Metalloproteiinid ja metalloensüümid

Metalloproteiinid kasutavad seotud metalliioone struktuuri, transpordi ja katalüüsi jaoks ning valgu keskkond häälestab iga metallitsentri selle spetsiifiliseks bioloogiliseks rolliks.

Definition

Metalloproteiinid on valgud, mis sisaldavad ühte või mitut metalliiooni, mis on nende funktsiooni jaoks hädavajalikud, ja metalloensüümid on katalüütiline alamhulk, milles metall osaleb otseselt substraatide keemilises transformatsioonis.

Scope

See teema käsitleb metalli sisaldavate valkude ja ensüümide struktuuri ja funktsiooni: kuidas valgud valivad ja seovad metalliioone, levinud aktiivtsentrite (nagu tsingi-, raua- ja vasekeskused) geomeetriat ja ligande, metalloensüümide katalüütilisi strateegiaid (Lewise happe aktivatsioon, redoks-tsükkel, dihapniku käitlemine) ja printsiipi, et valgu maatriks häälestab metalli reaktsioonivõimet. See käsitleb üldiselt katalüütilisi ja struktuurseid metallitsentreid, jättes hapniku kandjad ja elektronitranspordi valgud omaette teemadeks.

Core questions

• Kuidas valgud valivad ja seovad kindla metalliiooni?
• Millised ligandid ja geomeetriad defineerivad levinud aktiivtsentreid?
• Milliste strateegiate abil metalloensüümid reaktsioone katalüüsivad?
• Kuidas valgu keskkond häälestab metalli reaktsioonivõimet?

Key concepts

• Metalli aktiivtsentrid
• Valgu ligandid ja koordinatsioonigeomeetria
• Lewise happe katalüüs
• Redoks-aktiivsed metallitsentrid
• Entaatiline olek
• Struktuursed versus katalüütilised metallid

Key theories

Valgu kontroll metallitsentri omaduste üle

Valgu ligandide identiteet ja paigutus, vesiniksidemed ja ümbritsev maatriks häälestavad metallitsentri geomeetriat, redokspotentsiaali ja Lewise happelisust, kehtestades mõnikord pingestatud entaatilise oleku, mis suurendab reaktsioonivõimet.

Metalloensüümide katalüütilised strateegiad

Metalliioonid katalüüsivad bioloogilisi reaktsioone, toimides Lewise hapetena, mis polariseerivad substraate ja vett, tsükeldades oksüdatsiooniaste vahel, et vahendada redokskeemiat, ning sidudes ja aktiveerides väikeseid molekule, nagu dihapnik.

Tsink kui mitmekülgne kofaktor

Redoks-inaktiivne tsink toimib tugeva Lewise happena ja struktuurse ristseosena suures osas ensüümidest, illustreerides, kuidas üks metall võib toetada nii katalüütilisi kui ka struktuurseid funktsioone.

Mechanisms

Katalüüs metalloensüümi aktiivtsentris algab tavaliselt substraadi sidumise ja polariseerimisega metalli Lewise happe poolt või dihapniku koordineerimisega, millele järgneb keemiline etapp – hüdrolüüs, oksüdatsioon või rühmaülekanne – kus valk paigutab jäägid üleminekuoleku stabiliseerimiseks.

Clinical relevance

Metalloensüümid viivad läbi olulisi protsesse alates süsinikdioksiidi hüdratatsioonist kuni detoksikatsioonini, ja nende talitlushäired või inhibeerimine on haiguste aluseks ning ravimite väljatöötamise sihtmärk; see on teatmematerjal, mitte kliiniline juhend.

History

Arusaam, et metallid on paljude ensüümide lahutamatu osa, kasvas läbi kahekümnenda sajandi, kui valgu kristallograafia paljastas määratletud metallitsentrid. Vallee uuringud tsingi ensüümide kohta ja Lippard'i, Gray ja teiste laiem struktuurne töö panid aluse üldistele põhimõtetele, mille abil valgud kasutavad metalle katalüüsi jaoks.

Key figures

• Bert Vallee
• Stephen Lippard
• Harry Gray

Seminal works

• lippard1994
• bertini2007
• vallee1990

Frequently asked questions

Miks bioloogia kasutab metalle nii paljudes ensüümides?

Metalliioonid pakuvad keemiat, mida orgaanilised kõrvalahelad ei suuda kergesti pakkuda, sealhulgas tugevat Lewise happelisust, ligipääsetavaid redoks-olekuid ja võimet siduda ja aktiveerida väikeseid molekule, nagu hapnik, muutes need ideaalseteks kofaktoriteks katalüüsi jaoks.

Mis on entaatiline olek?

Entaatiline olek on pingestatud, energeetiliselt valmis koordinatsioonigeomeetria, mille valk kehtestab metallitsentrile, olles vahepealne selle oksüdeeritud ja redutseeritud vormide eelistatud geomeetriate vahel, mis alandab reaktsiooni barjääri ja suurendab reaktsioonivõimet.