Metales en Biología
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Metales en
Biología
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V IIIPG I I II V V V VI I I I I I
1
2
3
4
5
6
7
H H
Na
K
Mg
Ca V Cr
Mo
Mn Fe Co Ni Cu Zn
B C N O F
Si P S Cl
Se
Sn I
W
LOS ELEMENTOS DE LA MATERIA VIVA
Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid
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C om posición m olecu lar aproxim ada de labacteria Escherichia co li
Peso fresco(% )
Peso seco(% )
Especiesm olecu lares
C om ponentem olecu lar
Agua 70 1
3000
1
3000
5
20
500
20
15 50
23
10
7
7
3
1
6
3
2
2
1
Prote ínas
Ácidos nucle icos
D NA
R NA
C arbohidra tos
Líp idos
M etabo litos, v itam inas,silla res m olecu lares
Iones inorgánicos
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Funciones de los Elementos Químicos
Ácidos y bases sólo Na Mg Si P ClK Ca
Zn
También activos Hen reacciones redox C N O
SSe I
V Mn Fe Co Ni Cu Mo
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Elementos bioinorgánicos
Funciones biológicas
1. Soporte estructural (Ca, K, Mg, Mn). Estabilizan las estructuras de los biopolímeros
2. Equilibrios iónicos (Na, K, Mg, Ca). Controlan la presión osmótica a un lado y otro de las membranas, son reguladores intracelulares, participan en los mecanismos de transporte, etc.
3. Ácidos de Lewis (Mg, Ca, Mn, Zn, Cu, Fe). Aceptan pares de electrones de átomos de N, O, S, etc.
4. Reacciones redox (Fe, Cu, Co, Mo, Ni).
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D.J. Patel (2002) Nature 417, 807
a) The K+-stabilized crystal structure b) The Na+-stabilized solution structure
The folding and appearance of the telomeric DNA sequence is fundamentally different in K+- and Na+-containing quadruplex structures
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Folding pathway for RNA molecules, and the involvement of metal ions
A.M. Pyle (2002) JBIC 7, 679-690
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Crystal structure of ribosomal S15 protein bound to its rRNA site (PDB code, 1clk1)
A.M. Pyle (2002) JBIC 7, 679-690
The purple spheres are Mg2+. The blue and yellow spheres are proposed to be Na+ and K +, respectively.
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Ca NaCa NaCa Na2+ +
2+ +2+ +
Aco Aco
---++----
---++---
-
+++--++++
+++--+++
+
+ -
+ -
+ -
+ -
neuronapresináptica
neuronapresináptica
neuronapostsináptica
neuronapostsináptica
pot
enci
al d
e a
cció
n
pot
enc
ial d
e a
cció
n
K+
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Na
Naglucosa
K
+
+
+
ATP ADP Pi+
citop lasm a
exterior ce lular
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ATP ADP Pi
Ca
+
2 +
lum en del retícu losarcoplásm ico
sarcoplasm a
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CH O OO P PP
O O
O
O
O H O H
NH
O OO
2
2
- -
-
-
N
M g
ATP-M g
2 +
2 +
Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid
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Movilidad e Intercambio de Elementos y Sustancias
Menos de 1 segundo Menos de 1 día Más tiempo que el de
destrucción de la propia proteína
Na+, K+, Mg2+, Ca2+, H+ Algunos coenzimas Clorofila
Cl-, HPO42-, SO4
2- Fe2+, Mn2+ Algunas proteínas de Cu y Zn
Muchos sustratos Cu2+, Zn2+ Algunos enzimas de Fe (hemoproteínas)
NADH, Coenzima Q
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Funciones biológicas de algunos iones metálicos Metal Función Sodio Transportador de carga, balance osmóticoPotasio Transportador de carga, balance osmóticoMagnesio Estructura, hidrolasa, isomerasaCalcio Estructura, disparador de señal, transportador de cargaHierro Oxidasa, transporte y almacenamiento de O2,
transferencia de electrones, fijación de N2
Cobre Oxidasa, transporte de O2, transferencia de electrones
Molibdeno Metabolismo de N y S, oxidasaManganeso Fotosíntesis, estructura, lectinas, oxidasaCobalto Oxidasa, transferencia de grupos alquilosCinc Hidrolasa, deshidrogenasa, polimerasaNíquel Hidrogenasa, hidrolasaVanadio No bien conocida. Fijación de dinitrógeno, oxidasaWolframio DeshidrogenasaCromo Desconocida. ¿Participación en la tolerancia a la glucosa?
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O
C H
C HH N CO O
O H
I
I
I
I
2
3-+
tiroxinaLos Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid