Место бионеорганической химии в системе наук

15 Июня в 15:32 1966 0


В развитии человечества обычно выделяют несколько культурно-исторических эпох.

Критерием такого выделения являются материалы, из которых изготовляли основные орудия труда и оружие. Назовём их: «каменный век» («палеолит», «мезолит», «неолит») — орудия из различных видов камня, «медно-каменный век» («энеолит») — орудия из меди, «бронзовый век» — орудия из сплавов меди, олова и цинка, «железный век» (до XX века) — орудия из железа и его сплавов, впервые полученных халибами из магнетитовых песков побережья Чёрного моря.

Вспомним, что камни представляют собой главным образом алюмосиликаты, сыгравшие в своё время определяющую роль в возникновении органической жизни на Земле. Таким образом, металлы всегда были основой материальной жизни человечества (табл. 1).

Таблица 1. Культурно-исторические эпохи развития человечества и преимущественно используемые в них металлы

Эпохи

Временные рамки (века и годы)

Главный признак

Каменный век («палеолит», «мезолит», «неолит»)

Более 4 тыс. до н.э.

1/2 литосферы составляют алюмосиликаты (полевые шпаты) (М+)n(AlO4)n(SiO4)n, где М - металлы 1 группы

Медный век («энеолит»)

4-3 тыс. до н.э.

Си

Бронзовый век

35/33 - 13/11 вв. до н. э.

+ Sn, Zn

Железный век

11 в. до н.э. — XX в.

+ Fe, Ti, Co, Al, W и др.

Век нанотехнологии

XX в. — настоящее время

+ Li, Be, Sc, V, Ti, Ga, Ge, As, Sr, Nb, Y, Zr, Hf, Та, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd и др.


В настоящее время мир вступил в эпоху, названную в 1959 г. Р. Фейнманом «веком нанотехнологии». Имеется в виду междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, изучающая методы производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Особенностью этой эпохи является широкое использование при создании высокотехнологичных продуктов редких и редкоземельных металлов. Без них развитие нанотехнологии невозможно.

В 1950 г. химики-неорганики и биохимики провели несколько саммитов, посвященных биологическим и медицинским аспектам роли металлов в природе, в результате которых сформировалась новая научная дисциплина — бионеорганическая химия. В первые десятилетия её называли также неорганической биохимией. В настоящее время чаще используют первое название.


Термин биологическая неорганическая химия («бионеорганика») описывает участие ионов металлов в биологических процессах и определяется как приложение принципов координационной химии к биологическим проблемам (Эйхгорн, 1978).

Такое приложение потребовалось, поскольку в физиологических (нейтральных) условиях среды, то есть при рН выше 5, металлы практически никогда не находятся в форме свободных ионов. Они образуют комплексы с различными молекулами неорганической или органической природы, называемыми в этом случае лигандами (ранее их называли «аддендами»). Следует отметить, что бионеорганическая химия изучает не только соединения металлов, но и другие неорганические молекулы, например, NO.

Предметная область бионеоргаиики достаточно полно описана уже в первой монографии по этой дисциплине «Неорганическая биохимия» (Эйхгорн, 1978). Прежде всего, к ней относится координационная химия (структура и стереохимия координационных соединений — КС, их устойчивость, электронное строение комплексов Fe).

Далее — взаимодействие ионов металлов с аминокислотами, пептидами и родственными им природными хелатирующими агентами и белками, а также с другими простетическими группами, например, с витамином В6 и компонентами металлофлавиновых комплексов.

Особое место отведено порфириновым соединениям и их лигандам, в частности, темам и геминам, гемо- и миоглобинам, цитохромам a, b и с, цитохромоксидазе, пероксидазе и каталазе, хлорофиллу, корриноидам, а также полинуклеотидам и нуклеиновым кислотам, включая комплексы нуклеозидов и нуклеотидов. Далее в рамках бионеорганики рассматривается значение комплексообразования для переноса различных веществ через мембраны, например, в составе ионофоров и белков.

Описана роль металлопротеинов (ферритин, трансферрины, церулоплазмин, гемэритрин, гемоцианин) в накоплении и переносе молекул тяжелых металлов (ТМ), роль металлоферментов, в частности, карбоксипептидазы А и других пептидаз, карбоангидразы, щелочной фосфатазы, киназы. Описана роль комплексов металлов в окислительно-восстановительных процессах, в частности, при катализе ионами металлов реакций с участием молекулярного кислорода и при фиксации молекулярного азота.

Таким образом, в состав бионеорганики, как научной дисциплины, изначально были включены понятия и терминология нескольких отраслей химии координационной химии (донорно-акцепторная связь, структура и стереохимия КС, константы устойчивости КС, хелатообразование) и элементологии (микроэлементы, физические и химические характеристики элементов); биохимии биохимии лигандов (оптическая изомерия, функциональные группы основных веществ живых клеток — белков, углеводов, липидов, порфиринов, нуклеиновых кислот), этимологии и биомембранологии (перенос и обмен веществ, энергии и информации).

Помимо этого, привлечены также понятия ряда других дисциплин: геохимии, электрохимии, молекулярной биологии, теоретической эволюционной биологии, аналитической химии, спектрометрии. Формирование бионеорганики подчинено определенной внутренней логике, заставляющей рассматривать ряд перечисленных дисциплин совместно.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74222 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19372 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17181 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы