Complejos de aminoácidos y metales de transición

Los complejos de aminoácidos de metales de transición son una gran familia de complejos de coordinación que contienen las bases conjugadas de los aminoácidos , los 2-aminocarboxilatos. Los aminoácidos son frecuentes en la naturaleza y todos ellos funcionan como ligandos de los metales de transición. ^[1] No se incluyen en este artículo los complejos de amidas (incluidos los péptidos) y los derivados de ésteres de aminoácidos. También se excluyen los poliaminoácidos, incluidos los agentes quelantes EDTA y NTA .

Modos de enlace

Tres modos de coordinación para 2-aminocarboxilatos y ligandos relacionados.

Lo más común es que los aminoácidos se coordinen con los iones metálicos como ligandos bidentados N,O, utilizando el grupo amino y el carboxilato. Son ligandos "LX". Se forma un anillo quelato de cinco miembros. El anillo quelato está ligeramente ondulado en los centros de carbono y nitrógeno hibridados ^{sp3 .}

En el caso de los aminoácidos que contienen sustituyentes coordinantes, los complejos resultantes son estructuralmente más diversos, ya que estos sustituyentes pueden coordinarse. La histidina , el ácido aspártico , la metionina y la cisteína a veces forman complejos tridentados N,N,O, N,O,O, S,N,O y S,N,O, respectivamente.

Utilizando iones metálicos cinéticamente inertes, se han caracterizado complejos que contienen aminoácidos monodentados. Estos complejos existen en isómeros de enlace N u O. Se puede suponer que dichos complejos monodentados existen transitoriamente para muchos iones metálicos cinéticamente lábiles (por ejemplo, Zn ²⁺ ).

Estequiometría y estructura

Estructuras de complejos seleccionados de aminoácidos.

Co(glicinato) ₃^[2]
[Ni(κ ³ -histidinato) ₂ ] ^2-^[3]
[Cp*Ir(κ ³ -metionina)] ⁺^[4]
[Ni(cisteinato) ₂ ] ^2-^[5]

Complejos homolépticos (sólo ligandos de aminoácidos)

La mezcla de sales metálicas simples con soluciones de aminoácidos con un pH cercano a la neutralidad o elevado a menudo produce complejos bis o tris. Para los iones metálicos que prefieren la coordinación octaédrica, estos complejos suelen adoptar la estequiometría M(aa) ₃ (aa = amino carboxilato, como el glicinato, H ₂ NCH ₂ CO ₂⁻ ).

Los complejos de la estequiometría 3:1 tienen la fórmula [M(O ₂ CC(R)HNH ₂ ) ₃ ] ^z . Dichos complejos adoptan una geometría de coordinación octaédrica . Estos complejos pueden existir en isómeros faciales y meridionales, ambos quirales. Las posibilidades estereoquímicas aumentan cuando los ligandos de aminoácidos no son homoquirales . Se han caracterizado tanto los isómeros faciales violeta meridionales como los rojo-rosados del tris(glicinato)cobalto(III) ^[6] Con L- alanina , L- leucina y otros aminoácidos, se obtienen cuatro estereoisómeros. ^[7] Con cisteína, el aminoácido se une a través de N y tiolato. ^[8]

Los complejos con la estequiometría 2:1 se ilustran con el glicinato de cobre (II) [Cu(O ₂ CC(R)HNH ₂ ) ₂ ], que existe tanto en geometrías anhidras como pentacoordinadas. Cuando el metal es plano-cuadrado, estos complejos pueden existir como isómeros cis y trans. Las posibilidades estereoquímicas aumentan cuando los ligandos de aminoácidos no son homoquirales . También se conocen complejos homolépticos en los que el carboxilato de amino es un aminoácido tridentado. Uno de estos complejos es el Ni(κ ³ -histidinato) ₂ .

Péptidos y proteínas

Además de los aminoácidos, los péptidos y las proteínas se unen a cofactores metálicos a través de sus cadenas laterales. En su mayor parte, los grupos α-amino y carboxilato no están disponibles para la unión, ya que de lo contrario estarían involucrados en el enlace peptídico. La situación es más complicada para los residuos N-terminales y O-terminales, donde los grupos α-amino y carboxilato no están disponibles, respectivamente. Especialmente importantes a este respecto son la histidina ( imidazol ), la cisteína ( tiolato ) y la metionina ( tioéter ).

Complejos heterolépticos (aminoácidos más otros ligandos)

Estructura de RuCl(gly)(CO) ₃ , conocido como CORM-3, es un fármaco liberador de CO . ^[9]

Los complejos de ligando mixto son comunes para los aminoácidos. Algunos ejemplos bien conocidos incluyen [Co(en) ₂ (glicinato)] ²⁺ , donde en ( etilendiamina ) es un ligando espectador. En el área de complejos organometálicos, un ejemplo es Cp*Ir(κ ³ -metionina).

