metales en biología

Metales en

Biología

V IIIPG I I II V V V VI I I I I I

1

2

3

4

5

6

7

H H

Na

K

Mg

Ca V Cr

Mo

Mn Fe Co Ni Cu Zn

B C N O F

Si P S Cl

Se

Sn I

W

LOS ELEMENTOS DE LA MATERIA VIVA

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid

C om posición m olecu lar aproxim ada de labacteria Escherichia co li

Peso fresco(% )

Peso seco(% )

Especiesm olecu lares

C om ponentem olecu lar

Agua 70 1

3000

1

3000

5

20

500

20

15 50

23

10

7

7

3

1

6

3

2

2

1

Prote ínas

Ácidos nucle icos

D NA

R NA

C arbohidra tos

Líp idos

M etabo litos, v itam inas,silla res m olecu lares

Iones inorgánicos

Funciones de los Elementos Químicos  

Ácidos y bases sólo Na Mg Si P ClK Ca

Zn 

También activos Hen reacciones redox C N O

SSe I

V Mn Fe Co Ni Cu Mo

Elementos bioinorgánicos

Funciones biológicas

1. Soporte estructural (Ca, K, Mg, Mn). Estabilizan las estructuras de los biopolímeros

2. Equilibrios iónicos (Na, K, Mg, Ca). Controlan la presión osmótica a un lado y otro de las membranas, son reguladores intracelulares, participan en los mecanismos de transporte, etc.

3. Ácidos de Lewis (Mg, Ca, Mn, Zn, Cu, Fe). Aceptan pares de electrones de átomos de N, O, S, etc.

4. Reacciones redox (Fe, Cu, Co, Mo, Ni).

D.J. Patel (2002) Nature 417, 807

a) The K+-stabilized crystal structure b) The Na+-stabilized solution structure

The folding and appearance of the telomeric DNA sequence is fundamentally different in K+- and Na+-containing quadruplex structures

Folding pathway for RNA molecules, and the involvement of metal ions

A.M. Pyle (2002) JBIC 7, 679-690

Crystal structure of ribosomal S15 protein bound to its rRNA site (PDB code, 1clk1)

A.M. Pyle (2002) JBIC 7, 679-690

The purple spheres are Mg2+. The blue and yellow spheres are proposed to be Na+ and K +, respectively.

Ca NaCa NaCa Na2+ +

2+ +2+ +

Aco Aco

---++----

---++---

-

+++--++++

+++--+++

+

+ -

+ -

+ -

+ -

neuronapresináptica

neuronapresináptica

neuronapostsináptica

neuronapostsináptica

pot

enci

al d

e a

cció

n

pot

enc

ial d

e a

cció

n

K+

Na

Naglucosa

K

+

+

+

ATP ADP Pi+

citop lasm a

exterior ce lular

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid

ATP ADP Pi

Ca

+

2 +

lum en del retícu losarcoplásm ico

sarcoplasm a

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid

CH O OO P PP

O O

O

O

O H O H

NH

O OO

2

2

- -

-

-

N

M g

ATP-M g

2 +

2 +

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid

Movilidad e Intercambio de Elementos y Sustancias 

Menos de 1 segundo Menos de 1 día Más tiempo que el de

destrucción de la propia proteína

Na+, K+, Mg2+, Ca2+, H+ Algunos coenzimas Clorofila

Cl-, HPO42-, SO4

2- Fe2+, Mn2+ Algunas proteínas de Cu y Zn

Muchos sustratos Cu2+, Zn2+ Algunos enzimas de Fe (hemoproteínas)

NADH, Coenzima Q

Funciones biológicas de algunos iones metálicos  Metal Función Sodio Transportador de carga, balance osmóticoPotasio Transportador de carga, balance osmóticoMagnesio Estructura, hidrolasa, isomerasaCalcio Estructura, disparador de señal, transportador de cargaHierro Oxidasa, transporte y almacenamiento de O2,

transferencia de electrones, fijación de N2

Cobre Oxidasa, transporte de O2, transferencia de electrones

Molibdeno Metabolismo de N y S, oxidasaManganeso Fotosíntesis, estructura, lectinas, oxidasaCobalto Oxidasa, transferencia de grupos alquilosCinc Hidrolasa, deshidrogenasa, polimerasaNíquel Hidrogenasa, hidrolasaVanadio No bien conocida. Fijación de dinitrógeno, oxidasaWolframio DeshidrogenasaCromo Desconocida. ¿Participación en la tolerancia a la glucosa?

O

C H

C HH N CO O

O H

I

I

I

I

2

3-+

tiroxinaLos Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid