Anar al contingut

Biomolécula

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Per a material biològic o biomaterial vore material biològic.
Archiu:Myoglobin.png
Estructura 3D de la mioglobina, una heteroproteína muscular, estructural i funcionalment molt semblada a la hemoglobina

Les biomoléculas són les molèculas constituents dels sers vius.[1] Els sis elements químics o bioelementos més abundants en els organismes són el carbono, hidrogen, oxigen, nitrogen, fòsfor i sofre (els símbols químics del qual són, respectivament: C, H, O, N, P i S), els quals constituïxen a les biomoléculas (aminoàcits, glúcits, lípits, proteïnas, vitaminas, àcits nucleicos).[2] Estos sis elements són els principals components de les biomoléculas.

Les biomoléculas permeten:

  1. La formació d'enllaços covalente entre ells, compartint electrons, per la seua chicoteta diferència d'electronegatividad. Estos enllaços són molt estables, la força d'enllaç és directament proporcional a les masses dels àtoms units.
  2. Als àtoms de carbono la possibilitat de formar esquelets tridimensionals –C-C-C- per a formar composts en números variables de carbono.
  3. La formació d'enllaços múltiples (dobles i triples) entre C i C; C i O; C i N. Aixina com estructures llineals, ramificadas, cíclicas, heterocícliques, etc.
  4. La possibilitat de que en pocs elements es donen una enorme varietat de grups funcionals (alcoholés, aldehits, cetones, àcits, aminas, etc.) en propietats químiques i físiques diferents.

Les biomoléculas s'acumulen o transformen unes en atres en tots els organismes vius. La seua síntesis requerix una despesa energètica per part de l'organisme. Les seues tasques són diverses segons la classe de substància i van des del simple metabolisme o la producció d'energia fins als components celulars i materials de construcció de l'organisme fins a complexes tasques de control. Sobre les seues funcions, es pot distinguir entre substàncies naturals primàries i secundàries. Les substàncies naturals primàries inclouen tots els composts que l'organisme necessita per al seu soport vital i creiximent. Estos inclouen principalment grasses i biopolímers de carbohidrats i proteïnes. Les substàncies naturals secundàries es formen a sovint per motius encara desconeguts i es dividixen en grans classes de substàncies: terpenos, aromàtics i alcaloide.

Història

[editar | editar còdic]
Archiu:Friedrich woehler.jpg
Friedrich Wöhler.

El terme original substància natural venia determinat per la definició històrica de química orgànica; englobava la totalitat de substàncies que servixen per a construir animalss i plantess. En 1827, Jöns Jakob Berzelius encara suponia, basant-se en l'estat dels coneiximents i en la complicada estructura química de les substàncies naturals, que una força vital (vis vitalis) per a la seua producció. La distinció entre substàncies autoorganizadas i organisades externament va ser revisada per Friedrich Wöhler (1828), qui va demostrar en la síntesis de l'urea que el compost cianato d'amoni, definit com a inorgànic, pot utilisar-se per a produir el compost urea, definit com a orgànic.

Archiu:Hermann Emil Fischer. Photograph by Atelier Victoria, 1895. Wellcome V0027668 (cropped).jpg
Emil Fischer (1902)


En la definició actual, la química orgànica inclou pràcticament tots els composts de carbono. En el temps, la química dels productes naturals s'ha convertit en un subcampo de la química orgànica i s'ocupa de l'aïllament, comprensió de l'estructura, síntesis o biosíntesis i de les propietats dels composts que apareixen en els organismes (com a animals, plantes i microorganismes).

Al principi, la química dels productes naturals només s'ocupava dels ingredients d'orige vegetal, ya que estava molt influïda per la farmacognosia (ciència dels medicaments). S'aïllaven composts (inicialment sobretot alcaloides) a partir d'extractes de plantes i s'intentava dilucidar la seua estructura.

A mitan de el XIX, Justus Liebig va ampliar el concepte de substàncies naturals als composts d'orige animal. Cap a finals de el XIX, Emil Fischer va ser pioner en la elucidación estructural i la síntesis d'hidrats de carbono i proteïnes.

A finals de la década de 1930, les classes més importants de substàncies naturals havien segut descobertes, analisades i la seua estructura dilucidada. Les fites més importants són:

En el descobriment de la penicilina en 1940 per Alexander Fleming, Ernst Boris Chain i Howard Walter Florey, els microorganismes també varen ser reconeguts com una valiosa font de productes naturals.

