Ligações de H Iões instabilizadores: Cd2+, Pb2+, Hg2+ Nucleotídeo Hidratos de Carbono Iões “duros” ex.: Mg2+, Ca2+ 11 Lípidos Ácidos gordos Glicerídeos Iões “duros” ex.: Mg2+, Ca2+ Fosfolípidos Função: Mensageiro intra e intercelular Na+, Ca2+ Na+, Ca2+ “Triggers” intracelulares: • Influxo rápido de Na+ activa neurónios • Quando a [Ca2+] intracelular aumenta de 10-8 M para 10-6 M: muitas proteinas ligam Ca2+ e activam processos intracelulares 12 Roderick MacKinnon, M.D. (Tufts Medical School, 1982 - Professor of Molecular Neurobiology and Biophysics at The Rockefeller University in New York, USA- 2003 Nobel Prize in Chemistry) Domínios EF em proteinas que ligam Ca2+ Helice-loop-helice - domínios estruturados por ligação de Ca2+ ao loop Ca2+ liga 7 ou 8 oxigénios da ligação peptidica, água e grupos carboxilato da cadeia lateral de Asp ou Glut 13 Calmodulina Tem 4 domínios Helice-loop-helice com 4 locais de ligação a Ca2+ 2 de baixa afinidade e 2 de alta afinidade Papel estrutural de Ca2+ Ca2+ mensageiro intracelular Estudo das propriedades termodinâmicas e cinéticas dos metais de transição - Geometria - Isómeros - Cor - Ligação química - Redox 14
