1

Peran Logam Transisi Dalam Kehidupan

Pinsip-prinsip anorganikPrinsip-pinsip biokimiaPrinsip-prinsip teknik karakterisasiTransportasi unsur-unsur anorganik dalam sistem biologiAktivitas biologi: Cr, Pt, Cu

Referensi: Fraústo, J.J.R, et al, “ The biological chemsitry of the elements: the inorganic chemistry of life”, 2nd ed., Oxford, 2001.

BAB IPrinsip-Prinsip Anorganik

2

Unsur-unsur penting dalam kehidupan

Unsur-unsur dalam tubuh manusia

3

Esensial

Peran unsur-unsur anorganik

Electron transfer in blue copper proteinsCu+

Electron transfer, nitrogenasesFe2+

Structure in oxidases, photosynthesisMn2+

Structure in zinc finger, gene regulation, anhydrases, dehydrogenases

Zn2+

Structure, charge carrier, phosphate transferCa2+

Structure in hydrolase, phosphate transferMg2+

Charge carrier, osmosis balance, nerve impulsesK+

Charge carrier, osmosis balance, nerve impulsesNa+

4

Interaksi logam-biomolekul

Fe(II)-transferin hemocyanin

Konsep HSAB

Crown ether

5

Interaksi logam-biomolekul

Metallothionein (MW: 3500-14000 Da)Logam: Cd2+, Hg2+, Pb2+

Senyawa kompleks

Pembentukan kompleks

6

Senyawa kompleks

Laju pertukaran ligan aqua dalam senyawa kompleks [M(H2O)6]n+

Orbital d

7

Senyawa kompleks

4.74.24.24.03.0

NoneMg2+

Ca2+

Ni2+

Cu2+

CH3COOH + M2+ ⇄ [M-OOCCH3]+

35.032.930.732.2

NoneCo2+

Cu2+

Zn2+

NH3 + M2+ ⇄ [M-NH2]+

14.013.411.110.710.0

NoneCa2+

Mn2+

Cu2+

Zn2+

H2O + M2+ ⇄ [M-OH]+pKa (25 °C, 0.1 M)Metal ionLigand and reaction

Efek khelat dan ukuran ion

[Ni(OH2)6]2+ + H2edta2- → [Ni(edta)]2- + 4H2O + 2H3O+

Ligan khelat

8

Deret spektrokimia

Ukuran ion

Ukuran ionDeret Irving-Williams: ukuran ion berkurang, ikatan logam dan ligan makin kuat

Ca2+ < Mg2+ < Mn2+ < Fe2+ < Co2+ < Ni2+ < Cu2+ > Zn2+

9

Keberadaan unsur dalam sistem biologi

pH dan potensial redoks

Keberadaan unsur dalam sistem biologi

10

Kelarutan

Keberadaan unsur dalam sistem biologi

Tugas mandiriTugas 1: kegunaan unsur anorganik dalam sistem biologi.Tugas 2: bentuk senyawa yang ditemukan dalam sistem biologi (bagaimana

awal identifikasi bahwa unsur tersebut ada dalam sistem biologi, struktur senyawa hasil identifikasi).Tugas 3: penelitian apa saja yang dilakukan berhubungan dengan senyawa

tersebut.Tugas 4: prinsip dasar dari peran unsur anorganik tersebut dalam sistem biologi.

Contoh:Logam Fe: merupakan salah satu metalloprotein yang terlibat dalam proses transport oksigen. Metalloprotein: struktur hemoglobin. Penelitian: eksplorasi mekanisme transport oksigenPrinsip: transport oksigen

11

Unsur-unsur anorganik yang dibahas:

1. Na2. Ca3. Mg4. Al5. Ti6. Cr7. Mn8. Fe9. Co10. Ni

11. Cu12. Zn13. Mo14. Hg15. Sn16. Se17. Au18.Tc19. S20. P

Bioorganologam

Aturan 18-elektron dan 16-elektronSenyawa bioorganologam:metallocenes, kompleks Pt

