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生物有机金属化学

生物有机金属化学是对含有与金属或类金属直接键合的碳的生物活性分子的研究。 长期以来，人们一直认为主金属的和过渡金属的中心的重要性对酶和其他生物分子的功能至关重要。 但是，只有一小部分天然存在的金属配合物和合成制备的药物是有机金属。 也就是说，它们的特征是在金属（类金属）和碳原子之间有直接的共价键。 最早的并且很长时间以来，天然存在的生物有机金属化合物的唯一例子是各种形式的钴胺素辅因子（维生素B12）[1]。由于最近（21世纪）在生物学中发现了包含碳-金属键的新系统，生物有机金属化学作为跨越有机金属化学和生物化学的独特的生物无机化学子学科而迅速兴起。天然存在的生物有机金属包括酶和传感器蛋白质。同样在该领域内，还有合成制备的有机金属化合物，它们可用作新药和显像剂（technetium-99m sestamibi）以及与有机金属化合物的毒理学有关的原理（例如甲基汞）[2][3]。 因此，生物有机金属化学与医学和药理学越来越相关[4]。

在辅因子和辅基中

维生素B12是卓越的生物有机金属物。维生素B12其实是相关酵素辅因子的集合，其中一些含有钴烷基键，参与生物甲基化和1,2-碳重排反应。自从霍奇金在1955年阐明其结构以来，长期以来，它被认为是天然存在的生物有机金属系统的唯一例子。

几种生物有机金属酶进行涉及一氧化碳的反应。一氧化碳脱氢酶 (CODH) 催化水煤气变换反应 (Water–gas shift reaction)，为乙酰辅酶A的生物合成提供CO（透过羧酸镍中间体）。后一步是由Ni-Fe酶CO甲基化乙酰辅酶A合成酶 (ACS) 实现的。 CODH和ACS通常一起出现在四聚体复合物中，CO透过隧道运输，甲基由甲基钴胺素（cobalamin）提供。

氢化酶是生物有机金属的，因为它们的活性位点具有Fe-CO功能，尽管CO配体只是旁观者。[5]

产甲烷作用，即甲烷的生物合成，其最后一步是辅因子F430中镍-甲基键的断裂。

固氮酶的铁钼辅因子 (FeMoco) 含有Fe6C单元，是生​​物学中发现的间隙碳化物的一个例子。[6][7]

据报导，天然存在的芳基金属物的第一个例子是含有镍-芳基键的钳络合物，可形成乳酸消旋酶（英语：Lactate racemase）的活性位点。[8]

在传感器蛋白质中

已知一些含有[NiFe]的蛋白质能够感知H2，进而调节转录。

已知含铜蛋白质能够感知乙烯，乙烯是一种与水果成熟相关的荷尔蒙。这个例子说明了有机金属化学在自然界中的重要作用，因为低价过渡金属配合物以外的分子很少能可逆地结合烯烃。环丙烯透过与铜 (I) 中心结合来抑制成熟。与铜的结合也与哺乳类对烯烃的嗅觉有关。[9]

一氧化碳天然存在，透过其与以亚铁卟啉为基础的传感器蛋白质的复合物成为转录因子。

在医学上

在现代抗生素出现之前，含有汞（例如硫柳汞）和砷（例如洒尔佛散）的有机金属化合物作为非选择性抗菌剂在医学上的使用已有悠久的历史。

二氯化二茂钛具有抗癌活性，二氯化双[(对甲氧基芐基)环戊二烯基]钛是目前的抗癌候选药物。芳香烃和环戊二烯基配合物是用来设计新型放射性药物的动力学惰性平台。

参见

参考资料

  1. ^ White, John G.; Prosen, Richard J.; Kenneth N. Trueblood; Robertson, John H.; Pickworth, Jenny; Hodgkin, Dorothy Crowfoot. Structure of Vitamin B 12 : The Crystal Structure of the Hexacarboxylic Acid derived from B 12 and the Molecular Structure of the Vitamin. Nature. August 1955, 176 (4477): 325–328. Bibcode:1955Natur.176..325H. ISSN 1476-4687. PMID 13253565. doi:10.1038/176325a0 （英语）. 
  2. ^ Sigel A, Sigel H, Sigel RK (编). Metal-carbon bonds in enzymes and cofactors. Metal Ions in Life Sciences 6. Royal Society of Chemistry. 2009. ISBN 978-1-84755-915-9. 
  3. ^ Linck RC, Rauchfuss TB. Synthetic Models for Bioorganometallic Reaction Centers. Jaouen G (编). Bioorganometallics: Biomolecules, Labeling, Medicine. Weinheim: Wiley-VCH. 2005: 403–435. ISBN 978-3-527-30990-0. doi:10.1002/3527607692.ch12. 
  4. ^ Bioorganometallics : biomolecules, labeling, medicine. Jaouen, Gérard. Weinheim: Wiley-VCH. 2006. ISBN 3527607692. OCLC 85821090. 
  5. ^ Cammack R, Frey M, Robson R. Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature. London: Taylor & Francis. 2001. ISBN 978-0-415-24242-4. 
  6. ^ Spatzal T, Aksoyoglu M, Zhang L, Andrade SL, Schleicher E, Weber S, et al. Evidence for interstitial carbon in nitrogenase FeMo cofactor. Science. November 2011, 334 (6058): 940. Bibcode:2011Sci...334..940S. PMC 3268367  . PMID 22096190. doi:10.1126/science.1214025. 
  7. ^ Lancaster KM, Roemelt M, Ettenhuber P, Hu Y, Ribbe MW, Neese F, et al. X-ray emission spectroscopy evidences a central carbon in the nitrogenase iron-molybdenum cofactor. Science. November 2011, 334 (6058): 974–977. Bibcode:2011Sci...334..974L. PMC 3800678  . PMID 22096198. doi:10.1126/science.1206445. 
  8. ^ Rankin JA, Mauban RC, Fellner M, Desguin B, McCracken J, Hu J, et al. Lactate Racemase Nickel-Pincer Cofactor Operates by a Proton-Coupled Hydride Transfer Mechanism. Biochemistry. June 2018, 57 (23): 3244–3251. OSTI 1502215. PMID 29489337. doi:10.1021/acs.biochem.8b00100. 
  9. ^ Duan X, Block E, Li Z, Connelly T, Zhang J, Huang Z, et al. Crucial role of copper in detection of metal-coordinating odorants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. February 2012, 109 (9): 3492–3497. Bibcode:2012PNAS..109.3492D. PMC 3295281  . PMID 22328155. doi:10.1073/pnas.1111297109  . 
  • Peter Gölitz. Editorial. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009, 63 (1): 26–27. 
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