Despuix del final de la Segona Guerra Mundial, la química dels productes naturals es va vore impulsada pel desenroll de nous métodos analítics i físics molt potents. Tant l'espectrometria de masses com el cristalografia de rajos X i, més vesprada, també l'espectroscopía de resonància magnètica nuclear varen permetre dilucidar estructures sense derivar des de la substància natural i en chicotetes cantitats del analito. Els métodos de cromatografía i electroforesis, que només ara s'estaven imponent llentament, varen permetre separar mescles de substàncies en una rapidea i purea fins a llavors inalcançables.[3][4]

Importància de la química de les biomoléculas

[editar | editar còdic]

Farmacologia

[editar | editar còdic]

Les biomoléculas han segut reconegudes a lo manco des del descobriment de la penicilina per Alexander Fleming[5] s'han convertit en una font important d'estructures principals de principis actius farmacèutics. S'ha descobert que els productes naturals tenen efectes farmacològics com antibiòtics, inmunosupresores, inhibidors d'enzimes, antagonistas de receptors i agonistas, toxinas, antitumorals i substàncies actives antivirales.


En l'actualitat, toda una serie de substàncies actives es deriven de les biomoléculas. Entre elles es troben els antibiòtics β-lactámicos i agents quimioterapéuticos com el paclitaxel del Taxus brevifolia.[6] o Epothilone de la myxobacteria Sorangium cellulosum. [7]

Els nucleòsits s'han modificat per a que puguen utilisar-se com antiviralés del VIH com zidovudina.[8]

Sigles d'experiència en medicina popular han centrat l'atenció en moltes plantes i, per tant, en els seus ingredients com a estructures principals. Per eixemple, el ginseng (Panax ginseng),[9][10] Ginkgo (Ginkgo biloba)[11] o el Nimbo de l'Índia (Azadirachta indica)[12] Objecte d'intensa investigació.

Les estructures principals aixina obtingudes servixen de base per a l'optimisació farmacològica del principi actiu. En el procés, s'establix la Relació Estructura-Activitat (QSAR) i s'intenta optimisar propietats físiques com la solubilidad en mijos acuosos i s'intenta optimisar les propietats físiques, com la solubilidad en mijos acuosos. Per a això se solen utilisar tècniques com la síntesis paralela o la química combinatòria.[13][14]


En térmens farmacològics, les biomoléculas es denominen estructures privilegiades, ya que es formen en condicions fisiològiques i presenten propietats farmacocinéticas favorables. [15] El fet de que al voltant de la mitat de les substàncies actives més venudes siguen biomoléculas o els seus derivats demostra l'especial importància dels productes naturals per a la farmacologia.[16]

Biologia

[editar | editar còdic]

La elucidación de la relaciones fisiològiques és important per a la biologia. En el camp de les substàncies naturals, açò inclou la biosíntesis i la funció biològica en els organismes, ya siga com enzima, substància mensager o com a proveïdor o almagasén d'energia. Les substàncies mensager inclouen, entre atres hormones, neurotransmisores i feromones. Els proveïdors i almagasens d'energia solen ser grasses, proteïnes i hidrats de carbono. La biosíntesis de les substàncies naturals és tan variada com la seua estructura.

La determinació d'una via de biosíntesis sol requerir un gran esforç. S'utilisen diverses tècniques:[17][18]

  • Tècnica isotòpica - Les molècules precursores potencials s'etiqueten en un isòtop rar, possiblement radiactiu, pero de desintegració no massa ràpida, com l'isòtop 14C (semivida 5736 anys). Despuix de l'introducció en el metabolisme (per eixemple, per alimentació o injecció), s'observa el destí de l'isòtop en la molècula diana. A partir d'açò, es pot deduir la ruta de biosíntesis.
  • Tècniques enzimàtiques - Ací deu conéixer-se aproximadament la via de biosíntesis. Es treballa en enzimes aïllades o en cultius celulars per a investigar les vies de biosíntesis en condicions de laboratori i ya no in viu.
  • Per eixemple, les bactèries interrompen la biosíntesis en ajuda de mutacions genètiques; en el procés s'acumula un intermediari metabòlic d'una seqüència biosintética.

