Ionofor - Ionophore

Ionofori purtători și canale
(a) Ionoforii purtători leagă reversibil ionii și îi transportă prin membranele celulare.
(b) Ionoforii canalelor creează canale în membranele celulare pentru a facilita transportul ionilor.

Un ionofor (din greacă ion și -phore , „purtător de ioni”) este o specie chimică care leagă reversibil ionii. Mulți ionofori sunt entități liposolubile care transportă ioni peste membrana celulară . Ionoforii catalizează transportul de ioni pe membranele hidrofobe, cum ar fi membranele polimerice lichide (electrozi selectivi ai ionilor pe bază de purtător) sau straturile lipidice găsite în celulele vii sau veziculele sintetice ( lipozomi ). Structural, un ionofor conține un centru hidrofil și o porțiune hidrofobă care interacționează cu membrana.

Unii ionofori sunt sintetizați de microorganisme pentru a importa ioni în celulele lor. De asemenea, au fost preparați purtători de ioni sintetici. Ionoforii selectivi pentru cationi și anioni au găsit multe aplicații în analiză. Acești compuși s-au dovedit, de asemenea, să aibă diverse efecte biologice și un efect sinergic atunci când sunt combinați cu ionul pe care îl leagă.

Clasificare

Structura complexului de sodiu (Na ⁺ ) și a antibioticului monensină A

Structura unui complex de potasiu al unui eter al coroanei , un complex sintetic ionofor-ion

Activitățile biologice ale compușilor de legare a ionilor metalici pot fi modificate ca răspuns la creșterea concentrației metalice, iar pe baza acestora din urmă compușii pot fi clasificați ca „ionofori metalici”, „ chelatori metalici ” sau „navete metalice”. Dacă efectul biologic este mărit prin creșterea concentrației de metal, acesta este clasificat ca „ionofor metalic”. Dacă efectul biologic este scăzut sau inversat prin creșterea concentrației de metal, acesta este clasificat ca „chelator de metal”. Dacă efectul biologic nu este afectat de creșterea concentrației de metal, iar complexul compus-metal intră în celulă, acesta este clasificat ca „navetă metalică”. Termenul de ionofor (din grecesc purtător de ioni sau purtător de ioni ) a fost propus de Berton Pressman în 1967, când el și colegii săi investigau mecanismele antibiotice ale valinomicinei și nigericinei .

Mulți ionofori sunt produși în mod natural de o varietate de microbi , ciuperci și plante și acționează ca o apărare împotriva speciilor concurente sau patogene. Au fost sintetizați, de asemenea, mai mulți ionofori sintetici care se întind pe membrană. Cele două mari clasificări ale ionoforilor sintetizați de microorganisme sunt:

Ionofori purtători care se leagă de un anumit ion și îi protejează sarcina de mediul înconjurător. Acest lucru facilitează trecerea ionului prin interiorul hidrofob al membranei lipidice. Cu toate acestea, acești ionofori devin incapabili să transporte ioni la temperaturi foarte scăzute. Un exemplu de ionofor purtător este valinomicina , o moleculă care transportă un singur cation de potasiu . Ionoforii purtători pot fi proteine sau alte molecule.
Formatori de canale care introduc un por hidrofil în membrană, permițând trecerea ionilor fără a intra în contact cu interiorul hidrofob al membranei . Ionoforii care formează canale sunt de obicei proteine mari . Acest tip de ionofori își poate menține capacitatea de a transfera ioni la temperaturi scăzute, spre deosebire de ionoforii purtători. Exemple de ionofori care formează canale sunt gramicidina A și nistatina .

Ionoforii care transportă ioni de hidrogen (H ⁺ , adică protoni) peste membrana celulară se numesc protonofori . Ionoforii de fier și agenții chelatori sunt numiți colectiv siderofori .

Ionofori sintetici

Mulți ionofori sintetici se bazează pe eteri de coroană , criptand și calixarene . Pirazolul - piridină și derivații bis-pirazolici au fost sintetizate. Aceste specii sintetice sunt adesea macrociclice . Unii agenți sintetici nu sunt macrociclici, de exemplu cianură de carbonil- p- trifluorometoxifenilhidrazonă . Chiar și compușii organici simpli, cum ar fi fenolii , prezintă proprietăți ionoforice. Majoritatea receptorilor sintetici utilizați în electrozii selectivi anionici pe bază de purtători folosesc elemente de tranziție sau metaloizi ca purtători de anioni, deși sunt cunoscuți receptori simpli pe bază de uree organică și tiourea .

