Биологическая неорганическая химия ионов цинка

Химия ионов цинка в растворах и их комплексообразования лежит в основе биологии цинка. В живых организмах цинк не участвует в окислительно-восстановительных реакциях и существует только в одной валентной форме: Zn(II). Его координационное окружение в белках ограничено атомами-донoрами кислорода, азота и серы боковых цепей нескольких аминокислот. По оценкам, примерно в 10% всех белков человека цинк выполняет каталитическую или структурную функцию и остается связанным с белком на протяжении всего срока его существования. Однако в других белках ионы цинка связываются обратимо; скорости диссоциации и ассоциации соответствуют требованиям регуляции, транспорта, переноса, восприятия сигналов, сигналинга и депонирования. В отличие от обширных знаний о цинксодержащих белках, координационная химия «мобильных» ионов цинка в этих процессах, то есть в отсутствие их связывания с белками, практически не изучена, а механизмы обмена лигандов понимаются недостаточно. Знание биологической неорганической химии ионов цинка необходимо для понимания его клеточной биологии; разработки комплексов, доставляющих цинк к белкам, и хелатирующих агентов, удаляющих цинк из белков; обнаружения различных форм ионов цинка методами качественного и количественного анализа; а также правильного планирования и проведения экспериментов с ионами цинка и наночастицами, такими как оксид цинка (ZnO). В большинстве исследований упоминаются цинк или Zn2+ без полного понимания того, каким образом биологические ионы цинка буферируются и чем катион d-блока Zn2+ отличается от катионов s-блока, таких как Ca2+, с точки зрения значительно более высокого сродства к лигандам, предпочтения определенных атомов-доноров лигандов и координационной динамики. Концентрация и доступность цинка должны строго контролироваться. Его взаимодействие с низкомолекулярными лигандами, такими как вода, а также неорганическими и органическими анионами, имеет большое значение для его биологии, однако, в отличие от координации цинка в белках, не обсуждалось в биохимической литературе. Обсуждение в данной статье показывает, что видообразование ионов цинка имеет важное значение...