Química orgànica

[editar | editar còdic]

Per a la química orgànica, la química de les biomoléculas representa un repte en molts aspectes. En primer lloc, en el camp del coneiximent d'estructures, és dir, l'analítica: No és rar que varis grups d'investigació treballen en la elucidación d'estructures durant anys. Estructures complexes com l'azadiractina varen requerir varis intents ans que es demostrara l'estructura correcta.[19] Inclús la síntesis total d'un producte natural no sempre demostra l'estructura correcta —com s'ha demostrat en el patchulialcohol i la síntesis de Büchi—.[20][21]


En general, la síntesis d'una substància natural complexa és també un repte per a la química orgànica. Per a que una substància natural adquirixca importància com farmacèutic, deu desenrollar-se una síntesis total o síntesis parcial. Açò és encara més important en el context de l'optimisació estructural, ya que deuen sintetisar-se mils de composts a partir d'un producte natural per a establir una relació estructura-activitat i optimisar les propietats farmacològiques.[22] Els productes naturals solen ser composts complexos en centres de quiralidad, que deuen construir-se en la configuració estereoquímica desijada. Els reactius utilisats deuen ser compatibles en els grups funcionals de la molècula, o també deu seleccionar-se una estratègia de grup protector corresponent.

Les síntesis totals de Vitamina B12 per Robert B. Woodward i Albert Eschenmoser de 1973, per eixemple, mostren lo llarga i laboriosa que pot ser la síntesis d'un producte natural,[23] la síntesis de palitoxina per Yoshito Kishi en 1994[24] o la carrera per la primera síntesis total de taxol entre Robert A. Holton, Kyriacos C. Nicolaou i Samuel J. Danishefsky del mateix any.[25] La síntesis de la vitamina B12 va dur uns 20 anys de treball de desenroll. Per a això va caldre desenrollar passos de reacció completament nous i, en el cas de la vitamina B12, inclús va caldre crear nous fonaments teòrics en les regles de Woodward-Hoffmann. Roald Hoffmann]] va ser guardonat en el Premi Nobel pel seu desenroll.[26] Robert B. Woodward ya havia segut guardonat en 1965 pel seu treball en el camp de la química de productes naturals.[27][28][29]


Una atra importància de les substàncies naturals en química orgànica és el seu us com a font de blocs de construcció per a síntesis. Molts productes naturals, com els sucres o els aminoàcits, són composts quirales i, per tant, poden utilisar-se com a molècules precursores per a síntesis quirales o com a reactius. No obstant, els productes naturals també poden ser simplement una font per a composts de partida complexos i inclús per a síntesis industrials. Per eixemple, l'àcit shikímico és el material de partida per a la síntesis a gran escala del medicament contra la grip oseltamivir (Tamiflu) de l'empresa Roche.[30]


