Aluminioa lur azaleko hirugarren elementu ugariena da [2], eta gainera, bere uretako kontzentrazioa biologikoki beharrezkoak diren magnesio (II), burdina (III) edo zinka bezalako katioiak baino handiagoa da. Beraz, elementu hau edozein prozesu kimikotarako eskura dagoela esan daiteke. Baina elementu hau ez da bizitzarako behar-beharrezko elementua, are gehiago, elementu toxikoa da [3,4,5,6,7,8,9,10]. Horren elementu ugaria eta toxikoa izanik, bizidunengan eragin txarragorik zergaitik ez daukan galde diezaioke batek baino gehiago bere buruari. Arrazoi nagusia, naturak berak aluminioarengan ezarritako kontrola da. Aluminioak, lurrazalean dagoen elementu ugarienarekin, silizioarekin, erraz erreakzionatzen du aluminisilikatoak osatuz eta, bestalde, oxigenorekin erreakzionatzen du bauxita sortuz. Modu honetan aluminioaren eskuragarritasuna nabarmenki gutxitzen da [11,12,13,14].
Gizakiok ordea, aluminioaren eskuragarritasuna handitu dugu. Adibidez, elikadura produktu, produktu farmazeutiko edo ura garbitzeko produktuen bitartez. Ura eta lurraren azidifikazioak, nagusiki euri azidoaren eraginez, aluminioa ere disolbagarriagoa eta eskuragarriagoa egin du [15].
Aluminio (III) katioia burdina (II) edo magnesio (II)-ren antzeko katioia da eta, hauek bezala, erraz sar daiteke bizidunetan ligando desberdinen eskutik: zitratoa, fluoratoa, etb. [16,17,18]. Lewis katalizatzaile ona ere bada, hala ere, ligandoak mantso trukatzen ditu, hau da kostatu egiten zaio ligando batetik bestera pasatzea. Azken arrazoi hau da aluminioa bizidunentzako behar-beharrezkoa ez izatearen arrazoietako bat eta aldi berean toxikoa izatearen arrazoia ere bai. Adibidez: Magnesioaren funtzioetako bat egitura kimiko konplexuak egonkortzea da. Magnesioa egitura hauekin lotura ahulen bitartez lotzen da eta erraz mugitzen da egitura hauen alde batetik bestera, katalizatzaile bat bezala jokatuz, mekanismoaren beharren arabera. Aluminio (III)-ak berriz, modu sendo batez lotuko litzateke egitura hauekin, eta ligando batetik bestera pasatzeko duen zailtasunarengatik erreakzioa nabarmenki mantsotuko luke [6,9].
Orokorrean, aluminio (III) katioiaren efektu toxikoa proteinetan beste katioi batzuekin sortutako lehiaketaren ondorioz gertatzen da [19]. Aluminio katioiak beste katioi hauek proteinaren toki aktiboan ordezkatzen dituenean, proteina horren funtzioa aldatu (galdu) egiten da, zelulen metabolismoa aztoratuz [19] eta, ondorioz, bizidunengan kalteak sortuz.
Badirudi magnesioa dela aluminioak maizago ordezkatzen duen katioia [5,20,21,22]. Hala ere, burdina (III) [23] eta kaltzio (II) [24,25,26] katioien tokiak ere har ditzake aluminioak. Ikusi da ordea, karga baino, katioiaren tamaina nagusiagoa dela lehiaketa prozesu hauetan [5,22]. Beraz, magnesio (II), kaltzio (II) edo burdina (III) katioiak aluminio (III) katioiarengatik ordezkatzea posible da. Magnesio (II) katioia aluminio (III) katioiarekin lehia dezakeen metal sinpleena denez, berau aukeratu dugu, aluminio (III) katioiarekin aldaratu ahal izateko.
Aluminioari eragin toxiko desberdinak antzeman zaizkio. Aluminioaren kontzentrazioa nabarmenki handitzen da lur azidoetan eta erraz sar daiteke landareetan, beraien hazkuntza egokia galaraziz [27,28]. Uretan antzeko zerbait gertatzen da. Ura azidotzean aluminio (III) katioiaren kontzentrazioa ere handitzen da eta arrainen zakatzetako zuntzen iragazkortasuna galarazten du. Azkenean, zakatzen funtzioa hondatu eta arrainen heriotza eraginez [29,30].
Gizakiotan nerbio-sistema da nagusiki aluminioaren kaltea jasaten duen atala [9,31]. Alzheimer-a, dialisi entzefalopatia (dialisia jasaten duten gaixoak aluminio (III) katioiaren kontzentrazio altuekin harremanetan egon ondoren sortzen dena) [32] eta Parkinson-dementia Guam-konplexua delakoa dira aluminioari lotuta dauden zenbait gaixotasun. Aluminio (III) katioiak Alzheimer gaixotasuna garatzen eduki dezakeen modua aztertzen ahalegin sutsuak egin dira azkeneko urteotan.
