Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Неорганическая химия → Био-неорганическая химия ↓


Транспорт и хранение ионов металлов


В мире биоорганической химии роли ионов металлов имеют фундаментальное значение. Ионы металлов участвуют во многих биологических процессах, включая транспорт и хранение необходимых питательных веществ. В этом подробном уроке мы изучим, как различные ионы металлов транспортируются в организме и как они хранятся в клетках. Понимание этих механизмов важно, потому что ионы металлов участвуют в жизненно важных функциях, таких как транспорт кислорода, передача электронов и катализ в ферментативных реакциях.

Введение в ионы металлов

Ионы металлов — это атомы, потерявшие или получившие электроны, в результате чего возникают заряженные частицы. Они необходимы для множества биохимических процессов благодаря своей способности участвовать в различных взаимодействиях с органическими молекулами. Ионы металлов, часто изучаемые в биоорганической химии, включают Fe2+, Cu2+, Zn2+, Mg2+ и Ca2+. Каждый из этих ионов играет специфические роли в биологических функциях, часто выступая в качестве кофакторов или структурных элементов в белках и ферментах.

Транспорт ионов металлов

Ионы металлов транспортируются через клеточные мембраны с помощью специальных белков, называемых транспортерами. Эти транспортеры часто являются белками, пересекающими мембрану, которые позволяют ионам перемещаться в и из клеток и органов. Они могут функционировать через пассивную диффузию или активный транспорт. Давайте подробнее рассмотрим каждый из методов:

Пассивный транспорт

Пассивный транспорт не требует энергии и зависит от градиента концентрации. Ионные каналы и белки-переносчики позволяют ионам металлов перемещаться по градиенту концентрации. Например, перемещение ионов K+ через калиевые каналы.

K+ каналы → способствуют пассивной диффузии калиевых ионов

Активный транспорт

Активный транспорт требует энергии, обычно в форме АТФ, для перемещения ионов металлов против градиента концентрации. Примером служит натрий-калиевый насос, который обменивает ионы Na+ и K+ через клеточную мембрану.

Na+/K+ насос → использует АТФ для обмена ионов Na+ и K+

Визуализация транспорта ионов металлов

Ион Канал

Выше представлена упрощенная схема ионного канала, который способствует перемещению ионов через мембрану. Круг представляет собой ион металла, а прямоугольник - белковый канал.

Хранение ионов металлов

Ионы металлов хранятся в белках, называемых металлопротеинами, или в клеточных компартментах. Эти формы хранения предотвращают токсичность ионов металлов и поддерживают ионный гомеостаз. Известные примеры включают ферритин для хранения железа и металлотионеин для детоксикации ионов металлов.

Ферритин

Ферритин — это глобулярный белковый комплекс, хранящий железо в нетоксичной форме. Он выделяет железо по мере необходимости, обеспечивая баланс между предложением и спросом. Формула, показывающая хранение железа в ферритине, может быть упрощена следующим образом:

Fe2+ + O2 → Fe2O3 (хранится в ферритине)

Металлотионеин

Металлотионеины — это небольшие белки, богатые остатками цистеина, которые связывают ионы металлов с высокой аффинностью. Они играют роль в ионном гомеостазе и детоксикации. Они связывают металлы, такие как медь и цинк, предотвращая попадание избыточных свободных ионов в клетку.

Пример хранения ионов металлов

Ферритин

На диаграмме ферритин изображен в виде овальной белковой структуры, содержащей хранящиеся ионы железа (красные круги). Этот комплекс регулирует доступность железа для метаболических процессов.

Роль ионов металлов в биологических функциях

В дополнение к транспорту и хранению, ионы металлов имеют незаменимую роль в ряде биологических функций, включая:

  • Транспорт кислорода: Гемоглобин и миоглобин связывают кислород; железо является основным компонентом этих молекул.
  • Катализ ферментов: Ионы металлов выступают в качестве кофакторов; цинк является фундаментальным элементом в карбоангидразе, которая помогает превращать углекислый газ и воду в бикарбонат и протоны.
  • Передача электронов: Ионы меди в цитохром-с-оксидазе участвуют в передаче электронов в митохондриальной цепи переноса электронов.

Схематическое изображение транспорта кислорода

Fe Гемоглобин O2

Схематическая диаграмма, показывающая роль железа в транспортировке кислорода, связанного с гемоглобином. Железо связывает кислород, позволяя эритроцитам эффективно переносить его по всему организму.

Заключение

Транспорт и хранение ионов металлов — это основные процессы, поддерживающие гомеостаз организмов. Понимание этих механизмов может предоставить важные сведения о различных физиологических и патологических процессах. Изучение биоорганической химии предоставляет критически важные знания, которые помогают в разработке методов лечения дисбалансов ионов металлов, таких как дефицит железа или токсичность меди. По мере углубления в эту область продолжаются открытия, раскрывающие сложные роли ионов металлов в живых системах.


Магистрант → 3.3.3


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (3.3.2)
Роль металлов в биологических системах
Следующий (3.4) →
Химия твердого тела

Комментарии 



Транспорт и хранение ионов металлов

https://www.chemistryelite.com/g/3.3.3?ceal=ru