Биоорганометаллическая химия — это изучение биологически активных молекул, содержащих углерод, непосредственно связанный с металлами или металлоидами. Важность центров основной группы и переходных металлов давно признана важной для функции ферментов и других биомолекул. Однако лишь небольшая часть встречающихся в природе металлокомплексов и синтетически полученных фармацевтических препаратов являются металлоорганическими ; то есть они имеют прямую ковалентную связь между металлом (лоидом) и атомом углерода. Первыми и долгое время единственными примерами встречающихся в природе биоорганометаллических соединений были кофакторы кобаламина (витамин B 12 ) в его различных формах. [1] В 21 веке, в результате открытия в биологии новых систем, содержащих связи углерод-металл, биоорганометаллическая химия быстро превращается в отдельный раздел бионеорганической химии, который находится между металлоорганической химией и биохимией . Встречающиеся в природе металлоорганические соединения включают ферменты и сенсорные белки . Также в этой области находятся синтетически полученные металлоорганические соединения, которые служат новыми лекарствами и агентами визуализации ( технеций-99m сестамиби ), а также принципы, относящиеся к токсикологии металлоорганических соединений (например, метилртуть ). [2] [3] Следовательно, биоорганометаллическая химия становится все более актуальной для медицины и фармакологии . [4]
Витамин B12 является выдающимся биоорганометаллическим видом. Витамин B12 на самом деле представляет собой набор родственных кофакторов ферментов, некоторые из которых содержат связи кобальт-алкил, и участвует в реакциях биологического метилирования и 1,2-углеродной перегруппировки. Долгое время с тех пор, как его структура была выяснена Ходжкиным в 1955 году, считалось, что это единственный пример встречающейся в природе биоорганометаллической системы.
Некоторые биоорганометаллические ферменты осуществляют реакции с участием монооксида углерода . Дегидрогеназа монооксида углерода (CODH) катализирует реакцию конверсии вода - газ , которая обеспечивает CO (через промежуточный никелакарбоксилат ) для биосинтеза ацетилкофермента A. На последний этап осуществляет фермент Ni-Fe , CO-метилирующий ацетил-КоА-синтазу (ACS). CODH и ACS часто встречаются вместе в тетрамерном комплексе, где CO переносится через туннель, а метильная группа обеспечивается метилкобаламином .
Гидрогеназы являются биоорганометаллическими в том смысле, что их активные центры обладают функциональностью Fe-CO, хотя лиганды CO являются лишь зрителями. [5] Биядерные [FeFe]-гидрогеназы имеют активный центр Fe 2 (μ-SR) 2 (μ-CO)(CO) 2 ( CN ) 2 , соединенный с кластером 4Fe4S через мостиковый тиолат. Активный центр [NiFe]-гидрогеназ описывается как (NC) 2 (OC)Fe(μ-SR) 2 Ni(SR) 2 (где SR — цистеинил ). [6] Мононуклеарные [Fe]-гидрогеназы содержат активный центр Fe(CO) 2 (SR)(LX), где LX — 6-ацилметил-2-пиридиноловый лиганд, связанный с Fe-центром через пиридиловый азот (L). и ацильный углерод (X). [7] [8] Таким образом, этот класс гидрогеназ представляет собой примеры встречающихся в природе ацильных комплексов железа.
Метаногенез , биосинтез метана, влечет за собой на последнем этапе разрыв никель - метильной связи в кофакторе F430 .
Железомолибденовый кофактор ( FeMoco ) нитрогеназ содержит единицу Fe 6 C и является примером межузельного карбида , обнаруженного в биологии. [9] [10]
Сообщается, что первый пример встречающихся в природе разновидностей арилметалла, клещеобразный комплекс, содержащий связь никель-арил, образует активный центр лактатрацемазы . [11]
Известно, что некоторые [NiFe]-содержащие белки воспринимают H 2 и таким образом регулируют транскрипцию.
Известно, что медьсодержащие белки чувствительны к этилену, который, как известно, является гормоном, отвечающим за созревание фруктов. Этот пример иллюстрирует важную роль металлоорганической химии в природе, поскольку лишь немногие молекулы за пределами комплексов низковалентных переходных металлов обратимо связывают алкены. Циклопропены ингибируют созревание, связываясь с центром меди (I). Связывание с медью также участвует в обонянии олефинов млекопитающими. [12]
Окись углерода встречается в природе и является фактором транскрипции через свой комплекс с сенсорным белком на основе порфиринов железа.
Металлоорганические соединения, содержащие ртуть (например, тиомерсал ) и мышьяк (например, сальварсан ), имели долгую историю использования в медицине в качестве неселективных противомикробных препаратов до появления современных антибиотиков.
Титаноцендихлорид проявляет противораковую активность, а дихлордобис[( п -метоксибензил)циклопентадиенил]титан в настоящее время является кандидатом на противораковое лекарство. Арен- и циклопентадиенильные комплексы являются кинетически инертными платформами для создания новых радиофармпрепаратов.
Кроме того, были проведены исследования с использованием экзогенных полусинтетических лигандов; в частности, к переносчику дофамина, наблюдая повышенную результирующую эффективность в отношении вознаграждения, способствующего поведению ( выраженность стимулов ) и привыкания, а именно с соединением фенилтропана [η 6 -(2 β -карбометокси-3 β -фенил)тропан]трикарбонилхром .
Металлоорганические соединения , выделяющие угарный газ , также активно исследуются из-за важности угарного газа как газопередатчика .
В области биоорганической химии находится изучение судьбы синтетических металлоорганических соединений. В этом отношении значительное внимание привлек тетраэтилсвинец , а также его преемники, такие как метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца . Метилртуть — особенно печально известный случай; этот катион образуется в результате действия ферментов, родственных витамину B12, на ртуть.