La chimica bioinorganica è una branca della chimica inorganica che coinvolge principalmente la ricerca su come gli ioni metallici interagiscono con i tessuti viventi, principalmente attraverso il loro effetto diretto sull’attività enzimatica. Si stima che un terzo degli enzimi e delle proteine nel corpo umano si basi su ioni metallici per funzionare correttamente in diversi modi chiave. Queste aree biologiche utilizzano proteine con ioni metallici presenti per trasferire energia tramite elettroni, per trasportare ossigeno e per il metabolismo dell’azoto. L’idrogenasi è anche influenzata dagli ioni metallici nel corpo, che è un enzima a base di microrganismi responsabile del trasferimento dell’idrogeno, nonché dalle alchiltransferasi, che sono enzimi responsabili del trasferimento di gruppi chimici alchilici tra le molecole. Ci sono oltre una dozzina di metalli coinvolti in tali processi, tra cui zinco, ferro e manganese, con elementi metallici a base di vitamine che svolgono anche ruoli importanti in tale attività come potassio e calcio.
Ciascun gruppo di ioni metallici svolge una gamma selezionata di funzioni nella chimica bioinorganica. Sia il sodio che il potassio agiscono come portatori di carica di elettroni e mantengono un equilibrio di carica attraverso le membrane permeabili. Magnesio, calcio e zinco svolgono ruoli strutturali a livello cellulare e magnesio e zinco in particolare possono catalizzare il processo di idrolisi in cui i composti vengono scomposti in una soluzione acquosa. Gli ioni metallici come il molibdeno agiscono come fissatore di azoto mentre il ferro e il rame aiutano nel trasporto dell’ossigeno. Sebbene queste siano tutte funzioni importanti nel corpo, i principi della chimica bioinorganica richiedono solo oligoelementi di ioni metallici come manganese, litio e molibdeno per svolgere questi tipi di funzioni e una loro sovrabbondanza può essere tossica e persino letale.
In molti casi, la biochimica per gli animali comporta sforzi cooperativi con i batteri presenti nel corpo. La chimica bioinorganica si basa su questa relazione simbiotica con esempi come gli ioni metallici di vanadio e molibdeno, poiché aiutano i batteri che fissano l’azoto a funzionare nel corpo o gli organismi a base di idrogenasi che trasportano l’idrogeno. Mentre molti di questi metalli vengono introdotti nel corpo dalla dieta o sono presenti nei batteri, alcuni esistono anche come componenti delle metalloproteine, che sono molecole proteiche con strutture ioniche metalliche naturalmente attaccate.
Oltre all’attività fisiologica naturale degli ioni metallici nella chimica bioinorganica, sono anche oggetto di studio nella ricerca farmaceutica. L’associazione di ioni metallici ai farmaci può consentire loro di essere metabolizzati più facilmente dall’organismo. Questa diversità di funzioni per gli ioni metallici si traduce nel loro studio da parte di una serie di scienze naturali che lavorano nella chimica inorganica dalla chimica ambientale alla tossicologia e campi specializzati come l’enzimologia.