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Bioanorganische Chemie des Vanadiums. Leben ohne Vanadium?

Abstract

Vanadium wird von Mikroorganismen als Elektronenakzeptor in der Respiration sowie als essentielles Übergangsmetall in enzymatischen Reaktionen verwendet. Ein Beispiel für die Verwendung in respiratorischer Funktion, bei der Vanadat(V) zu Oxidovanadium(IV) reduziert wird, ist das Bodenbakterium Shewanella. Beispiele für enzymatische Reaktionen sind die Stickstofffixierung (durch das Proteobakterium Azotobacter und das Cyanobakterium Anabaena), sowie die Zweielektronen‐Oxidation von Halogenid X zu einer Spezies {X+} durch marine Makroalgen, primitive Pilze und Flechten. In der Vanadiumnitrogenase ist Vanadium Bestandteil eines {Fe7VS9} Clusters, in den Vanadat‐abhängigen Haloperoxidasen liegt H2VO4 gebunden an einen Histidylrest aus der Proteinmatrix vor. Pilze der Gattung Amanita speichern Vanadium in Form von Amavadin mit “nacktem” Vanadium(IV); einige Seescheiden und Strudelwürmer reichern Vanadium aus dem Meerwasser an und speichern es als Aqua‐Komplex des Vanadium(III). Maßgeschneiderte Vandiumkomplexe mit organischen Liganden haben sich in vivo und in vitro als Insulin‐Mimetika erwiesen: Sie vermögen die Glucoseaufnahme durch die Zellen zu stimulieren und den Abbau von Fetten zu inhibieren. Diese Funktionen stehen in Beziehung zum Vanadat‐Phosphat‐Antagonismus.

Vanadium is used by microorganisms as an electron acceptor in respiration, and as an essential transition metal in enzymatic reactions. An example for the employment in respiratory function is the soil bacterium Shewanella, which reduces vanadate(V) to oxidovanadium(IV). Examples for enzymatic reactions are the nitrogen fixation (by the proteobacterium Azotobacter and the cyanobacterium Anabaena), and the two‐electron oxidation of halide X to a species {X+} by marine macro‐algae, fungi and lichen. In vanadium nitrogenase, vanadium is constituent of a {Fe7VS9} cluster, in vanadate‐dependent haloperoxidases it is present in the form of H2VO4 bound to a histidyl residue of the protein matrix. Mushrooms of the genus Amanita store vanadium in the form of amavadin, a “bare” (non‐oxo) vanadium(IV) complex. Several sea squirts and fan worms accumulate vanadium from sea water and store it as an aqua complex of vanadium(III). “Tailored” vanadium complexes with organic ligands have been shown to be active as insulin‐mimics in vivo and in vitro: They are able to stimulate the cellular uptake of glucose and to inhibit the degradation of lipids. These functions are related to the phosphate‐vanadate antagonism.

Autoren:   Rehder, Dieter
Journal:   Chemie in unserer Zeit
Band:   44
Ausgabe:   5
Jahrgang:   2010
Seiten:   322
DOI:   10.1002/ciuz.201000517
Erscheinungsdatum:   01.10.2010
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