Mecanism de acțiune

Ionoforii sunt compuși chimici care se leagă reversibil și transportă ionii prin membrane biologice în absența unui por de proteină. Acest lucru poate perturba potențialul membranei și, prin urmare, aceste substanțe ar putea prezenta proprietăți citotoxice. Ionoforii modifică permeabilitatea membranelor biologice către anumiți ioni față de care prezintă afinitate și selectivitate. Mulți ionofori sunt solubili în lipide și transportă ioni peste membranele hidrofobe, cum ar fi straturile lipidice găsite în celulele vii sau veziculele sintetice ( lipozomi ) sau membranele polimerice lichide (electrozi ionici selectivi pe bază de purtător). Structural, un ionofor conține un centru hidrofil și o porțiune hidrofobă care interacționează cu membrana. Ionii sunt legați de centrul hidrofil și formează un complex ionofor-ion. Structura complexului ionophore-ion a fost verificată prin cristalografie cu raze X .

Chimie

Mai mulți factori chimici afectează activitatea ionoforului. Activitatea unui complex ionofor-metal depinde de configurația sa geometrică și de siturile și atomii de coordonare care creează un mediu de coordonare care înconjoară centrul metalic. Acest lucru afectează selectivitatea și afinitatea față de un anumit ion. Ionoforii pot fi selectivi pentru un anumit ion, dar pot să nu fie exclusivi pentru acesta. Ionoforii facilitează transportul ionilor peste membranele biologice cel mai frecvent prin transport pasiv , care este afectat de lipofilicitatea moleculei ionofore. Creșterea lipofilicității complexului ionofor-metal îmbunătățește permeabilitatea acestuia prin membranele lipofile. Hidrofobicitatea și hidrofilitatea complexului determină, de asemenea, dacă acesta va încetini sau ușura transportul ionilor metalici în compartimentele celulare. Potențialul de reducere al unui complex metalic îi influențează stabilitatea termodinamică și îi afectează reactivitatea . Capacitatea unui ionofor de a transfera ioni este, de asemenea, afectată de temperatură.

Proprietăți biologice

Ionoforii sunt folosiți pe scară largă în experimentele de fiziologie celulară și biotehnologie, deoarece acești compuși pot perturba în mod eficient gradienții ionilor din membranele biologice și astfel pot modula sau spori rolul ionilor cheie în celulă. Mulți ionofori au prezentat activități antibacteriene și antifungice. Unele dintre ele acționează și împotriva insectelor , dăunătorilor și paraziților . Unii ionofori au fost introduși în medicamente de uz dermatologic și veterinar . O mare cantitate de cercetări au fost direcționate spre investigarea noilor proprietăți antivirale, antiinflamatoare, anti-tumorale, antioxidante și neuroprotectoare ale diferiților ionofori.

Clorochina este un medicament antimalaric și antiamebic. Este, de asemenea, utilizat în gestionarea artritei reumatoide și a lupusului eritematos . Piritionul este utilizat ca agent anti-mătreață în șampoanele medicamentoase pentru dermatita seboreică . De asemenea, servește ca agent anti-murdărire în vopsele pentru a acoperi și proteja suprafețele împotriva mucegaiului și algelor . Clioquinolul și PBT2 sunt derivați de 8-hidroxichinolină . Clioquinolul are proprietăți antiprotozoale și antifungice topice, cu toate acestea utilizarea sa ca agent antiprotozoal a fost restricționată pe scară largă din cauza preocupărilor neurotoxice. Clioquinolul și PBT2 sunt în prezent studiate pentru boli neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer , boala Huntington și boala Parkinson . Gramicidina este utilizată în pastilele pentru gât și a fost utilizată pentru tratarea rănilor infectate. Galatul de epigalocatechină este utilizat în multe suplimente alimentare și a prezentat efecte ușoare de scădere a colesterolului. Quercetina are o aromă amară și este utilizată ca aditiv alimentar și în suplimente alimentare . Hinokitiol (ß- thujaplicin ) este utilizat în produse comerciale pentru îngrijirea pielii, a părului și a bucalei , pentru respingerea insectelor și pentru deodorante. De asemenea, este utilizat ca aditiv alimentar, ca agent de prelungire a termenului de valabilitate în ambalarea alimentelor și ca conservant pentru lemn în tratarea lemnului .

Antimicoticele polienice , cum ar fi nistatina , natamicina și amfotericina B , sunt un subgrup de macrolide și sunt utilizate pe scară largă medicamente antifungice și antieishmaniale. Aceste medicamente acționează ca ionofori legându-se de ergosterol în membrana celulelor fungice și făcându-l etanș și permeabil pentru ionii K ⁺ și Na ⁺ , contribuind astfel la moartea celulelor fungice.

