Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
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  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Reacciones enzimáticas con metales


Introducción

La química bioinorgánica es una ciencia interdisciplinaria que se ocupa de las interacciones de los elementos inorgánicos con los sistemas biológicos. Entre sus muchas disciplinas, el estudio de las reacciones enzimáticas que involucran metales ocupa un lugar importante debido a los roles esenciales que desempeñan los metales en varios procesos biológicos.

Metales en sistemas biológicos

Los metales son abundantes en los sistemas biológicos y contribuyen a una variedad de roles estructurales y funcionales. Algunos metales, como el zinc, el magnesio y el hierro, son componentes importantes de las enzimas y proteínas. Estos metales a menudo están involucrados centralmente en los procesos catalíticos de las enzimas, contribuyendo a la estabilización de la estructura enzimática o actuando como catalizadores por sí mismos.

El papel de los metales en las reacciones enzimáticas

Las enzimas que contienen metales en sus sitios activos se llaman metaloenzimas. Los metales pueden actuar como cofactores, asegurando la estructura y función adecuadas de la enzima. También participan en el proceso catalítico a través de la participación directa en reacciones redox o proporcionando un marco estructural para la enzima.

Ejemplos de reacciones enzimáticas con metales

1. Enzimas de zinc

El zinc es un metal muy flexible, capaz de mantener una variedad de geometrías de coordinación. Este metal típicamente actúa como un ácido de Lewis en las enzimas, estabilizando cargas negativas y promoviendo la formación de nucleófilos.

Considere la enzima anhidrasa carbónica, que consiste en un ion de zinc coordinado a tres residuos de histidina y una molécula de agua. El zinc desempeña un papel fundamental en la conversión de dióxido de carbono en bicarbonato.

CO2 + H2O ⇌ HCO3⁻ + H⁺
____ /  | Zn | | O | ____/

Diagrama del sitio activo de la anhidrasa carbónica con Zn unido a un residuo de histidina y una molécula de agua.

2. Enzimas de hierro

El hierro desempeña un papel importante en la oxidación biológica, particularmente dentro de las enzimas que contienen hemo como citocromo P450. Esta clase de enzimas facilita la oxidación de sustratos orgánicos mediante la activación con hemo que contiene hierro.

El hierro en estas enzimas cambia entre diferentes estados de oxidación, Fe 2+ y Fe 3+, durante el ciclo de reacción, lo que permite la transferencia de electrones necesaria para la catálisis.

RH + O2 + NADPH + H⁺ → R-OH + H2O + NADP⁺
O_____ |Fe | | | V |

Grupo hemo del citocromo P450 que facilita las reacciones de oxidación del hierro.

3. Enzimas de cobre

El cobre se encuentra en enzimas como superóxido dismutasa (SOD), donde se necesita para convertir radicales de superóxido en oxígeno y peróxido de hidrógeno.

2 O2⁻ + 2 H⁺ → O2 + H2O2

El ciclo del cobre entre los estados Cu 2+ y Cu + permite que ocurra la transferencia de electrones, llevando a cabo el proceso de desintoxicación.

____ / Cu  |____|

Superóxido dismutasa con ciclo de ión cobre para ayudar en la desintoxicación.

Mecanismos catalíticos que involucran metales

En las enzimas, los metales tienden a tener uno de los siguientes roles:

Catalizadores covalentes

Los metales pueden formar intermediarios covalentes con el sustrato, facilitando la culminación de la reacción. Por ejemplo, las enzimas transpeptidasas que ayudan en el entrecruzamiento del peptidoglicano en bacterias utilizan iones metálicos para establecer complejos intermedios.

Catalización electrostática

Los iones metálicos pueden estabilizar estados de transición cargados o intermediarios de reacción, como al estabilizar la carga negativa en desarrollo de las moléculas sustrato.

Orientación del sustrato

Los metales pueden orientar los sustratos dentro del sitio activo de la enzima para asegurar una alineación adecuada para la reacción química. Específicamente, los iones de magnesio en las quinasas mantienen las moléculas de ATP y sustrato en una conformación precisa para la transferencia de fosfato.

Visualización de la coordinación de metales en enzimas

Entender cómo los metales se coordinan dentro de las enzimas nos ayuda a predecir cambios en la actividad enzimática debido a cambios estructurales.

Diagrama de una simple metaloenzima

O /  N---M---O  / N

Representación estructurada de un ion metálico coordinado con histidina y moléculas de agua.

Influencias genéticas y ambientales en la actividad de las metaloenzimas

La disponibilidad e incorporación de metales en las enzimas puede ser influenciada por factores genéticos, así como por condiciones ambientales. Las mutaciones genéticas pueden afectar la formación del centro metálico mientras que los factores ambientales como el pH y la temperatura pueden alterar la disponibilidad de metales y, en consecuencia, la actividad enzimática.

Conclusión

La compleja relación entre los metales y los procesos enzimáticos refleja la naturaleza multifacética de la química bioinorgánica. Al investigar estas interacciones, obtenemos conocimientos sobre importantes procesos físicos y bioquímicos, lo que nos lleva a avanzar en aplicaciones médicas y ambientales.


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