Progresos de la investigación en química bioinorgánica
Resumen: Este artículo presenta principalmente los avances de la investigación en química bioinorgánica. Principalmente derivado del estudio de mutaciones, estructuras y propiedades de proteínas que contienen oligoelementos; simulación de enzimas; química medicinal inorgánica, este artículo presenta el progreso de la química bioinorgánica desde cuatro aspectos, incluida la investigación sobre el envenenamiento por elementos metálicos.
Palabras clave: química bioinorgánica; proteína; agente quelante; enzima; química medicinal inorgánica
Número de clasificación de la biblioteca china: O62 Código de identificación del documento: A
Número de artículo: 1009-0118(2012)07-0207-02.
La química bioinorgánica es la intersección de la química inorgánica y la bioquímica. Su misión es estudiar la interacción de metales con ligandos biológicos, lo que se basa en avances en química inorgánica y bioquímica. Gracias a los avances en los métodos de investigación, ha sido posible revelar la química bioinorgánica de los procesos vitales. La química bioinorgánica se divide principalmente en dos partes: una es estudiar el papel de los oligoelementos en el objeto mismo y la otra es estudiar la influencia de los oligoelementos externos en el cuerpo.
En primer lugar, se estudió el papel de los oligoelementos en el propio objeto.
(A) Estudio de proteínas que contienen oligoelementos
Las proteínas que contienen oligoelementos son el objeto de investigación en química bioinorgánica. Esta investigación se basa principalmente en la tecnología bioquímica. Las proteínas que contienen oligoelementos son complejos formados por oligoelementos y proteínas. A diferencia de las enzimas, las proteínas que contienen oligoelementos no muestran actividad catalítica, pero tienen otras funciones importantes. Las investigaciones actuales buscan nuevas proteínas y determinan su estructura y propiedades.
La proteína más popular en la actualidad es la selenoproteína, porque la selenoproteína es la principal forma de selenio en el organismo y ejerce sus funciones biológicas. El papel del selenio es principalmente en el cáncer, las enfermedades neurodegenerativas y los virus, pero las conclusiones no son unánimes. Ahora estamos explorando principalmente nuevas selenoproteínas como objetivos para el desarrollo de fármacos preventivos, el tratamiento del cáncer y la detección de fármacos. Por ejemplo, Du Ming obtuvo una nueva proteína que contiene selenio a partir de Ganoderma lucidum rico en selenio mediante precipitación con sulfato de amonio y estudió la relación entre su actividad antioxidante y su contenido de selenio. Se descubrió que la actividad antioxidante de la proteína estaba relacionada con su contenido de selenio.
Además, también se han estudiado los citocromos. Por ejemplo, Guan Molan ha estudiado mutantes del citocromo b5. Para obtener una comprensión más profunda del impacto del aminoácido 64 del citocromo b5 en el microambiente hemo y las propiedades de las proteínas, se realizaron mutaciones conservadoras y no conservadoras en el residuo del aminoácido 64 del citocromo b5. Los estudios han demostrado que el residuo de aminoácido número 64 del citocromo b5 juega un papel importante en la estabilización del grupo protésico hemo y el mantenimiento de la estructura de la proteína. La introducción de otros residuos de aminoácidos en la posición 64 hace que la estructura de la proteína sea inestable.
(2) Simulación enzimática
La simulación enzimática consiste en seleccionar factores dominantes de las enzimas y diseñar y sintetizar algunas moléculas no proteicas que pueden mostrar funciones biológicas y que son mucho más simples que las enzimas naturales. . Al estudiarlos, podemos simular el proceso catalítico de las enzimas, descubrir los factores que controlan los procesos bioquímicos y obtener mejores catalizadores.
