Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

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Química bio-inorgánica


La química bioinorgánica es un campo interdisciplinario que investiga el papel de los metales y no metales en los sistemas biológicos. Combina bioquímica y química inorgánica, centrándose en cómo se transportan y utilizan los iones metálicos dentro de las células y los organismos. Es un campo esencial porque los metales realizan muchas funciones biológicas que son vitales para la supervivencia de los organismos vivos.

Antecedentes históricos

La química bioinorgánica comenzó a ganar reconocimiento a mediados del siglo XX, aunque la importancia de los metales en los sistemas vivos se había establecido mucho antes. Varios descubrimientos, como la identificación del hierro en la hemoglobina, llamaron la atención sobre el importante papel de los metales en varios procesos fisiológicos. La comprensión de que otros metales, como el zinc y el cobre, también desempeñan roles similares ayudó a sentar las bases para el establecimiento formal de esta disciplina.

El papel de los metales en los sistemas biológicos

Los metales pueden desempeñar muchas funciones en los sistemas biológicos, incluidas funciones estructurales, catalíticas y regulatorias. Aquí se analiza más de cerca algunas de estas funciones:

  • Papel estructural: Los metales pueden proporcionar integridad estructural a las proteínas y enzimas. Por ejemplo, los dedos de zinc son pequeños motivos estructurales de proteínas estabilizados por iones de zinc que ayudan a unir el ADN.
  • Papel catalítico: Muchas enzimas, conocidas como metaloenzimas, requieren iones metálicos como cofactores. Por ejemplo, la enzima anhidrasa carbónica, que regula el pH y el equilibrio de fluidos, tiene un ion de zinc en su sitio activo.
  • Papel regulador: Los iones metálicos pueden actuar como catalizadores o como mensajeros secundarios en las vías de transducción de señales. Por ejemplo, los iones de calcio juegan un papel importante en la contracción muscular y la transmisión de impulsos nerviosos.

Metales comunes y sus funciones biológicas

La tabla periódica contiene muchos metales, pero solo un subgrupo se encuentra comúnmente en los sistemas biológicos. Aquí hay una descripción general de algunos bioelementos importantes:

  • Hierro (Fe): El hierro en la hemoglobina y la mioglobina es importante para el transporte y almacenamiento de oxígeno.
  • Zinc (Zn): Participa en la función enzimática, el plegamiento de proteínas y la expresión génica.
  • Cobre (Cu): Involucrado en la transferencia de electrones en enzimas como la citocromo c oxidasa, que desempeña un papel en la respiración celular.
  • Magnesio (Mg): Actúa como cofactor en una variedad de reacciones enzimáticas, especialmente aquellas que implican la transferencia de fosfato.

Ejemplos de metaloenzimas

Las metaloenzimas son enzimas que se unen a iones metálicos, los cuales juegan un papel clave en las funciones catalíticas de la enzima. Algunos ejemplos bien conocidos incluyen:

  • Superóxido dismutasa: Esta enzima protege a las células al convertir radicales superóxido dañinos en oxígeno y peróxido de hidrógeno. Dependiendo del tipo de superóxido dismutasa, contiene cobre/zinc, manganeso o hierro.
  • Citocromo c oxidasa: Es un participante clave en la cadena de transporte de electrones. Este complejo contiene varios iones metálicos, incluidos cobre y hierro.
  • Carboxipeptidasa: Una enzima proteasa que es esencial para la hidrólisis de proteínas; contiene un ion de zinc que es crítico para su función.

Mecanismo de acción de los iones metálicos

Los iones inorgánicos pueden afectar la actividad de las enzimas mediante varios mecanismos:

  • Pueden estabilizar las cargas negativas de los estados de transición, reduciendo así la energía requerida para que ocurran las reacciones.
  • Pueden actuar como sumideros de electrones (o aceptores) que facilitan las reacciones de óxido-reducción.
  • Pueden coordinarse con las moléculas sustrato y acercarlas para que tenga lugar una reacción química.

Transporte y almacenamiento de iones metálicos

Las células necesitan controlar eficientemente las concentraciones de iones metálicos. Este equilibrio se logra mediante sistemas dedicados de transporte y almacenamiento, que incluyen:

  • Proteínas de transporte: Estas proteínas median el movimiento de los iones metálicos a través de las membranas celulares. Un ejemplo de esto es la transferrina en el plasma sanguíneo, que se une y transporta el hierro.
  • Proteínas de almacenamiento: La ferritina es un ejemplo principal, que almacena hierro y lo libera de manera controlada para prevenir los efectos tóxicos del hierro libre.

Investigación en química bio-inorgánica

La investigación en este campo puede abarcar una variedad de temas, como la elucidación de los mecanismos de las metaloenzimas, el descubrimiento de nuevos medicamentos a base de metales y el desarrollo de catalizadores bioinspirados. Estas investigaciones proporcionan conocimientos que pueden llevar a innovaciones en medicina, agricultura y ciencia ambiental.

Aplicaciones de la química bio-inorgánica

La química bioinorgánica tiene muchas aplicaciones prácticas, que incluyen:

  • Medicina: Diseño de fármacos a base de metales, como los fármacos que contienen platino utilizados en quimioterapia.
  • Agricultura: Comprender el papel de los metales en la nutrición de las plantas puede ayudar a desarrollar mejores fertilizantes y variantes genéticas de plantas adaptadas a diferentes entornos.
  • Biotecnología: Creación de materiales y catalizadores bioinspirados al comprender cómo las proteínas manejan eficazmente los metales.

Ilustrando los conceptos de la química bio-inorgánica

        
            
            Fe 2+
            
            
            O2

Desafíos y direcciones futuras

Aunque la química bioinorgánica ha progresado significativamente, aún quedan desafíos. Uno de estos desafíos es comprender los mecanismos precisos del tráfico de metales dentro de las células, incluyendo cómo las células discriminan entre diferentes metales según sus necesidades.

El campo de la química bioinorgánica seguirá creciendo a medida que las nuevas técnicas analíticas permitan una investigación en profundidad de los sitios de unión de metales en las proteínas y el control preciso de los organismos sobre la homeostasis de metales. Las direcciones futuras pueden incluir el desarrollo de medicamentos más sofisticados a base de metales, herramientas de diagnóstico avanzadas y nuevos materiales basados en procesos biológicos.


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