Síntesis y reacciones

Ruta intramolecular al complejo Co-glicinamida.

Un complejo bien estudiado es el tris(glicinato)cobalto(III) . Se produce por la reacción de la glicina con el tris(carbonato)cobalto(III) sódico . ^[6] Se aplican métodos sintéticos similares a la preparación de tris(quelatos) de otros aminoácidos . ^[10]

Comúnmente, los complejos de aminoácidos se preparan mediante reacciones de desplazamiento de ligandos de complejos metálicos acuosos y bases conjugadas de aminoácidos: ^[11]

[PtCl ₄ ] ^2- + 2 H ₂ NCH(R) CO ₂⁻ → [Pt(H ₂ NCH(R) CO ₂ ) ₂ ] + 4 Cl ⁻

En relación con la química bioinorgánica , los complejos de aminoácidos se pueden generar mediante la hidrólisis de ésteres y amidas de aminoácidos (en = etilendiamina ):

[(en) ₂ CoOH(κ ^1N -H ₂ NCH(R)CO ₂ Et )] ²⁺ → [(en) ₂ CoOH( κ ^2NO -H ₂ NCH(R)CO ₂ )] ²⁺ + EtOH

_{Debido a que su anillo quelato MNC 2} O de 5 miembros es bastante estable, los complejos de aminoácidos representan grupos protectores para los aminoácidos, lo que permite diversas reacciones de las cadenas laterales. ^[12]

Complejos de aminocarboxilato

Un complejo de ácido etilendiamino- N , *N'- disuccínico*

Los compuestos orgánicos que presentan dos o más grupos 2- y 3-aminocarboxilato son ligandos de amplio uso en la naturaleza, la industria y la investigación. Algunos ejemplos famosos son el EDTA y el NTA .

Referencias

^ Severin, K.; Bergs, R.; Beck, W. (1998). "Química bioorganometálica: complejos de metales de transición con α-aminoácidos y péptidos". Angew. Chem. Int. Ed . 37 (12): 1635–1654. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(19980703)37:12<1634::AID-ANIE1634>3.0.CO;2-C. PMID 29711516.
^ K.-Q. Gu; Y.-X. Sol; R. Zhang; NOROESTE. Zhang; H.-W. Ché (2007). "Tris (glicinato-κ ² N, O) cobalto (III)". Acta Crystallogr . E63 (3): m740–m742. doi :10.1107/S1600536807005636.
^ A. Abbasi, B. Safarkoopayeh, N. Khosravi, A. Shayesteh (217). "Estudios estructurales de bis(histidinato)níquel(II): estudios experimentales y computacionales combinados". Comptes Rendus Chimie . 20 (5): 467. doi : 10.1016/j.crci.2016.12.006 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
^ M. Scharwitz, T. van Almsick, WS Sheldrick (2007). "Trifluorometanosulfonato de (S-metilcisteinato)(η ⁵ -pentametilciclopentadienil)iridio(III) hemihidrato". Acta Crystallogr . E63 : m230-m232. doi :10.1107/S1600536806053360.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Baidya, N.; Ndreu, D.; Olmstead, MM; Mascharak, PK (1991). "Síntesis, estructura y propiedades del bis(L-cisteinato-N,S)niquelato(II) de potasio sesquihidrato". Química inorgánica . 30 (10): 2448–2451. doi :10.1021/ic00010a043.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ ab Kauffman, George B.; Karbassi, Mohammad; Kyuno, Eishin (1989). Tris(glicinato)cobalto(III) . Síntesis inorgánicas. vol. 25. págs. 135-139. doi :10.1002/9780470132562.ch32. ISBN 978-0-470-13256-2.
^ Denning, RG; Piper, TS (1966). "Actividad óptica, configuración absoluta y reacciones de reordenamiento de complejos de tris aminoácidos de cobalto(III) con L-alanina, L-leucina y L-prolina". Química inorgánica . 5 (6): 1056–1065. doi :10.1021/ic50040a022.
^ Arnold, Alan P.; Jackson, W. Gregory (1990). "Estereoespecificidad en la síntesis de los iones Tris(( R )-Cysteinaton- N,S )- y Tris(( R )-Cysteinesulfinato-N,S)cobaltato(III)". Química Inorgánica . 29 (18): 3618–3620. doi :10.1021/ic00343a061.
^ Motterlini R, Otterbein LE (septiembre de 2010). "El potencial terapéutico del monóxido de carbono". Artículo de revisión. Nature Reviews. Drug Discovery . 9 (9): 728–43. doi :10.1038/nrd3228. PMID 20811383. S2CID 205477130.
^ Denning, RG; Piper, TS (1966). "Actividad óptica, configuración absoluta y reacciones de reordenamiento de complejos de tris aminoácidos de cobalto(III) con L-alanina, L-leucina y L-prolina". Química inorgánica . 5 (6): 1056–1065. doi :10.1021/ic50040a022.
^ Iakovidis, A.; Hadjiliadis, N. (1994). "Compuestos complejos de platino (II) y (IV) con aminoácidos, péptidos y sus derivados". Coordination Chemistry Reviews . 135–136: 17–63. doi :10.1016/0010-8545(94)80064-2.
^ Wolfgang Beck (2009). "Iones metálicos y complejos metálicos como grupos protectores de aminoácidos y péptidos: reacciones en aminoácidos coordinados". Z. Naturforsch . 64b : 1221–1245. doi : 10.1515/znb-2009-11-1202 . S2CID 96555456.

