Två tredjedelar av alla grundämnen är metaller. En av deras mest betydelsefulla egenskaper är att de inte lätt joniseras. Det innebär att de består i kroppen i sin jonform och kan delta i ett stort antal biologiska reaktioner. Eftersom metalljoner fyller så många olika funktioner i biokemin behöver de delas in i kategorier och förklaras med konkreta exempel.
Även om låg joniseringsbenägenhet oftast är fördelaktigt för metalljoner i biokemin, kan de mer reaktiva metallerna ha bidragit till utvecklingen av ribonukleinsyra (RNA) till dagens moderna proteinsyntesapparater. Proteinsyntes är den mekanism som gör det möjligt för människan att bygga komplexa molekyler som enzymer, chaperoner och cellulära transportproteiner.
Magnesium och kalium är två exempel på användbara metalljoner inom RNA-biologin. Båda är katjoniska ämnen som kan binda nära till polyanioniskt RNA och assistera RNA-molekylen under dess veckningsprocess, vilket gör att den fungerar mer effektivt under proteinsyntesen.
Metalljoner spelar en central roll vid bildningen av metallkomplex och samarbetar tätt med många enzymer i kroppen. De fungerar som medlare eller "kosubstrat" i en rad enzymreaktioner: de binder kortvarigt till en del av molekylen, för samman den med sitt substrat och släpper sedan taget när rätt reaktion har ägt rum.
DNA-ligas är ett exempel på ett enzym som har en metalljon i sitt aktiva säte under reaktionsfasen, eller "katalysen". Metalljonen påskyndar reaktionen genom att dra substratet in i det aktiva sätet och hålla det kvar där med elektrostatiska krafter. När metalljonen i stället binder starkare till enzymet och bildar en stabil komplex uppstår så kallade metalloenzymer – järnet i blodets hemoglobin är ett välkänt exempel.
Magnesium samverkar med ATP-komplexet (adenosintrifosfat) för att musklerna ska kunna utvinna energi ur maten. Även detta är en livsviktig process. Vid metalljonskatalys stabiliseras den negativa laddning som byggs upp på de delar av substratet som ska lämna det aktiva sätet i ATP-komplexet. Det gör att substratet kan släppas fritt, så att bearbetningen kan fortgå.
Hade substratet inte lämnat molekylen efter reaktionsfasen skulle ATP inte ha kunnat ta emot nya substrat, och musklerna skulle inte ha fått någon ny energi att arbeta med.
Cirka en tredjedel av alla kända proteiner innehåller metalljoner som kofaktorer. En av de viktigaste uppgifterna som dessa metallkelater, eller komplex, utför är regleringen av gener – något som är avgörande för artens överlevnad. Många sjukdomar, bland annat genetiska defekter, har visat sig bero enbart på fel, inkonsekvenser eller en felaktig metabolism av metalljoner i kroppen.
Platinametaller, som har en rik stereokemi och kan verka som starka och effektiva kofaktorer, förekommer normalt inte i kroppen. De används dock numera i forskningen för att utveckla snabbare och mer effektiva biokemiska reaktioner, vilka i framtiden kan hjälpa till att förebygga eller behandla sjukdomar som hemokromatos och Menkes sjukdom.
Järn är livsviktigt för kroppen av många skäl, inte minst tack vare sin centrala funktion i blodet och levern. Järn kan varken tas upp eller avlägsnas från kroppen utan hjälp av komplexa molekyler som kallas kelatorer. Transferrin är ett naturligt förekommande exempel.
Järnkelater hjälper till att absorbera järn från mag-tarmkanalen, men vissa personer lider av ett tillstånd som gör att de tar upp för mycket järn. Om överskottet inte avlägsnas och utsöndras kan det leda till en potentiellt livshotande järnförgiftning. Här syns en fascinerande balansgång mellan en metalljonskomplex korrekta funktion och en dödlig funktionsförlust. Syntetiska kelater utvecklas nu för att behandla järnöverskott i kroppen.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online