متالوپروتئینهای انتقالدهنده الکترون
متالوپروتئینهای انتقالدهنده الکترون، با استفاده از مراکز هِم، آهن-گوگرد و مس که پتانسیلها و هندسههای آنها توسط پروتئین تنظیم میشود، الکترونها را از طریق تنفس و فتوسنتز جابجا میکنند.
Definition
متالوپروتئینهای انتقالدهنده الکترون، پروتئینهایی هستند که مراکز فلزی متصل به آنها، الکترونهای منفرد را پذیرفته و اهدا میکنند و سیمکشی زنجیرههای انتقال الکترون تنفسی و فتوسنتزی را تشکیل میدهند.
Scope
این موضوع متالوپروتئینهایی را پوشش میدهد که انتقال الکترون بیولوژیکی را انجام میدهند: سیتوکرومها با مراکز هِم، پروتئینهای آهن-گوگرد مانند فرودوکسینها، و پروتئینهای مس آبی (نوع ۱)؛ عواملی که پتانسیل ردوکس آنها را تعیین میکنند؛ و کاربرد نظریه مارکوس در تونلزنی الکترونی دوربرد بین مراکز ثابت. این مبحث به حاملهای الکترون میپردازد و حاملهای اکسیژن و آنزیمهای کاتالیزوری را به موضوعات مربوط به خود واگذار میکند.
Core questions
- کدام مراکز فلزی انتقال الکترون بیولوژیکی را انجام میدهند؟
- پروتئین چگونه پتانسیل کاهش یک مرکز را تنظیم میکند؟
- چگونه الکترونها به سرعت در فواصل طولانی بین مراکز تونلزنی میکنند؟
- چرا پروتئینهای مس آبی طیفها و پتانسیلهای غیرمعمولی دارند؟
Key concepts
- سیتوکرومها
- خوشههای آهن-گوگرد
- مراکز مس آبی (نوع ۱)
- تنظیم پتانسیل کاهش
- انرژی بازآرایی
- تونلزنی الکترونی دوربرد
Key theories
- مراکز فلزی برای انتقال الکترون
- هِمهای سیتوکروم، خوشههای آهن-گوگرد، و جایگاههای مس بین دو حالت اکسیداسیون با حداقل تغییر ساختاری چرخه میکنند، که یک ویژگی اساسی برای انتقال سریع و برگشتپذیر الکترون است.
- نظریه مارکوس در زیستشناسی
- مارکوس و سوتین نشان دادند که سرعتهای انتقال الکترون بیولوژیکی به نیروی محرکه، انرژی بازآرایی، و فاصله دهنده-پذیرنده بستگی دارد و سرعت و جهتداری زنجیرههای انتقال الکترون را توضیح میدهد.
- جایگاه مس آبی انتاتیک
- پروتئینهای مس آبی، مس را در هندسهای تغییر شکل یافته بین هندسههای مورد علاقه دو حالت اکسیداسیون نگه میدارند، که منجر به انرژی بازآرایی پایین، رنگ شدید، و پتانسیل تنظیم شده ایدهآل برای انتقال سریع الکترون میشود.
Mechanisms
الکترونها بین مراکز متالوپروتئین از طریق تونلزنی کوانتومی مکانیکی از میان پروتئین واسط حرکت میکنند؛ سرعت این فرآیند توسط شکاف انرژی، انرژی بازآرایی مراکز و محیط اطراف، و فاصله از طریق پیوند و از طریق فضا که دهنده و پذیرنده را از هم جدا میکند، کنترل میشود.
Clinical relevance
متالوپروتئینهای انتقالدهنده الکترون، تنفس و فتوسنتز را که فرآیندهای تبدیل انرژی حیات هستند، تأمین میکنند و اختلال در این زنجیرهها زیربنای اختلال عملکرد میتوکندری و استرس اکسیداتیو است؛ این یک مطلب مرجع است، نه راهنمایی بالینی.
History
متالوپروتئینهای زنجیره تنفسی در طول قرن بیستم شناسایی شدند، با بئینرت که خوشههای آهن-گوگرد را مشخص کرد و دیگران سیتوکرومها و پروتئینهای مس را. نظریه مارکوس، که توسط مارکوس و سوتین به زیستشناسی گسترش یافت، چارچوب کمی را برای سرعتهای انتقال الکترون بیولوژیکی فراهم کرد.
Key figures
- Rudolph Marcus
- Harry Gray
- Helmut Beinert
Related topics
Seminal works
- marcus1985
- lippard1994
- bertini2007
Frequently asked questions
- چرا پروتئینهای مس آبی رنگی به این شدت دارند؟
- هندسه تغییر شکل یافته جایگاه مس آبی امکان انتقال بار قوی بین لیگاند گوگرد و مس را فراهم میکند و رنگ آبی شدیدی تولید میکند که بسیار عمیقتر از رنگ کمپلکسهای معمولی مس است.
- چگونه الکترونها میتوانند تا این حد در یک پروتئین حرکت کنند؟
- الکترونها به صورت کوانتومی مکانیکی از طریق محیط پروتئین بین مراکز فلزی که در فواصل ثابت نگه داشته شدهاند، تونلزنی میکنند؛ از آنجا که پروتئین مراکز را صلب و به اندازه کافی نزدیک نگه میدارد و بازآرایی را به حداقل میرساند، انتقال حتی در فواصل یک نانومتر یا بیشتر نیز سریع است.