Біонеорганічна хімія

Визначення і загальна характеристика

БІО­НЕОРГАНІ́ЧНА ХІ́МІЯ — роз­діл неорганічної хімії, що ви­вчає будову та функції сполук істотних елементів (головним чином металів). Ін. назва — неорганічна біо­хімія. Елемент називається істотним, якщо не­стача його в організмі призводить до поруше­н­ня біол. функцій і якщо введе­н­ня в організм саме цього елемента запобігає порушен­ню даної функції. Іноді істотні метали називають біо­металами або «металами життя». Б. х. виникла на стику неорган. хімії та біо­хімії. Вона повʼязана з ко­ординаційною хімією (хімією комплекс. сполук), тому інколи її ще називають біо­ко­ординаційною хімією. Наук. результати, здобуті в галузі Б. х., використовують насамперед у медицині, а також в агрономії, біо­технології, токсикології та екології. Б. х. складається з кількох тісно по­єд­наних між собою роз­ділів. Перший із них — це виділе­н­ня з організмів або синтез біо­неорганічних (біо­ко­ординаційних) сполук та їх ідентифікація. Такі сполуки складаються з біо­лігандів та атомів (іонів) істотних елементів, до яких належать макробіо­метали: кальцій (1050), калій (250), натрій (150), магній (40); мікробіо­метали: залізо (3–4), цинк (2–3), мідь (0,15) та ультрамікрометали: молібден (0,02), нікель, ванадій, хром, кобальт (прибл. 0,001). (В дужках наведено кількість істотного елемента, яку містить організм людини з вагою 70 кг та зростом 170 см). Істотні метали поділяються на 2 групи: ті, що не можуть змінювати свої ступені окисне­н­ня при біо­хім. процесах (калій, натрій, кальцій, магній, цинк), і ті, що можуть змінювати при цьому ступені окисне­н­ня (залізо, мідь, манган, кобальт, молібден, ванадій). У другому роз­ділі Б. х. ви­вчають будову та фіз.-хім. властивості біо­металічних ко­ординаційних сполук, а також специф. для Б. х. методи дослідже­н­ня. Сучасна Б. х. на­громадила велику кількість даних про структуру, кон­станти стійкості та ін. термодинам. характеристики біо­неорган. комплексів, а також дані стосовно кінетики й механізму утворе­н­ня та роз­кладу біо­ко­ординаційних сполук.

Б. х. досліджує також роль біо­неорган. сполук (нітрогеназа, хлорофіл, гемо­глобін, міо­глобін, а також цитохроми, різноманітні оксидази та пероксидази) в таких глобал. процесах, як фотосинтез, фіксація атмо­сфер. азоту, окисне­н­ня-від­новле­н­ня з участю біо­неорган. сполук заліза, міді та мангану. Б. х. ви­вчає також різноманітні способи транс­порту та накопиче­н­ня в організмі біо­металів. Ці напрями не вичерпують усіх про­блем Б. х. Нині інтенсивно роз­вивається створе­н­ня ефектив. ліків на основі неорган. сполук (літіє-, хризо- та платинотерапія тощо). Недо­статньо ви­вченими є істотні елементи-неметали, а також екол. аспекти Б. х., зокрема за­стосува­н­ня сучас. методів неорган. й ко­ординаційної хімії для дослідже­н­ня довкі­л­ля.

Б. х. виникла як окрема наука в 60-х рр. 20 ст. Біо­хімія того часу потребувала нових методів дослідже­н­ня біо­комплексів з великою масою та з пере­хідними металами як ко­ординаційними центрами. Водночас у неорган. хімії були дуже мало досліджені біо­неорган. сполуки. Ви­вче­н­ня неорган. хімії таких сполук виявилося необхідним для практ. потреб медицини та агрономії. Саме тоді було від­крито реакції «мʼякої фіксації» азоту в лаборатор. умовах, одержано й досліджено перші ко­ординаційні сполуки з молекуляр. азотом N₂. Тоді ж було створено перші ефективні протипухлин­ні препарати на базі ко­ординаційних сполук платини (ІІ). Значних успіхів було досягнуто в галузі ви­вче­н­ня фотосинтезу та зʼясува­н­ня ролі біо­металів у функціонуван­ні фотосинтет. систем. Усе це дало можливість ви­окремити сукупність тісно повʼязаних про­блем і за­провадити термін «Б. х.». Від 1965 видається між­нар. «Journal of Inorganic Biochemistry».

Осн. напрямами роз­витку Б. х. в Україні є одержа­н­ня та дослідже­н­ня ко­ординаційних сполук з біо­лігандами, а також біо­міметика, тобто створе­н­ня структурних і функціон. моделей, які від­творюють будову, властивості та функціонува­н­ня певних вузлів біо­неорган. комплексу або системи таких комплексів. Числен­ні дослідже­н­ня стосуються викори­ста­н­ня біо­неорган. сполук у медицині. Зокрема значних успіхів досягнуто у створен­ні нових препаратів, придатних для лікува­н­ня зло­якіс. пухлин, на основі комплекс. сполук платини, паладію. Досліджуються нові препарати на основі комплексів міді та алюмінію для лікува­н­ня різних запалень.

В Україні є декілька наук. центрів, в яких проводять роботи з Б. х. Це, насамперед, Ін­ститут фіз. хімії НАНУ, де виконано перші в Україні дослідже­н­ня й ви­дано першу моно­графію в цій галузі. На базі цього Ін­ституту було створено секцію та Між­нар. ко­ординаційну раду з Б. х. за участі вчених із Болгарії, Німеч­чини, Польщі, Чехії, Словач­чини. Дослідже­н­ня в галузі Б. х. здійснюють також Ін­ститут геронтології АМНУ, Ін­ститут фізіології НАНУ, Нац. мед. університет у Києві, Івано-Фр. мед. академія, а також низка мед. н.-д. установ у Донецьку, Харкові, Ужгороді.

Літ.: M. N. Hughes. The inorganic chemistry of biological processes. Chester; New York; Brisbane; Toronto, 1972; Яцимирский К. Б. Введение в бионеорганическую химию. К., 1976; Його ж. Про­блемы бионеорганической химии. Москва, 1976; Биологические аспекты ко­ординацион­ной химии. К., 1977; Неорганическая биохимия. Т. 1, 2. Москва, 1978; Крисс Е. Е., Волченскова И. И., Григорьева А. С. и др. Ко­ординацион­ные соединения метал­лов в медицине. К., 1986; Манорик П. А. Разнолигандные биоко­ординацион­ные соединения в химии, биологии, медицине. К., 1991; Саенко Г. Н. Метал­лы и галогены в морских организмах. Москва, 1992.

К. Б. Яцимирський

Завантажити статтю