La chimie bioinorganique est une branche de la chimie inorganique qui implique des recherches principalement sur la manière dont les ions métalliques interagissent avec les tissus vivants, principalement par leur effet direct sur l’activité enzymatique. On estime qu’un tiers des enzymes et des protéines du corps humain dépendent des ions métalliques pour fonctionner correctement de plusieurs manières clés. Ces zones biologiques utilisent des protéines contenant des ions métalliques pour transférer de l’énergie via des électrons, pour transporter l’oxygène et pour le métabolisme de l’azote. L’hydrogénase est également affectée par les ions métalliques dans le corps, qui est une enzyme à base de micro-organisme responsable du transfert d’hydrogène, ainsi que par les alkyltransférases, qui sont des enzymes responsables du transfert de groupes chimiques alkyle entre les molécules. Plus d’une douzaine de métaux sont impliqués dans de tels processus, notamment le zinc, le fer et le manganèse, des éléments métalliques à base de vitamines jouant également un rôle important dans une telle activité, comme le potassium et le calcium.
Chaque groupe d’ions métalliques remplit une gamme sélectionnée de fonctions en chimie bioinorganique. Le sodium et le potassium agissent tous deux comme des porteurs de charge électronique et maintiennent un équilibre de charge à travers les membranes perméables. Le magnésium, le calcium et le zinc jouent des rôles structurels au niveau cellulaire, et le magnésium et le zinc en particulier peuvent catalyser le processus d’hydrolyse où les composés sont décomposés dans une solution aqueuse. Les ions métalliques tels que le molybdène agissent comme un fixateur d’azote tandis que le fer et le cuivre contribuent au transport de l’oxygène. Bien que ce soient toutes des fonctions importantes dans le corps, les principes de la chimie bioinorganique ne nécessitent que des oligo-éléments d’ions métalliques tels que le manganèse, le lithium et le molybdène pour exécuter ces types de fonctions et une surabondance d’entre eux peut être toxique et même mortelle.
Dans de nombreux cas, la biochimie pour les animaux implique des efforts de coopération avec les bactéries présentes dans le corps. La chimie bioinorganique repose sur cette relation symbiotique avec des exemples comme les ions métalliques du vanadium et du molybdène, car ils aident les bactéries fixatrices d’azote à fonctionner dans le corps, ou les organismes à base d’hydrogénase qui transportent l’hydrogène. Alors que bon nombre de ces métaux sont introduits dans le corps par l’alimentation ou sont présents dans des bactéries, certains existent également en tant que composants de métalloprotéines, qui sont des molécules de protéines avec des structures d’ions métalliques naturellement attachées.
Outre l’activité physiologique naturelle des ions métalliques en chimie bioinorganique, ils font également l’objet d’études en recherche pharmaceutique. Attacher des ions métalliques aux médicaments peut leur permettre d’être plus facilement métabolisés par le corps. Cette diversité de fonctions pour les ions métalliques se traduit par leur étude par une gamme de sciences naturelles qui travaillent en chimie inorganique de la chimie environnementale à la toxicologie et des domaines spécialisés comme l’enzymologie.