متالوپروتئینها و متالوآنزیمها
متالوپروتئینها از یونهای فلزی متصل برای ساختار، انتقال و کاتالیز استفاده میکنند و محیط پروتئین هر مرکز فلزی را برای نقش بیولوژیکی خاص خود تنظیم میکند.
Definition
متالوپروتئینها پروتئینهایی هستند که حاوی یک یا چند یون فلزی ضروری برای عملکردشان میباشند، و متالوآنزیمها زیرمجموعه کاتالیزوری هستند که در آنها فلز مستقیماً در تبدیل شیمیایی سوبستراها شرکت میکند.
Scope
این موضوع ساختار و عملکرد پروتئینها و آنزیمهای حاوی فلز را پوشش میدهد: اینکه چگونه پروتئینها یونهای فلزی را انتخاب و متصل میکنند، هندسه و لیگاندهای جایگاههای فعال رایج مانند مراکز روی، آهن و مس، استراتژیهای کاتالیزوری متالوآنزیمها (فعالسازی لوئیس-اسید، چرخه ردوکس، مدیریت دیاکسیژن)، و این اصل که ماتریکس پروتئین واکنشپذیری یک فلز را تنظیم میکند. این موضوع جایگاههای فلزی کاتالیزوری و ساختاری را به طور کلی بررسی میکند و حاملهای اکسیژن و پروتئینهای انتقالدهنده الکترون را به موضوعات خودشان واگذار میکند.
Core questions
- پروتئینها چگونه یک یون فلزی خاص را انتخاب و متصل میکنند؟
- چه لیگاندها و هندسههایی جایگاههای فعال رایج را تعریف میکنند؟
- متالوآنزیمها با چه استراتژیهایی واکنشها را کاتالیز میکنند؟
- محیط پروتئین چگونه واکنشپذیری فلز را تنظیم میکند؟
Key concepts
- جایگاههای فعال فلزی
- لیگاندهای پروتئین و هندسه هماهنگی
- کاتالیز لوئیس-اسید
- مراکز فلزی فعال ردوکس
- حالت انتاتیک
- فلزات ساختاری در مقابل کاتالیزوری
Key theories
- کنترل پروتئین بر خواص جایگاه فلزی
- هویت و آرایش لیگاندهای پروتئین، پیوند هیدروژنی، و ماتریکس اطراف، هندسه، پتانسیل ردوکس و اسیدیته لوئیس یک مرکز فلزی را تنظیم میکنند، گاهی اوقات یک حالت انتاتیک (entatic state) تحت فشار را تحمیل میکنند که واکنشپذیری را افزایش میدهد.
- استراتژیهای کاتالیزوری متالوآنزیمها
- یونهای فلزی واکنشهای بیولوژیکی را با عمل به عنوان اسیدهای لوئیس که سوبستراها و آب را قطبی میکنند، با چرخه بین حالتهای اکسیداسیون برای واسطهگری شیمی ردوکس، و با اتصال و فعالسازی مولکولهای کوچک مانند دیاکسیژن کاتالیز میکنند.
- روی به عنوان یک کوفاکتور چندکاره
- روی غیرفعال ردوکس به عنوان یک اسید لوئیس قوی و پیوند متقاطع ساختاری در بخش بزرگی از آنزیمها عمل میکند، که نشان میدهد چگونه یک فلز واحد میتواند هم عملکردهای کاتالیزوری و هم ساختاری را پشتیبانی کند.
Mechanisms
کاتالیز در جایگاه فعال یک متالوآنزیم معمولاً با اتصال سوبسترا و قطبیسازی توسط اسید لوئیس فلزی یا هماهنگی دیاکسیژن آغاز میشود، و سپس مرحله شیمیایی—هیدرولیز، اکسیداسیون یا انتقال گروه—با قرارگیری باقیماندههای پروتئین برای تثبیت حالت گذار انجام میگیرد.
Clinical relevance
متالوآنزیمها فرآیندهای ضروری از هیدراتاسیون دیاکسید کربن تا سمزدایی را انجام میدهند، و اختلال یا مهار آنها زمینهساز بیماری است و هدف طراحی دارو میباشد؛ این مطلب مرجع است، نه راهنمای بالینی.
History
شناخت اینکه فلزات جزء جداییناپذیر بسیاری از آنزیمها هستند، در طول قرن بیستم با آشکار شدن جایگاههای فلزی مشخص توسط کریستالوگرافی پروتئینها افزایش یافت. مطالعات والی بر روی آنزیمهای روی و کارهای ساختاری گستردهتر لیپارد، گری و دیگران، اصول کلی را که پروتئینها از فلزات برای کاتالیز بهره میبرند، تثبیت کردند.
Key figures
- Bert Vallee
- Stephen Lippard
- Harry Gray
Related topics
Seminal works
- lippard1994
- bertini2007
- vallee1990
Frequently asked questions
- چرا زیستشناسی از فلزات در بسیاری از آنزیمها استفاده میکند؟
- یونهای فلزی شیمیایی را ارائه میدهند که زنجیرههای جانبی آلی به راحتی نمیتوانند فراهم کنند، از جمله اسیدیته لوئیس قوی، حالتهای ردوکس قابل دسترس، و توانایی اتصال و فعالسازی مولکولهای کوچک مانند اکسیژن، که آنها را به کوفاکتورهای ایدهآل برای کاتالیز تبدیل میکند.
- حالت انتاتیک چیست؟
- حالت انتاتیک یک هندسه هماهنگی تحت فشار و از نظر انرژی آماده است که یک پروتئین بر یک مرکز فلزی تحمیل میکند، که بین هندسههای ترجیحی اشکال اکسید شده و کاهش یافته آن قرار دارد، و مانع واکنش را کاهش داده و واکنشپذیری را افزایش میدهد.