Idrogeno

Ossigeno

Azoto

Carbonio

Fosforo

Zolfo

Chimica Inorganica Biologica Introduzione

Carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno,

fosforo e zolfo sono i costituenti di tutti i

componenti della cellula: proteine, acidi

nucleici, lipidi, membrane, zuccheri,

metaboliti. La chimica di questi sei

elementi e dei loro composti è oggetto

della biochimica classica.

Chimica Inorganica Biologica Introduzione

Tuttavia, perché ci sia vita è necessaria la presenza

di un'altra ventina di elementi, storicamente

considerati non-bio e quindi inorganici.

elementi più abbondanti

elementi in tracce essenziali per batteri, piante e animali

elementi in tracce essenziali solo per alcune specie

Metalli presenti negli enzimi

Chimica Inorganica Biologica Introduzione

abbondanza

ruolo

tossicità

Mo 1-2 ppm in rocce, terreno, piante, animali marini e terrestri

Fe 5% in rocce, 0.02-0.04% in piante ed animali.

V Le ascidie concentrano il vanadio dall’acqua del mare per diversi ordini di

grandezza attraverso una proteina. Il ruolo è tuttavia sconosciuto.

Se Un elemento essenziale per i mammiferi: una carenza provoca la cosiddetta

"malattia del muscolo bianco", se in eccesso causa capelli fragili, unghie

deformate, eruzioni, gonfiore cutaneo e provoca avvelenamento negli animali

che si nutrono di Astragalus piante che concentrano il Se dal suolo.

NaCl Gli organismi marini vivono ad una concentrazione 0.6 M di

NaCl, tossica per ipertonicità per gli organismi terrestri.

Ione Raggio ionico Densità di carica Numeri di coordinazione

Interno della cellula (mM)

Esterno della cellula (mM)

Na+ 0.95 1.05 sei 12 145

K+ 1.33 0.75 sei e otto 140 5

Mg2+ 0.65 6.15 sei 30 1

Ca2+ 0.99 4.04 sei e otto 1 4

Chimica Inorganica Biologica I metalli del blocco s

Na Importante nel funzionamento dei nervi è il catione principale dei fluidi extracellulari negli animali.

Ha un ruolo fondamentale nei processi osmotici e nei potenziali di membrana. In particolare attiva la Na+-

ATPasi. È letale a concentrazioni molto elevate (3g/Kg).

K Importante per tutti gli organismi ad eccezione di alcune alghe. Ha un ruolo fondamentale nella

trasmissione degli impulsi nervosi. È il catione principale dei fluidi intracellulari negli animali. Ha un ruolo

fondamentale nei processi osmotici e nei potenziali di membrana. In particolare attiva la K+-ATPasi e la

piruvato fosfochinasi. È letale se iniettato in vena.

Ca Essenziale per tutti gli organismi in quanto costituente nelle pareti cellulari, ossa e conchiglie,

Importante negli equilibri elettrochimici ed ormonali e come trasportatore di carica. È coinvolto nella

coagulazione del sangue. È innocuo a concentrazioni anche molto elevate.

Mg Essenziale per tutti gli organismi ed è presente in tutte le clorofille. Importante negli equilibri

elettrochimici e di attivazione degli enzimi (fosfotransferrasi, fosfoidrasi, DNA polimerasi). È innocuo a

concentrazioni anche molto elevate. È fondamentale per il funzionamento dell’ATPasi favorendo il

trasferimento di un fosforile.

Chimica Inorganica Biologica I metalli di transizione

Gli elementi di transizione (MT)

presentano i gusci d o f

parzialmente occupati nello

stato elementare o nelle forme

ossidate.

V Importante nei processi metabolici (fissazione dell'azoto; ossidasi). Essenziale per le ascidie, per i

pulcini ed i ratti. Carenze determinano crescita ridotta e deterioramento nel metabolismo di denti ed ossa. La

carenza può essere legata a malattie renali. Tossico in quantità superiori al fabbisogno giornaliero (0.1-0.3

mg/die). Un eccesso è associato a sindromi maniaco-depressive

Cr Importante nei processi metabolici in particolare degli zuccheri: aumenta l’efficacia dell’insulina ed

è fondamentale nei malati di diabete. Presente nel sangue dove trasporta le proteine insieme al ferro. Ha un

ruolo nella sintesi delle proteine attraverso legami con le molecole di RNA. Moderatamente tossico come CrIII

è assai tossico e cancerogeno nel suo stato di ossidazione CrVI.

