Metalioner i biokemi: Roller og betydning

To tredjedele af alle grundstoffer metaller. En af deres vigtigste egenskaber er, at de ikke let kan ioniseres. Det betyder, at de overlever i kroppen i deres ioniske form, og kan deltage i mange biologiske reaktioner. Fordi der er så mange roller for metalioner i biokemi, skal de opdeles i kategorier og forklares ved hjælp af eksempler.

RNA-molekyler og proteinsyntese

Selvom lav ionisering normalt er fordelagtigt for metalioner i biokemi, kan de mere reaktive metaller have fremmet udviklingen af ribonukleinsyre (RNA) molekyler til moderne proteinsyntese-maskiner. Proteinsyntese er mekanismen, der tillader mennesker at bygge komplekse molekyler som enzymer, chapperoner og cellære transportproteiner. Magnesium og kalium er to eksempler på nyttige metalioner i RNA-biologi. De er begge kationiske arter, der kan binde tæt til polyanionisk RNA og kan assistere RNA-molekylet under foldning, hvilket betyder, at det virker mere effektivt under proteinsyntese.

Enzymkatalyse

Metalioner spiller en vigtig rolle i metalcomplex-dannelse og arbejder tæt sammen med mange enzymer i kroppen. De er mediaterne eller "ko-substrater" i mange enzymrelaterede reaktioner, binder kortvarigt til en del af molekylet, bringer det sammen med dets substrat, og frigiver det igen, når den korrekte reaktion har fundet sted. DNA-ligase er et eksempel på et enzym, der har et metalion til stede i dets aktive sted under reaktionsfasen, eller "katalyse". Metalionet hjælper med at accelerere reaktionen ved at trække substratet ind i det aktive sted og holde det der ved hjælp af elektrostatiske kræfter. Metallo-enzymers dannes, når metalionet binder stærkere til enzymet, skabende et stabilt complex, som jern i hemoglobin i blod.

Energiforbrug i muskler

Magnesium arbejder med ATP (adenosintrifosfat) complexet for at tillade dine muskler at udvinde energi fra mad. Dette er en anden essentiel livsproces. Metalion-katalyse forårsager en stabilisering af den udviklende negative ladning på de dele af substraterne, der forsøger at forlade det aktive sted af ATP-complexet. Det frigør dem til at forlade, så korrekt behandling kan fortsætte. Hvis substratet ikke forlod molekylet efter reaktionsfasen, ville ATP være utilpas til at acceptere nye substrater. Ingen ny energi ville blive taget til muskelfunktion.

Genregulering og sygdomskontrol

Ca. en tredjedel af alle kendte proteiner indeholder metalioner som kofaktorer. En vigtig funktion, disse metalchelater, eller komplekser, udfører, er i reguleringen af gener, som er vital for artens overlevelse. Mange sygdomme, herunder genetiske defekter, er identificeret som udelukkende forårsaget af defekter, inkonsekvenser og forkert metabolisme af metalioner i kroppen. Platinmetaller, som har rig stereokemi og kan fungere som stærke, effektive kofaktorer, er ikke kendt for deres forekomst i kroppen. De bruges nu i forskning til at udvikle hurtigere, mere effektive reaktionsbiokemistrier, som muligvis kan hjælpe med at forebygge eller behandle sygdomme som hemokromatose og Menkes sygdom.

Jernlager

Jern er essentielt for din krop af mange grunde, ikke mindst dens vigtige funktion i blod og lever. Jern kan ikke optages eller fjernes fra kroppen uden assistance fra komplekse molekyler kaldet "chelatorer". Transferrin er et naturligt forekommende eksempel. Jernchelatorer hjælper med at optage jern fra gastrointestinaltraktten, men nogle mennesker har en tilstand, der betyder, at de optager for meget. Hvis det ekstra jern ikke fjernes og udskilles, kan de udvikle en potentielt livstruende sag af jerntoksicitet. Dette repræsenterer en interessant balance mellem den korrekte funktion af et metalionkompleks og et dødeligt tab af funktion. Syntetiske chelater designes til at behandle jernoverbelastning.