[1] Severin, K.; Bergs, R.; Beck, W. (1998). "Química bioorganometálica: complejos de metales de transición con α-aminoácidos y péptidos". Angew. Chem. Int. Ed . 37 (12): 1635–1654. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(19980703)37:12<1634::AID-ANIE1634>3.0.CO;2-C. PMID 29711516.

[2] K.-Q. Gu; Y.-X. Sol; R. Zhang; NOROESTE. Zhang; H.-W. Ché (2007). "Tris (glicinato-κ ² N, O) cobalto (III)". Acta Crystallogr . E63 (3): m740–m742. doi :10.1107/S1600536807005636.

[3] A. Abbasi, B. Safarkoopayeh, N. Khosravi, A. Shayesteh (217). "Estudios estructurales de bis(histidinato)níquel(II): estudios experimentales y computacionales combinados". Comptes Rendus Chimie . 20 (5): 467. doi : 10.1016/j.crci.2016.12.006 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )

[4] M. Scharwitz, T. van Almsick, WS Sheldrick (2007). "Trifluorometanosulfonato de (S-metilcisteinato)(η ⁵ -pentametilciclopentadienil)iridio(III) hemihidrato". Acta Crystallogr . E63 : m230-m232. doi :10.1107/S1600536806053360.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[5] Baidya, N.; Ndreu, D.; Olmstead, MM; Mascharak, PK (1991). "Síntesis, estructura y propiedades del bis(L-cisteinato-N,S)niquelato(II) de potasio sesquihidrato". Química inorgánica . 30 (10): 2448–2451. doi :10.1021/ic00010a043.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[Kauf-6] Kauffman, George B.; Karbassi, Mohammad; Kyuno, Eishin (1989). Tris(glicinato)cobalto(III) . Síntesis inorgánicas. vol. 25. págs. 135-139. doi :10.1002/9780470132562.ch32. ISBN 978-0-470-13256-2.

[7] Denning, RG; Piper, TS (1966). "Actividad óptica, configuración absoluta y reacciones de reordenamiento de complejos de tris aminoácidos de cobalto(III) con L-alanina, L-leucina y L-prolina". Química inorgánica . 5 (6): 1056–1065. doi :10.1021/ic50040a022.

[8] Arnold, Alan P.; Jackson, W. Gregory (1990). "Estereoespecificidad en la síntesis de los iones Tris(( R )-Cysteinaton- N,S )- y Tris(( R )-Cysteinesulfinato-N,S)cobaltato(III)". Química Inorgánica . 29 (18): 3618–3620. doi :10.1021/ic00343a061.

[9] Motterlini R, Otterbein LE (septiembre de 2010). "El potencial terapéutico del monóxido de carbono". Artículo de revisión. Nature Reviews. Drug Discovery . 9 (9): 728–43. doi :10.1038/nrd3228. PMID 20811383. S2CID 205477130.

[10] Denning, RG; Piper, TS (1966). "Actividad óptica, configuración absoluta y reacciones de reordenamiento de complejos de tris aminoácidos de cobalto(III) con L-alanina, L-leucina y L-prolina". Química inorgánica . 5 (6): 1056–1065. doi :10.1021/ic50040a022.

[11] Iakovidis, A.; Hadjiliadis, N. (1994). "Compuestos complejos de platino (II) y (IV) con aminoácidos, péptidos y sus derivados". Coordination Chemistry Reviews . 135–136: 17–63. doi :10.1016/0010-8545(94)80064-2.

[12] Wolfgang Beck (2009). "Iones metálicos y complejos metálicos como grupos protectores de aminoácidos y péptidos: reacciones en aminoácidos coordinados". Z. Naturforsch . 64b : 1221–1245. doi : 10.1515/znb-2009-11-1202 . S2CID 96555456.