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Papéis dos íons metálicos na bioquímica

Dois terços de todos os elementos são metais. Uma de suas propriedades mais importantes é que não podem ser facilmente ionizados. Isso significa que sobrevivem no corpo em sua forma iônica e podem participar de muitas reações biológicas. Como existem tantos papéis dos íons metálicos na bioquímica, eles devem ser divididos em categorias e explicados usando exemplos.

Moléculas de RNA e síntese de proteínas

Embora a baixa ionização seja geralmente benéfica para íons metálicos na bioquímica, os metais mais reativos podem ter promovido a evolução de moléculas de ácido ribonucleico (RNA) em máquinas modernas de síntese de proteínas. A síntese de proteínas é o mecanismo que permite aos humanos construir moléculas complexas como enzimas, chaperonas e proteínas de transporte celular. Magnésio e Potássio são dois exemplos de íons metálicos úteis na biologia do RNA. Ambos são espécies catiônicas que podem se ligar firmemente ao RNA polianiônico e podem auxiliar a molécula de RNA durante a dobra, o que significa que funciona de forma mais eficaz durante a síntese de proteínas.

Catálise enzimática

Íons metálicos desempenham um papel importante na formação de complexos metálicos e trabalham em estreita colaboração com muitas enzimas no corpo. Eles são os mediadores ou "co-substratos" de muitas reações relacionadas a enzimas, ligando-se brevemente a uma seção da molécula, trazendo-a junto com seu substrato, e então liberando-a novamente quando a reação correta ocorreu. A DNA Ligase é um exemplo de enzima que tem um íon metálico presente em seu sítio ativo durante a fase de reação, ou "catálise". O íon metálico ajuda a acelerar a reação atraindo o substrato para o sítio ativo e mantendo-o lá usando forças eletrostáticas. Metaloenzimas são formadas quando o íon metálico se liga mais fortemente à enzima, criando um complexo estável, como o ferro na hemoglobina no sangue.

Uso de energia nos músculos

O magnésio trabalha com o complexo ATP (trifosfato de adenosina) para permitir que seus músculos derivem energia dos alimentos. Este é outro processo de vida essencial. A catálise de íons metálicos causa uma estabilização da carga negativa em desenvolvimento nas partes dos substratos que tentam sair do sítio ativo do complexo ATP. Isso os libera para sair, para que o processamento correto possa continuar. Se o substrato não saísse da molécula após a fase de reação, o ATP seria incapaz de aceitar novos substratos. Nenhuma nova energia seria obtida para a função muscular.

Regulação gênica e controle de doenças

Aproximadamente um terço de todas as proteínas conhecidas contém íons metálicos como cofatores. Uma função importante que esses quelatos metálicos, ou complexos, realizam é na regulação de genes, que é vital para a sobrevivência da espécie. Muitas doenças, incluindo defeitos genéticos, foram identificadas como sendo causadas exclusivamente por defeitos, inconsistências e metabolismo incorreto de íons metálicos no corpo. Metais da platina, que têm estereoquímica rica e podem atuar como co-fatores fortes e eficazes, não são conhecidos por sua ocorrência no corpo. Eles estão agora sendo usados em pesquisas para desenvolver bioquímicas de reação mais rápidas e eficientes, que podem ajudar a prevenir ou tratar doenças como hemocromatose e Doença de Menkes.

Armazenamento de ferro

O ferro é essencial para o seu corpo por muitas razões, não menos por sua importante função no sangue e fígado. O ferro não pode ser absorvido ou removido do corpo sem a assistência de moléculas complexas chamadas "quelantes". A transferrina é um exemplo natural. Quelantes de ferro ajudam a absorver ferro do trato gastrointestinal, mas algumas pessoas têm uma condição que faz com que absorvam demais. Se o excesso de ferro não for removido e excretado, elas podem desenvolver um caso potencialmente fatal de toxicidade por ferro. Isso representa um equilíbrio interessante entre a função correta de um complexo de íon metálico e uma perda mortal de função. Quelatos sintéticos estão sendo projetados para tratar sobrecarga de ferro.