Por ejemplo, la investigación sobre las enzimas selenio. Al simular la estructura y función de las selenoenzimas, las personas no solo pueden comprender la relación entre la estructura y la función de las selenoenzimas, sino también desarrollar medicamentos relacionados con las selenoenzimas. Hay tres métodos principales para sintetizar selenoenzima, uno es selenoenzima simulada químicamente, el otro es selenoenzima modificada químicamente y el tercero es la ingeniería genética para producir selenoenzima. Las simulaciones químicas de selenoenzimas se centran principalmente en la simulación de interacciones Se-N en la tríada catalítica, el centro activo de las selenoenzimas. En este sentido, los métodos principales incluyen la síntesis de análogos de selenoenzimas que contienen enlaces Se-N y la introducción de átomos de nitrógeno cerca de los átomos de Se para formar indirectamente quelatos intramoleculares mediante quelación intramolecular para lograr el efecto de los enlaces Se-N. Los principales aspectos de la modificación química de la selenasa son: 1. Convertir la enzima natural en selenasa; 2. Diseñar una enzima de bioimpresión que contenga selenio; 3. Diseñar una enzima de anticuerpo que contenga selenio; Los miméticos de selenoproteínas juegan un papel muy importante en la comprensión de las funciones bioquímicas de las selenoenzimas. Los miméticos de selenoproteínas tienen potencial terapéutico en términos de actividades antioxidantes, anticancerígenas y antivirales.
Otro ejemplo es la simulación química de la nucleasa de Liu Haiyang. Las simulaciones químicas de nucleasas son de gran importancia para la investigación en biotecnología y biología molecular.
Carro es un compuesto macrocíclico con una estructura electrónica de yugo * * *, lo que conduce a su comportamiento químico de coordinación para formar fácilmente complejos con metales. Los complejos formados por él son catalíticamente activos en muchas reacciones. El equipo de investigación estudió la escisión oxidativa catalítica del ADN mediante complejos de monohidroxicarromanganeso. Los resultados muestran que el complejo de manganeso puede catalizar la escisión oxidativa del ADN y el grado de escisión aumenta con el aumento del tiempo de reacción. Song Yumin y otros estudiaron la escisión y unión del ADN mediante complejos de ácido retinoico totalmente transitrio. Los experimentos muestran que, en condiciones fisiológicas, el complejo puede escindir el ADN plasmídico de forma más eficaz que los ligandos y los iones metálicos. Yue Lei et al. estudiaron la actividad de escisión del ADN de los complejos de cromo. Los resultados muestran que el complejo de cromo [Cr(bzimpy)2]+ tiene la actividad de cortar oxidativamente el ADN en presencia de H2O2, pero el ADN escindido puede ser reparado por E. coli...
El La simulación de la nitrogenasa tiene mucha cobertura. El propósito de la enzima nitrogenasa simulada es convertir las moléculas de nitrógeno del aire en compuestos orgánicos en condiciones suaves para que puedan ser utilizados. Las simulaciones del centro activo de la nitrogenasa son principalmente grupos de molibdeno, hierro y azufre, y también hay informes de investigación sobre tioles de molibdeno.
En segundo lugar, estudiar el impacto de los oligoelementos externos en el organismo.
(1) Química Medicinal Inorgánica
El desarrollo de fármacos inorgánicos juega un papel importante en el campo bioinorgánico. El descubrimiento del efecto antitumoral del cisplatino abrió un nuevo campo de la química medicinal inorgánica. En la aplicación de medicamentos contra el cáncer, los medicamentos con cisplatino todavía se usan clínicamente. Hay principalmente cuatro complejos de platino: cisplatino, carboplatino, cisplatino y oxaliplatino. Desde que se descubrió la actividad anticancerígena de los derivados de dialquilestaño en 1980, se han sintetizado dihaluros de dialquilestaño con estructura de cisplatino, compuestos de organoestaño con estructura de carboplatino, derivados de ácido organoestañocarboxílico, etc. ¿Compuestos de germanio, sintetizados a partir del descubrimiento en 1971? Debido a la actividad anticancerígena del sesquióxido de carboxietil germanio, se han sintetizado muchos compuestos orgánicos de germanio. También existen derivados del titanoceno y complejos de tierras raras. Dado que el cáncer es la causa de muerte más importante para la salud y la longevidad humanas, habrá grandes perspectivas para el desarrollo de medicamentos contra el cáncer. Además de sintetizar nuevos medicamentos, mejorar los medicamentos originales sobre la base de los medicamentos originales también es una dirección de investigación futura, porque los medicamentos originales tienen altos efectos tóxicos y secundarios y un pequeño rango anticancerígeno. Por lo tanto, en términos de fármacos anticancerígenos inorgánicos, la principal dirección de desarrollo es sintetizar fármacos anticancerígenos con actividad anticancerígena de amplio espectro y alta eficiencia, efectos secundarios bajos y larga duración; además, no existe una teoría unificada sobre el mecanismo anticancerígeno de; fármacos metálicos inorgánicos Por lo tanto, estudiar el mecanismo de acción de los fármacos anticancerígenos inorgánicos también es una importante dirección de investigación.
