Chimie bioinorganique

Histoire

Paul Ehrlich a utilisé des organoarsenic ("arsenicaux") pour le traitement de la syphilis. Cela a démontré l'intérêt des métaux, ou du moins des métalloïdes, pour la médecine. Puis Rosenberg a découvert l'activité anticancéreuse du cisplatine (cis-PtCl2(NH3)₂₎. La première protéine jamais cristallisée a été l'uréase. Celle-ci contient du nickel à son site actif. La cristallographie de Dorothy Hodgkin a montré que la vitamine B12, le remède contre l'anémie pernicieuse, possède un atome de cobalt dans un macrocycle de la corrine. La structure de Watson-Crick pour l'ADN a démontré le rôle structurel clé joué par les polymères contenant du phosphate.

Domaines de recherche

Certains domaines d'intérêt de la recherche sont :

• Transport et stockage des ions métalliques : il s'agit d'un ensemble diversifié de canaux ioniques, de pompes ioniques (par exemple la NaKATPase), de vacuoles, de sidérophores et d'autres protéines et petites molécules dont le but est de contrôler soigneusement la concentration des ions métalliques dans la cellule (parfois appelée métallome).
• Enzymes hydrolases : elles comprennent un ensemble varié de protéines qui interagissent avec l'eau et les substrats. L'anhydrase carbonique, les métallophosphatases et les métalloprotéinases sont des exemples de cette classe de métalloprotéines.
• Protéines de transfert d'électrons contenant des métaux :
• les protéines fer-soufre telles que les rubrédoxines, les ferredoxines et les protéines de Rieske
• les protéines de cuivre bleu
• cytochromes
• Les protéines de transport et d'activation de l'oxygène : elles utilisent des métaux tels que le fer, le cuivre et le manganèse. L'hème est utilisé par les globules rouges sous forme d'hémoglobine pour le transport de l'oxygène. Les autres systèmes de transport de l'oxygène sont la myoglobine, l'hémocyanine et l'hémythrine. Les oxydases et les oxygénases sont des systèmes métalliques présents dans la nature qui tirent parti de l'oxygène pour effectuer des réactions importantes telles que la production d'énergie. Certaines métalloprotéines sont conçues pour protéger un système biologique contre les effets potentiellement nocifs de l'oxygène et d'autres molécules réactives contenant de l'oxygène, comme le peroxyde d'hydrogène. Une métalloprotéine complémentaire de celles qui réagissent avec l'oxygène est la chlorophylle, base de la photosynthèse. La chlorophylle est un pigment à anneau de carbone, similaire à d'autres pigments de porphyrine tels que l'hème. Au centre de l'anneau de chlore se trouve un ion de magnésium. Ce système fait partie de la machinerie protéique complexe qui produit de l'oxygène comme le font les plantes lors de la photosynthèse.
• Les systèmes bioorganométalliques tels que les hydrogénases et la méthylcobalamine sont des exemples biologiques de composés organométalliques. Ce domaine est davantage axé sur l'utilisation des métaux par les organismes unicellulaires. Les composés bioorganométalliques sont importants dans la chimie de l'environnement.
• Les voies du métabolisme de l'azote : elles font appel aux métaux. L'azoténase est l'une des métalloprotéines les plus connues associées au métabolisme de l'azote. Plus récemment, l'importance cardiovasculaire et neuronale de l'oxyde nitrique a été examinée, notamment l'enzyme synthase de l'oxyde nitrique. (Voir aussi : assimilation de l'azote).
• Les métaux en médecine : il s'agit de l'étude de la conception et du mécanisme d'action des produits pharmaceutiques contenant des métaux, et des composés qui interagissent avec les ions métalliques endogènes dans les sites actifs des enzymes. Ce domaine diversifié comprend les médicaments anticancéreux à base de platine et de ruthénium, les agents de chélation, les chaperons de médicaments à base d'or et les agents de contraste à base de gadolinium.
• Dans le domaine de la santé mentale : certains composés inorganiques ont été trouvés pour traiter certains troubles. Par exemple, le carbonate de lithium a été utilisé pour traiter la manie dans les troubles bipolaires.