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生体有機金属化学は、金属または半金属に直接結合した炭素を含む生物学的に活性な分子の研究分野です。主族および遷移金属中心の重要性は、酵素やその他の生体分子の機能にとって重要であることが長い間認識されてきました。しかし、天然に存在する金属錯体と合成医薬品のごく一部だけが有機金属です。つまり、金属（半金属）と炭素原子の間に直接共有結合があります。天然に存在する生体有機金属化合物の最初の、そして長い間唯一の例は、さまざまな形のコバラミン補因子（ビタミン B 12 ）でした。 [1] 21世紀には、生物学において炭素–金属結合を含む新しいシステムが発見された結果、生体有機金属化学は、有機金属化学と生化学にまたがる生体無機化学の明確なサブ分野として急速に浮上しています。天然に存在する生体有機金属には、酵素とセンサータンパク質が含まれます。また、この分野には、新薬や造影剤（テクネチウム99mセスタミビ）として合成された有機金属化合物や、有機金属化合物（メチル水銀など）の毒性学に関連する原理も含まれます。[2] [3]その結果、生体有機金属化学は医学や薬理学 にますます関連しています。[4]
補因子と補欠分子族
ビタミン B 12は、最も優れた生体有機金属種です。ビタミン B 12は、実際には関連する酵素補因子の集合体であり、そのいくつかはコバルトアルキル結合を含み、生物学的メチル化および 1,2-炭素転位反応に関与しています。1955 年にホジキンによってその構造が解明されて以来、長い間、天然に存在する生体有機金属システムの唯一の例であると信じられてきました。
いくつかの生体有機金属酵素は、一酸化炭素を伴う反応を実行します。 一酸化炭素脱水素酵素(CODH) は水性ガス転換反応を触媒し、アセチルコエンザイム Aの生合成に必要な CO (ニッケルカルボキシレート中間体経由) を提供します。後者のステップは、Ni-Fe 酵素CO メチル化アセチル CoA シンターゼ(ACS) によって実行されます。CODH と ACS は、多くの場合、四量体複合体で一緒に存在し、 CO はトンネル経由で輸送され、メチルコバラミンによってメチル基が提供されます。
ヒドロゲナーゼは、その活性部位が Fe–CO 官能基を特徴とするという意味でバイオ有機金属であるが、CO リガンドは傍観者にすぎない。[5] 二核 [FeFe]-ヒドロゲナーゼは、架橋チオラートを介して4Fe4S クラスターに結合したFe 2 (μ-SR) 2 (μ-CO)(CO) 2 ( CN ) 2活性部位を有する。[NiFe]-ヒドロゲナーゼの活性部位は、(NC) 2 (OC)Fe(μ-SR) 2 Ni(SR) 2と記述される（SR はシステイニル）。[6] 単核 [Fe]-ヒドロゲナーゼは、Fe(CO) 2 (SR)(LX) 活性部位を含み、LX は 6-アシルメチル-2-ピリジノール リガンドであり、ピリジル窒素（L）とアシル炭素（X）を介して Fe 中心に結合している。[7] [8] このクラスのヒドロゲナーゼは、天然に存在する鉄アシル錯体の例を提供します。
メタンの生合成であるメタン生成では、最終段階として補因子 F430のニッケル-メチル結合の切断が行われます。
窒素固定酵素の鉄モリブデン補因子（FeMoco）はFe 6 Cユニットを含み、生物学で発見された格子間炭化物の一例である。[9] [10]
天然に存在するアリール金属種の最初の例として、ニッケル-アリール結合を含むピンサー錯体が乳酸ラセマーゼの活性部位を形成することが報告されている。[11]
センサータンパク質
いくつかの[NiFe]含有タンパク質はH2を感知し、転写を制御することが知られています。
銅含有タンパク質はエチレンを感知することが知られており、エチレンは果実の熟成に関係するホルモンとして知られています。この例は、低原子価遷移金属錯体以外の分子がアルケンに可逆的に結合する数少ないことから、自然界における有機金属化学の重要な役割を示しています。 シクロプロペンは銅(I)中心に結合することで熟成を阻害します。銅への結合は、哺乳類のオレフィンの嗅覚にも関係しています。[12]
一酸化炭素は天然に存在し、鉄ポルフィリンをベースとしたセンサータンパク質との複合体を介して転写因子となります。
医学では
水銀（チオマーサールなど）やヒ素（サルバルサンなど）を含む有機金属化合物は、現代の抗生物質が登場する以前から、非選択的抗菌剤として医療で使用されてきた長い歴史があります。
チタノセンジクロリドは抗癌作用を示し、ジクロリドビス[( p-メトキシベンジル)シクロペンタジエニル]チタンは現在抗癌剤候補です。 アレーンおよびシクロペンタジエニル錯体は、新しい放射性医薬品の設計のための運動学的に不活性なプラットフォームです。
さらに、外因性の半合成リガンド、具体的にはドーパミントランスポーターを利用する研究が行われており、具体的にはフェニルトロパン化合物[η 6 -(2 β -カルボメトキシ-3 β -フェニル)トロパン]トリカルボニルクロムを用いて、報酬促進行動 (インセンティブ顕著性) と慣れに関して結果的な有効性の増加が観察されています。
一酸化炭素はガス伝達物質として重要であるため、一酸化炭素を放出する有機金属化合物も積極的に研究されています。
毒物学
バイオ有機金属化学の領域には、合成有機金属化合物の運命の研究があります。 この点では、テトラエチル鉛やその後継化合物のメチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニルが大きな注目を集めています。 メチル水銀は特に悪名高いケースで、この陽イオンはビタミン B 12関連酵素が水銀に作用して生成されます。
参考文献
- ^ Hodgkin DG、Pickworth J、Robertson JH、Trueblood KN、Prosen RJ、White JG (1955 年 8 月)。「ビタミン B12 由来のヘキサカルボン酸の結晶構造とビタミンの分子構造」。Nature . 176 ( 4477 ) : 325–328。Bibcode :1955Natur.176..325H。doi : 10.1038/176325a0。PMID 13253565。S2CID 4220926。
- ^ Sigel A、Sigel H、Sigel RK編 (2009)。酵素と補因子における金属炭素結合。生命科学における金属イオン。第6巻。王立化学協会。ISBN 978-1-84755-915-9。
- ^ Linck RC、 Rauchfuss TB (2005)。「バイオ有機金属反応中心の合成モデル」。Jaouen G (編)。バイオ有機金属：生体分子、標識、医療。Weinheim：Wiley-VCH。pp. 403–435。doi :10.1002/ 3527607692.ch12。ISBN 978-3-527-30990-0。
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