Bioanorganische Chemie an der TU Dortmund

Na+ extrazellulär und K+ intrazellulär anzureichern um somit einen Membranpotential zu erzeugen. Die Ionen laufen gegen der Diffusion unter Energie-Verbrauch.

Beide sind nicht Redoxaktiv und haben dazu eine hohe Verfügbarkeit. Dazu haben beide Ionen eine hohe Löslichkeit in wässrigen Medien

1- Abfangen von Na+ und K+

2- Wegnehmen von ATP

3- Blockierung der Pumpe (ATP Rezeptoren zB)

Ein Templat/Umgebung in Form von Biomembran oder ähnliches.

Menge

Kleine Löslichkeitsprodukte unter physiologische Bedingung

Ca5(PO4)3 + Ca5F(PO4)3 --> Endoskelette

Fe3O4 + alpha,gamma-Fe(O)OH + 5 Fe2O3*9H2O --> Magnetsensor, Zähne von Käferschnecken, Eisenspeicher

CaCO3 -->Exoskellet

CaC2O4 --> Ca-Speicher, Harn-/Nierensteine

SiOn(OH)4n-2 --> Pflanzenschutzmechanismen

CaSO4*2H2O + BaSO4 + SrSO4 --> Schutzgerüst, Schwerkraftsensoren

Komposition des Knochens:

- 55% Ca(OH)(PO4)3 (Hydroxylapatit)

- 30% Faserproteine

- 15% Salze

Hydroxylapatit kristallisiert hexagonal, dadurch entstehen Lücken und somit können die Ionen ausgetauscht werden. Außerdem ist es ein wichtiger Speicher für Ionen, für die Härtung des Zahnschmelzes (Austausch von OH- gegen F-).

Ca2+ kann gegen Sr2+; Cd2+; Pb2+ ausgetauscht werden  (Schwermetallverbindungen)

Es dient zur Kompensation von negativen Ladungen und setzt somit die Aktivierungsenergie herab. Außerdem hat es einen kleinen Ionenradius und eine hohe Ladung und kann somit gut schwache Lewis-Basen aktivieren um eine Nucleophil zu erzeugen. Es macht keine Redox-Chemie unter physiologische Bedingungen. dazu zählt, dass es eine räumliche Fixierung seiner Reaktionspartner erzeugt. Es erlaubt außerdem die Brechung von Phosphat Bindung vom ATP (SN-reaktion)

Beispiele: Kinase (Hexokinase), ATPasen, Polymerasen, Phosphatasen, Phenyltransferasen.

Kinase: Phosphorylieren das Substrat

Phosphatasen: Dephosphorylieren das Substrat

Ca2+ besitzt eine variable Koordinationsgeometrie. Die KZ von Ca2+ ist 6-8 währemd die von Mg2+ nur 6 ist. Deswegen können mehr Liganden gebunden werden und das abgespaltete Phosphat, was stabilisieren werde muss, kann dadurch besser stabilisiert werden. Während man 2 Mg2+ verwendet muss, kann stattdessen nur ein Ca2+ Molekül benutzt werden.

Dadurch werden schwache Lewis-Basen aktiviert um Nucleophile zu erzeugen

Zn2+ ist nicht redox-Aktiv, starke Lewis-Säure, sphärisch, labile Bindung zu H2O(dieses führt zu schnellen Austausch), hohes Vorkommen.

Die Funktion in der Hydrolyse ist die Polarisierung des Substrats (Erleichterung des Nucleophilen Angriffs) und somit die Aktivierung von H2O (erleichtert die Deprotonierung).

CO2 + H2O --> HCO3-  + H+