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ Inducció de resistència en plantes Interacció: Planta-Patógeno (en és), Agroamerica, p. 209. ISBN 978-92-9248-185-8.
  2. ↑ Lehninger, A. L. 1976. Curs breu de bioquímica. Omega, Barcelona ISBN 84-282-0445-4.
  3. ↑ Peter Nuhn: Naturstoffchemie. Mikrobielle, pflanzliche und tierische Naturstoffe, 2ª edició, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1990, pp. 20-23; ISBN 3-7776-0473-9.
  4. ↑ Otto Krätz: 7000 Jahre Chemie, Nikol Verlagsgesellschaft, Hamburc 1999; ISBN 3-933203-20-1.
  5. ↑ A. Fleming: On the antibacterial action of cultures of a penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae. 1929. En: Bull. Organisació Mundial de la Salut... Volum 79, número 8, 2001, pp. 780-790, PMID 11545337. Plantilla:PMC.
  6. ↑ Mansukhlal C. Wani, Harold Lawrence Taylor, Monroe E. Wall, Philip Coggon, Andrew T. McPhail: Plant antitumour agents. VI. Isolation and structure of taxol, a novell antileukemic and antitumor agent from Taxus brevifolia, en: J. Am. Chem. Soc., 1971, 93, pp. 2325-2327; doi:10.1021/ja00738a045.
  7. ↑ Gerhard Höfle, Norbert Bedorf, Heinrich Steinmetz, Dietmar Schomburg, Klaus Gerth, Hans Reichenbach: Epothilon A und B - neuartige, 16gliedrige Makrolide mit cytotoxischer Wirkung: Isolierung, Struktur im Kristall und Konformation in Lösung, en: Angewandte Chemie, 1996, 108, pp.  1671–1673; doi:10.1002/ange.19961081342 ]
  8. ↑ «Neueinfuehrung Zidovudin -Zeitschrift für Chemotherapie, 1987, Heft 4». Consultat el 2013-08-04.
  9. ↑ Lee Jia, Yuqing Zhao: Current Evaluation of the Millennium Phytomedicine - Ginseng (I): Etymology, Pharmacognosy, Phytochemistry, Market and Regulations, en: Curr. Med. Chem., 2009, 16, pp. 2475-2484; Plantilla:PMC.
  10. ↑ Lee Jia, Yuqing Zhao, Xing-Jie Liang: Current Evaluation of the Millennium Phytomedicine - Ginseng (II): Collected Chemical Entities, Modern Pharmacology, and Clinical Applications Emanated from Traditional Chinese Medicine, en: Curr. Med. Chem., 2009, 16, pp. 2924-2942; Plantilla:PMC.
  11. ↑ Steven D. Ehrlich - Universitat de Maryland - Centre Mèdic. «Revisió sobre el Ginkgo Biloba». Consultat el 2013-08-04.
  12. ↑ S. Ganguli: [1] archivat en Wayback Machine. (PDF; 21 kB), en: Current Science, 2002, 82, p. 1304 (Archive.org).
  13. ↑ Bernd Schäfer: Naturstoffe der chemischen Industrie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2006; ISBN 978-3-8274-1614-8.
  14. ↑ Gareth Thomas: Medicinal Chemistry, 2ª edició, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, 2007, pp. 90-110, 161-163; ISBN 978-0-470-02598-7.
  15. ↑ Rolf Breinbauer, Ingrid R. Vetter, Herbert Waldmann: Von Proteindomänen zu Wirkstoffkandidaten - Naturstoffe als Leitstrukturen für dones Design und die Synthese von Substanzbibliotheken, en: Angewandte Chemie, 2002, 114, pp.  3002–3015; <3002::AID-ANGE3002>3.0.CO;2-V doi:10.1002/1521-3757(20020816)114:16<3002::AID-ANGE3002>3.0.CO;2-V.
  16. ↑ Herbert Waldmann: Naturally combinatorial - natural product-driven drug development, en: Nachrichten aus der Chemie, 2003, 51, pp. 126-131; doi:10.1002/nadc.20030510210 ]
  17. ↑ Rudolf Hänsel, Otto Sticher (ed.). Farmacognosia - Fitofarmacia, 9 edició, Springer Verlag, pp. 18-29.
  18. ↑ W. Kreis. «Principis del metabolisme secundari Principis de la fitoquímica - Catàlec d'enriquiments de SWBplus». Consultat el 2013-08-05.
  19. ↑ Wolfgang Kraus, Michael Bokel, Adolf Klenk, Helmut Pöhn: The structure of azadirachtin and 22,23-dihydro-23β-methoxyazadirachtin, en: Tetrahedron Letters, 1985, 26, pp. 6435-6438; doi:10.1016/S0040-4039(00)99020-8.
  20. ↑ G. Büchi, R. E. Erickson, N. Wakabayashi: Terpenos. XVI.1,2 Constitution of Patchouli Alcohol and Absolute Configuration of Cedrene, en: J. Am. Chem. Soc., 1961, 83, pp. 927-938; doi:10.1021/ja01465a042.
  21. ↑ G. Büchi, William D. Macleod: Synthesis of Patchouli Alcohol, en: J. Am. Chem. Soc., 1962, 84, pp. 3205-3206; doi:10.1021/ja00875a047.
  22. ↑ Gareth Thomas: Medicinal Chemistry pp.90-110.
  23. ↑ Peter Bützer s. «pdf Artícul sobre la vitamina B12 - Dinàmica molecular - Dinàmica de sistema». Consultat el 2013-08-04.
  24. ↑ K. C. Nicolaou, E.J. Sorensen: Classics in Total Synthesis: Targets, Strategies, Methods, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1996, pp. 711-729; ISBN 3-527-29284-5.
  25. ↑ K.C. Nicolaou, E.J. Sorensen: Classics in Total Synthesis: Targets, Strategies, Methods, pp. 655-671.
  26. ↑ «El Premi Nobel de Química 1981». Consultat el 2013-08-04.
  27. ↑ «El Premi Nobel de Química 1965». Consultat el 2013-08-04.
  28. ↑ K.C. Nicolaou, E. J. Sorensen: Classics in Total Synthesis: Targets, Strategies, Methods, pp. 99-134.
  29. ↑ K.C. Nicolaou, S.A. Snyder: Classics in Total Synthesis II, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2003; ISBN 978-3-527-30684-8.
  30. ↑ Stefan Abrecht, Peter Harrington, Hans Iding, Martin Karpf, René Trussardi, Beat Wirz, Ulrich Zutter: The Synthetic Development of the Anti-Influenza Neuraminidase Inhibitor Oseltamivir Phosphate (Tamiflu®): A Challenge for Synthesis & Process Research], en: CHIMIA International Journal for Chemistry], 2004, 58, pp. 621-629.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Biomolécula&oldid=838542»