12

Senyawa FerroceneGlucose blood monitoring

GOD = glucose oxidase enzymeFc = ferrocene carboxylic

Senyawa kompleks Platinum

13

Transfer elektron

Transfer elektron dalam reduktor dan oksidator.Mekanisme: (i) outer-sphere; (ii) inner-sphere

Transfer elektron

14

Transfer elektron

Aktivitas superoxide dismutase (SOD)

O2− + Cu(II)ZnSOD →

Cu(I)ZnSOD + O2

O2− + Cu(I)ZnSOD + H+

→ Cu(II)ZnSOD + H2 O2

Molekul oksigen

15

ROS

BAB IIPRINSIP-PRINSIP BIOKIMIA

16

PROTEIN

non polar

polar

asam

basa

Pada pH psikologis, ~ 7.0-7.4

Ion Logam-Protein

17

Struktur protein

Ikatan peptidaStruktur: primer, sekunder, tersier, kuaterner

Azurin

Protein: blue-copper, denganλmax = 600 nm.Cu(II) berikatan dengan 2 jenis asam amino (2 histidine + cystine)

18

Fungsi protein

1. Terlibat dalam proses transport oksigen, karbon dioksida, seperti: myogloblin, hemoglobin.

2. Sebagai katalis dalam reaksi biokimia, yang disebut sebagai enzim

Transport O2

19

Asam Nukleat

DNA dan RNA

DNA & RNA

20

DNA double-strand

Interaksi Cisplatin dan DNA

21

Istilah-istilah dalam bioanorganik

www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/

Apo-enzyme, biomimetic, binding site, bioavailability, co-enzyme, cofactor, cytoplasma, dismutase, dioxygenase,haloenzyme, toxicity, uptake, IC50, albumin, transferin, etc

Sel

22

Membran sel

Bab IIIPrinsip-Prinsip Teknik Karakterisasi &

Bioassay

23

Teknik karakterisasi

Analytical methods (IR, UV-vis, MS, GFAAS)X-ray absorption spectroscopy (XAS)Electron Paramagnetic Resonance (EPR)Nuclear Magnetic Resonance (NMR)

Bioassay

Cell cultureDNA cleavage

24

BAB IVAktivitas Biologi Senyawa Anorganik

KHROMIUMPLATINUMTEMBAGA

Peran Senyawa Anorganik Dalam Bidang Medis

Referensi: Annu. Rep. Prog. Chem., Sect. A, 2008, 104, 477-497

1. Lithium : pengobatan manic episodes2. Boron: digunakan pada Neutron Capture Theraphy (NCT)3. Aluminium: sebagai bakterisida4. Titanium : sebagai anti-kanker5. Vanadium: sebagai anti-diabetes6. khromium: sebagai mikronutrisi dalam metabolisme karbohidrat7. Mangan: sebagai bahan kontras pada Magnetic Resonance

Imaging(MRI)8. Besi: sebagai bahan themally cross-linked superparamagnetic iron

oxide nanoparticel (TLC-SPION) pada analisis imaging sel kanker, anti-malaria, anti-oksidant.

9. Kobalt: sebagai anti-oksidant, anti-malaria10. Nikel: sebagai anti-kanker

25

Peran Senyawa Anorganik Dalam Bidang Medis

11. Tembaga: sebagai anti-bakteri, anti-jamur, anti-diabetes12. Seng : sebagai anti-kanker, anti-diabetes13. Arsenik: digunakan pengobatan Leukemia14. Selenium: sebagai antioksidant15. Molybdenum: sebagai radiotracer16. Technetinum: sebagai radiotracer17. Ruthenium: sebagai anti-kanker18. Palladium : sebagai anti-kanker19. Perak: sebagai anti-mikroba20. Kadmium: sebagai anti-mikroba21. Gadolinium: sebagai bahan kontras pada MRI22. Platinum: sebagai anti-kanker23. Timbal: sebagai radioimmunotheraphy24. Emas: sebagai bahan deteksi sel kanker25. Bismuth: sebagai anti-kanker

Kromium

Referensi: Coordination Chemistry Reviews, 216-217, (2001), 537-582.Progress in Inorganic Chemistry, 51, (2003), 145-250.Coordination Chemistry Reviews, 249, (2005), 2391-2407.Coordination Chemistry Reviews, 249, (2005), 281-298.