Armstrong eta kideek egindako lan berri batean aluminioa eta Alzheimer-a lotzen dituen mekanismo patogeniko bat proposatzen dute [33], nahiz eta, beste batzuentzat, katioi honen eta Alzheimer-aren arteko erlazioa oraindik ez dagoen argi [34,35,36,37]. Dena den, aluminioaren toxizitateari buruzko lanak ugariak badira ere, maila molekularrean toxizitate hau nola gertatzen den oraindik ezezaguna da. Lan hauek, orokorrean, aluminio (III) katioia bizidunetan nola sartu [38,39], behin barnean atal desberdinetan jalki (hezur [40] eta bur-muinean[9] batez ere) eta azkenik, zelula barnera sartzeko erabiltzen dituen mekanismoak[39] aztertzeaz arduratu dira. 1994.-ean, Fasman-en taldeak aluminio eta peptido neurofibrilarren (NF) arteko elkarrekintzak bi modu desberdinez gertatu zitezkeela proposatu zuen, bata, aluminio (III) katioiak talde karboxilikoekin erreakzionatzen zuena, kate barneko loturak sortuz, eta bigarrena, NF-aren fosforilizatutako taldeekin erreakzionatzen duena, NF kate desberdinen artean gertatzen dena, kate kanpoko loturak eratuz.
Aluminioaren kimika biologian oxigenodun taldeekin lotzeko duen joerarekin erlazionatuta dago, batez ere, magnesio (II) katioiak ordezkatuz. Fosfatoek ere afinitate handia dute aluminio (III) katioienganako, oxigeno negatiboak dituzten beste zenbait taldeek bezala.
Orain arte, zenbait metal eta biologikoki garrantzitsuak diren zenbait modeloren arteko elkarrekintzak aztertu
dira ab-initio metodoaren bitartez, adibidez, magnesio (II), kadmio (II), kaltzio (II) eta
zink (II) katioiak [41,42,43]. Lan hauetan aminoazidoen talde funtzionalen eta
katioiaren arteko elkarrekintzak aztertzen dira. Azido glutamiko eta aspartikoaren eredu bezala
karboxilatoa (HCOO
anioia) hartzen dute, formamida (HCNH
CO) glutamina eta asparaginarentzako etab.
Magnesio (II) katioia proteina antzeko ingurunean aztertu da [44], hau da, ligando
desberdinak ingurune akuoso batetan. Aluminio (III) katioiari dagokionez, ez dago ordea lan teorikorik
aluminioa eta ligando biologikoak aztertu dituenik.
Metodo esperimentalek azken urteotan ezagutu dituen aurrerapenak direla eta, (Electrospray Ionization, Charge Stripping Spectroscopy, Double-Charge Spectroscopy etab. direlakoak) karga aunitzeko katioien azterketa erraztu da [45,46,47], batez ere hiruko karga duten katioiena.
Tesi honetan, D. R. Garmer eta N. Gresh-ek [41,42,43] erreferentzietan jarraitutako antzeko prozedura erabili dugu, aluminioaren eta zenbait aminoazidoen arteko elkarrekintzak aztertzeko. Aminoazidoen kate funtzionalean oinarritu gara. Kate hau kimikoki identitatea duen unitate txikienara murriztu dugu eta ondoren handituz joan gara, katea ahalik eta hoberen modelatu ahal izateko. Ondoren, aluminioarekin sor daitezkeen konplexuak bilatu eta aztertu ditugu, azkenik magnesio (II) katioiak eratzen dituen pareko konplexuekin aldaratuz. Lan hau proiektu nagusiago baten hasiera besterik ez da, eta ikerketa sakonagoa egiten jarraitzen dugu, hala nola, ur hidratazio esferak katioiarengan eduki dezakeen eragina aztertzen ari gara une honetan, eta disolbatzailearen eragina aztertzeko asmoa ere badaukagu. Tesi honetan lortutako emaitzak aluminioa PM3 edo MNDO metodo semienpirikotan reparametrizatzeko erabili daitezke, peptidoak bezalako molekula handiagotan aztertu ahal izateko QM/MM metodoak erabiliaz [48]. Honek guztiak aluminio (III) katioiaren toxizitatea errazago ulertzen lagunduko liguke.
Honela, aluminio (III) katioia lotzeko erraztasun handiena duen taldea aztertzen hasi gara, hau da, karboxilatoa, alegia azido aspartiko eta glutamikoaren eredua dena. Ondoren, hirugarren kapituluan aminoazido azidoen eratorriak diren glutamina eta asparagina aminoazidoak aztertu ditugu, formamida delarik beraien eredu sinpleena. Laugarren atalean aminoazido sufredunak aztertu ditugu (zisteina eta metionina) eta azkenik, talde aromatikoak dituzten aminoazidoak (fenilalanina, tirosina era triptofana).