Mn Essenziale per tutti gli organismi vegetali (fotosintesi) e animali per o sviluppo osseo, attiva

numerosi enzimi, e favorisce l’efficienza muscolare. La sua carenza provoca malformazioni ossee. È

coinvolto nel metabolismo di proteine e zuccheri. È discretamente tossico.

Fe Essenziale per tutti gli organismi.

Fe (eme) Emoglobina, perossidasi, catalisi, citocromo P-450, citocromo c, triptofano diossigenasi, nitrito

riduttasi.

Fe Pirocatecasi, ferredossina, emeritrina, transferrina, aconitasi, nitrogenasi.

Tossico solo se presente in forte eccesso (emocromatosi).

Chimica Inorganica Biologica I metalli di transizione

V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Co Essenziale per gli organismi viventi. Attiva numerosi enzimi: glutammato mutasi, diol-deidrasi,

metionina sintetasi, dipeptidasi. Vitamina B12. Molto tossico per le piante e letale se iniettato in vena.

Ni Oligoelemento essenziale. Ha un ruolo attivo in diverse idrogenasi e nelle uree delle piante.

Carenze determinano indebolimento delle funzioni epatiche e morfologiche. Stabilizza i ribosomi ad elica.

Molto tossico per tutti gli organismi viventi. Cancerogeno.

Cu Essenziale per tutti gli organismi in quanto costituente di enzimi redox e dell’emocianina. Ha un

ruolo fondamentale in enzimi e processi quali tirosinasi, ammina ossidasi, laccasi, ascorbato ossidasi,

ceruloplasmina, superossido dismutasi, plastocianina, nitrito riduttasi.

Zn Essenziale per tutti gli organismi ed è presente in più di 70 enzimi diversi (anidrasi carbonica,

carbossipeptidasi. Stabilizza i ribosomi ad elica (DNA polimerasi). Riveste ruoli importanti nello sviluppo

sessuale e nella riproduzione. Tossico.

Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

Mo Essenziale per tutti gli organismi viventi. Costituente degli enzimi usati per la fissazione dell’azoto

(nitrogenasi) e con la riduzione dei nitrati (nitrato riduttasi), e in altri enzimi quali xantina ossidasi, formiato

deidrogenasi, solfito ossidasi e DMSO riduttasi. Moderatamente tossico e antagonista del rame. Eccessi

provocano carenze di rame.

Cd, W Elementi essenziali in piccole quantità e tossici in alte quantità. Ruoli non chiari legati per il Cd, e

a processi di ossidoriduttasi per il W. Tossici. In particolare il W è antagonista del Mo.

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Leganti atomi, ioni o molecole donatori di

una o più coppie di elettroni

Metallo neutro o carico positivamente riceve

coppie di elettroni

Legame dativo coordinativo

Complessi

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica – Diagrammi MO

H Cl

Solo orbitali della medesima specie di simmetria possono danno origine a

sovrapposizione non nulla

Simmetria

Distanza Internucleare

Energia degli Orbitali

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica – Diagrammi MO

Molecole biatomiche

H2

bsasbsas

HHHbHa ccN 1111 2

1)(

bsasbsas

HHHbHa ccN 1111 2

1*)(

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica – Diagrammi MO

Molecole biatomiche orbitali p

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica – Diagrammi MO

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica – Diagrammi MO

Acido (LA) accettore di una coppia di elettroni

Base (LB) donatore di una coppia di elettroni

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis

HOMO Highest Occupied Molecular Orbital

LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis

Metalli acidi di Lewis

Leganti basi di Lewis

Un legame N-Co come quello in [Co(NH3)6]3+ è un

legame “coordinato” o “dativo”. Nella letteratura

meno recente veniva indicato con una freccia.

Non vi sono differenze

significative fra legame di

coordinazione e legame

covalente polare.

Tuttavia un legame covalente subisce generalmente rottura

omolitica mentre un legame dativo subisce rottura eterolitica.

Chimica Inorganica Biologica I composti di coordinazione

Richiami di Chimica - Acidi e Basi di Lewis

Tuttavia un legame covalente subisce

generalmente rottura omolitica mentre un

legame dativo subisce rottura eterolitica