26

Aktivitas Biologi Kromium

CrO

O

O

O 2N

OO Cr

NO

O

N

OO

0

“carcinogenic” “micronutrient essential”

Mengapa Kromium(VI) karsinogenik?

27

Transport Cr(VI)

Interaksi Cr(VI) dan reduktor

Glutathione (GSH) Cysteine (cys)

Ascorbic acid

28

Identifikasi Spesi Intermediate: Cr(VI) → Cr(III)

Environ Health Perspect. 102, (1994), 31–33.

Reduksi: Cr(VI) → Cr(III)

Studi: interaksi Cr(VI) + biomolekul (reduktor: karbohidrat, glutathione (GSH), cystiene (cys), as. askorbat (Asc))

Cr2O72 14H 6e 2Cr3 7H2O = 1.38 V (1.1)

CrO42 4H2O 3e Cr(OH)3 OH E = -0.12 V (1.2)

E

Reductant Reduction potential

(V, pH 7.0, 25 °C)

Asc +0.06

GSH -0.23

Cys -0.32

H2O2 +0.68

29

Reaksi Cr(VI) + GSH

Reaksi Cr(VI) + saliva

30

Senyawa kompleks Cr(V) dan Cr(IV)

Reduksi Cr(VI) → Cr(III)

31

Mutagenicity

DNA damage

32

Hipotesis: DNA damage

Aplikasi XAS:Biotransformasi Cr(VI) dalam sel

33

Aplikasi XAS: Biotransformasi Cr(VI) dalam sel

Pertanyaan:

Karsinogenik Cr(VI)berhubungan dengan kestabilan senyawa kompleks Cr(V), yang terbentuk dari hasil reduksi Cr(VI) dengan reduktor biomolekul.Interaksi senyawa kompleks Cr(V) dengan DNA → bagaimana hubungan struktur & kereaktifan senyawa Cr(V) dalam proseskerusakan DNA?

Aktivitas biologi senyawa kompleks Cr(III) → aktivator insulinberhubungan dengan proses oksidasi Cr(III) menjadi Cr(VI)hubungan struktur & kereaktifan senyawa Cr(III) sebagaiaktivator insulin?

34

Platinum

Pengobatan Kanker

35

BARNETT ROSENBERG:Discoverer of Anticancer Activity of Cisplatin

1960: produk elektrolisis dari elektroda Pt, ternyata menghambat proses pembelahan sel pada bakteri E. Coli

Percobaan B. Rosenberg

Setelah proses elektrolisis

36

Sintesis cis-platin

1913: Alfred Werner

Sintesis trans-platin

37

Cisplatin vs Transplatin

The Kurnakow Test

Bagaimana kerja senyawa kompleks Platinum sebagai antikanker?

38

Pengembangan Senyawa kompleks Platinum

Secara umum : cis-[PtX2(NHR2)2] dengan R = organik, X = leaving group, Cl-, karboksilat

Efisiensi senyawa kompleks Pt complexes sebagai antikanker, berkaitan

dengan:

tahap hidrolisis, untuk membentuk spesi yang aktif (proses pertukaran

ligan, kinetika, dan termodinamika).

kestabilan dari spesi aktif

transport senyawa kompleks kedalam sel

kemampuan untuk bereaksi dengan DNA, tapi tidak bereaksi dengan

protein lainnya.

selektif terhadap sel kanker

Kriteria senyawa kompleks Pt

39

Senyawa Kompleks Pt(IV)

JM216 (cis,trans,cis-[PtCl2(Ac)2(NH3)(C6H5NH2)] (digunakan secara oral) Beberapa senyawa kompleks Pt(IV): trans-[PtCl4(NH3)2] , cis,trans,cis-[PtCl2(Ac)2(NH3)(C6H5NH2)], cis,trans,cis-[PtCl2(OH)2(iPrNH2)2]

Sintesis senyawa kompleks Pt(IV)

40

Reduksi Pt(IV)

Pertanyaan

41

Pertanyaan

Apa kelebihan dan kekurangan senyawa kompleks Pt(IV) dibandingkan senyawa kompleks Pt(II) sebagai antikanker?