Los fármacos inorgánicos también tienen importantes aplicaciones en otros campos. Por ejemplo, la aplicación de complejos de oro en el tratamiento de la artritis reumatoide y la aplicación de tioles de oro en el tratamiento de la artritis reumatoide. Las sales de aluminio también son el fármaco principal en el tratamiento de enfermedades gástricas, y los compuestos que contienen bismuto son el fármaco principal en el tratamiento de las úlceras gástricas. En la investigación de fármacos inorgánicos, los mecanismos terapéuticos de diversos fármacos para enfermedades corporales aún no están claros, por lo que el estudio del mecanismo de acción de los fármacos inorgánicos tiene grandes perspectivas.
El desarrollo de radiofármacos es también la dirección del desarrollo de fármacos inorgánicos. Debido a la aplicación de los trazadores radiactivos y la resonancia magnética nuclear en medicina, diversos agentes de contraste se han convertido en un aspecto indispensable en las aplicaciones clínicas de los médicos, y el bario es uno de ellos.
(2) Tratamiento del envenenamiento por elementos metálicos
Cuando la concentración de elementos metálicos externos excede la concentración requerida por el cuerpo, tendrá un impacto negativo en el cuerpo y causará enfermedades. La toxicidad del elemento se debe principalmente a su fuerte coordinación con grupos biológicos. El tratamiento de la intoxicación por elementos metálicos consiste principalmente en estudiar agentes quelantes con mayor capacidad quelante, de modo que puedan combinarse con iones metálicos tóxicos para formar complejos más estables, que luego se excretan del cuerpo. Un agente quelante ideal debe cumplir las siguientes condiciones: 1. Solubilidad en agua y capacidad quelante suficiente en condiciones de pH fisiológico 2. El tamaño molecular y la estructura deben ser apropiados 3. Los elementos metálicos deben combinarse de forma exclusiva y rápida; el cuerpo; 5. Sin toxicidad evidente. Si se utiliza EDTA para eliminar el exceso de iones, aunque el EDTA tiene un fuerte efecto quelante, su selectividad no es fuerte. Si bien se descargan iones metálicos dañinos, también se pierden algunos iones beneficiosos. Por ejemplo, la deferoxamina B se utiliza para eliminar el exceso de hierro, pero no elimina el hierro del hemo ni de la transferrina. La dirección actual de la investigación de los agentes quelantes médicos es principalmente la investigación de nuevos medicamentos, porque los agentes quelantes actuales no pueden satisfacer las necesidades médicas, independientemente de su tipo o eficiencia para eliminar el envenenamiento por metales.
3. Tendencia de desarrollo de la química bioinorgánica
La tendencia de desarrollo futuro de la química bioinorgánica es la integración orgánica y estrecha de las ciencias de la vida y la tecnología.
Estudia los principios de las moléculas de proteínas y sus funciones biológicas. Sólo hay decenas de miles de genes humanos, pero cientos de miles de proteínas. Se puede ver que la complejidad de la vida debe explicarse a partir de las proteínas. Aproximadamente 1/3 de las proteínas y enzimas actualmente conocidas requieren iones metálicos como cofactores para funcionar, por lo que es muy importante comprender la estructura y las funciones biológicas de estas macromoléculas biológicas. Investigación sobre ácidos nucleicos. El estudio del reconocimiento selectivo y la regulación de secuencias, configuraciones y regiones de ácidos nucleicos por elementos metálicos es un foco importante de la química bioinorgánica. Por ejemplo, se ha descubierto que muchas lipoproteínas de zinc regulan el ADN o el ARN. La investigación en esta área tendrá un impacto importante en los futuros fármacos inorgánicos.
Dado que las ciencias de la vida serán uno de los puntos críticos de investigación en el siglo XXI, la química bioinorgánica, que está estrechamente relacionada con las ciencias de la vida, se desarrollará enormemente y hará mayores contribuciones a la humanidad.
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