Ionoforii carboxilici, adică monensina , lasalocidul , salinomicina , narasinul , maduramicina , semduramicina și laidlomicina, sunt comercializate la nivel global și utilizate pe scară largă ca aditivi pentru hrana anticoccidială pentru a preveni și trata coccidioza la păsări de curte . Unii dintre acești compuși au fost folosiți și ca promotori de creștere și producție la anumite rumegătoare , cum ar fi bovine și pui, cu toate acestea această utilizare a fost restricționată în principal din cauza problemelor de siguranță.

S-a demonstrat că ionoforii de zinc inhibă replicarea diferitelor virusuri in vitro , inclusiv virusul coxsackievirus , virusul arteritei ecvine , coronavirusul , HCV , HSV , HCoV-229E , HIV , mengovirusul , MERS-CoV , rinovirusul , SARS-CoV-1 , virusul Zika .

Ionofor	Cationii	Surse
Aceasta nu este o listă completă a tuturor ionoforilor cunoscuți. Ionii metalici enumerați pentru fiecare ionofor nu sunt exclusivi.
Beauvericin	Ba ²⁺ , Ca ²⁺	Beauveria bassiana ,specie Fusarium
Calcimicină	Mn ²⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , Sr ²⁺ , Ba ²⁺ , Zn ²⁺ , Co ²⁺ , Ni , ²⁺ , Fe ²⁺	Streptomyces chartreusensis
Clorochina	Zn ²⁺	Cinchona officinalis
Clioquinol	Zn ²⁺ , Cu ²⁺ , Fe ²⁺	Ionofor sintetic
Diiodohidroxichinolină	Zn ²⁺	Ionofor sintetic
Ditiocarbamates ( ditiocarbamat de pirolidină și alți derivați)	Zn ²⁺ , Cu ²⁺	Ionofor sintetic
Enniatin	NH4 ⁺	Specii Fusarium
Galat de epigalocatechină	Zn ²⁺	Camellia sinensis , mere , prune , ceapă , alune , nuci , roșcove
Gramicidina A	K ⁺ , Na ⁺	Brevibacillus brevis
Hinokitiol	Zn ²⁺	Specii cupressaceae
Ionomicina	Ca ²⁺	Streptomyces conglobatus
Laidlomicină	Li ⁺ , K ⁺ , Na ⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ , Sr ²⁺	Specii Streptomyces
Lasalocid	K ⁺ , Na ⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺	Streptomyces lasaliensis
Maduramicina	K ⁺ , Na ⁺	Actinomadura rubra
Monensin	Li ⁺ , K ⁺ , Na ⁺ , Rb ⁺ , Ag ⁺ , Tl ⁺ , Pb ²⁺	Streptomyces cinnamonensis
Narasin	K ⁺ , Na ⁺ , Rb ⁺	Streptomyces aureofaciens
Nigericin	K ⁺ , Pb ²⁺	Streptomyces hygroscopicus
Nonactină	K ⁺ , Na ⁺ , Rb ⁺ , Cs ⁺ , Tl ⁺ , NH4 ⁺	Streptomyces tsukubaensis , Streptomyces griseus , Streptomyces chrysomallus , Streptomyces werraensis
Nistatina	K ⁺	Streptomyces noursei
PBT2	Zn ²⁺ , Fe ²⁺ , Mn ²⁺ , Cu ²⁺	Analog sintetic al 8-hidroxichinolinei
Pirazol - derivați de piridină și bis-pirazol	Cu ²⁺	Ionofor sintetic
Pyrithione	Zn ²⁺ , Cu ²⁺ , Pb ²⁺	Allium stipitatum
Quercetin	Zn ²⁺	Pe larg răspândit în natură, se găsește în multe legume, fructe, fructe de pădure, ierburi, copaci și alte plante
Salinomicină	K ⁺ , Na ⁺ , Cs ⁺ , Sr ²⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺	Streptomyces albus
Semduramicina	Na ⁺ , Ca ²⁺	Actinomadura roseorufa
Valinomicina	K ⁺	Specii Streptomyces
Zincoforină	Zn ²⁺	Streptomyces griseus

Languages

In other projects

Ionofor - Ionophore

Cuprins

Clasificare

Ionofori sintetici

Mecanism de acțiune

Chimie

Proprietăți biologice

Vezi si

Referințe

linkuri externe