धातु आयन सहकारक

बड़ी संख्या में एंजाइमों को कार्य करने के लिए धातु आयन की आवश्यकता होती है। जिंक, लोहा, मैग्नीशियम, मैंगनीज, तांबा और अन्य जैसे आयन अकार्बनिक सहकारक के रूप में कार्य करते हैं, जो कार्बनिक समूहों द्वारा प्रदान नहीं की जा सकने वाली रसायन विज्ञान प्रदान करते हैं: लुईस अम्ल के रूप में कार्य करना, रेडॉक्स चरण करना, या सक्रिय स्थल को व्यवस्थित करना। यह विषय धातुओं और कोशिकाओं द्वारा उन्हें प्रोटीन तक कैसे पहुँचाया जाता है, इसका सर्वेक्षण करता है।

Definition

धातु आयन सहकारक अकार्बनिक एंजाइम सहकारक होते हैं - एकल आयन या इकट्ठे धातु केंद्र जैसे लौह-सल्फर क्लस्टर - जो प्रोटीन के भीतर या उसके साथ बंधते हैं और उत्प्रेरण या स्थिरता के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक रसायन विज्ञान प्रदान करते हैं।

Scope

यह विषय सामान्य धातु-आयन सहकारकों, उनके द्वारा निभाई जाने वाली उत्प्रेरक भूमिकाओं (लुईस-अम्ल, रेडॉक्स और संरचनात्मक), लौह-सल्फर क्लस्टर जैसे इकट्ठे धातु केंद्रों, और कोशिकाओं द्वारा प्रत्येक प्रोटीन को सही धातु कैसे वितरित की जाती है, की समस्या को शामिल करता है। यह अकार्बनिक सहकारक जैव रसायन का एक संदर्भ अवलोकन है, न कि नैदानिक ​​मार्गदर्शन। इन धातुओं का उपयोग करने वाले एंजाइमों को धातु-निर्भर एंजाइमों पर संबंधित विषय में वर्णित किया गया है।

Core questions

• कौन सी धातुएँ सामान्य एंजाइम सहकारक हैं, और प्रत्येक कौन सा रसायन विज्ञान प्रदान करती है?
• रेडॉक्स-सक्रिय धातुएँ रेडॉक्स-अक्रिय संरचनात्मक धातुओं से भूमिका में कैसे भिन्न होती हैं?
• एक कोशिका यह कैसे सुनिश्चित करती है कि प्रत्येक प्रोटीन सही धातु को बांधे?
• मेटालोप्रोटीओम कितना व्यापक है?

Key concepts

• धातु आयनों द्वारा लुईस-अम्ल उत्प्रेरण
• रेडॉक्स-सक्रिय बनाम रेडॉक्स-अक्रिय धातुएँ
• संरचनात्मक धातु स्थल (जैसे जिंक फिंगर)
• मॉड्यूलर धातु केंद्रों के रूप में लौह-सल्फर क्लस्टर
• धातु चयनात्मकता और इरविंग-विलियम्स श्रृंखला
• मेटालोचैपरॉन और धातु वितरण
• मेटालोप्रोटीओम

Mechanisms

धातु आयन विशिष्ट रसायन विज्ञान में योगदान करते हैं। जिंक और मैग्नीशियम जैसे रेडॉक्स-अक्रिय आयन मुख्य रूप से लुईस अम्ल के रूप में कार्य करते हैं जो सब्सट्रेट को ध्रुवीकृत करते हैं, नकारात्मक आवेश को स्थिर करते हैं, और सक्रिय-स्थल ज्यामिति को व्यवस्थित करते हैं (Maret, 2013; Holm et al., 1996)। लोहा और तांबा जैसे रेडॉक्स-सक्रिय धातु इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण और ऑक्सीजन रसायन विज्ञान को मध्यस्थ करने के लिए ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच चक्रित होते हैं। लौह-सल्फर क्लस्टर जैसे इकट्ठे केंद्र इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण, संवेदन और उत्प्रेरण के लिए मॉड्यूलर इकाइयाँ प्रदान करते हैं (Beinert et al., 1997)। क्योंकि कई धातुएँ अतिव्यापी आत्मीयता के साथ प्रोटीन को बांधती हैं, कोशिकाएँ सही धातुकरण के लिए अकेले आत्मीयता पर निर्भर नहीं रह सकती हैं; मेटालोचैपरॉन, कंपार्टमेंटलाइज़ेशन और नियंत्रित धातु उपलब्धता सही धातु को सही प्रोटीन तक पहुँचाने में मदद करती है (Waldron & Robinson, 2009)। धातु-उपयोग करने वाले प्रोटीओम की पूरी सीमा अभी भी निर्धारित की जा रही है, इस बात के प्रमाण के साथ कि कई मेटालोप्रोटीन अभी भी अवर्गीकृत हैं (Cvetkovic et al., 2010)।

Clinical relevance

ट्रेस धातुएँ आवश्यक सूक्ष्म पोषक तत्व हैं क्योंकि एंजाइम उन पर निर्भर करते हैं, इसलिए यह जैव रसायन धातु पोषण और धातु समस्थापन के अध्ययन का आधार है। यह प्रविष्टि बताती है कि धातुएँ सहकारक के रूप में कैसे कार्य करती हैं; यह तंत्र का वर्णन करती है और व्यक्तिगत निदान, पूरकता या उपचार का आधार नहीं है।

History

यह पहचान कि धातुएँ कई एंजाइमों के लिए अभिन्न अंग हैं, मेटालोप्रोटीन के संरचनात्मक अध्ययन के साथ विकसित हुई, जिसने यह खुलासा किया कि एकल आयन और लौह-सल्फर क्लस्टर जैसे इकट्ठे केंद्र उत्प्रेरण और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण कैसे करते हैं। बाद के काम ने केंद्रीय समस्या को साधारण बंधन के बजाय धातु चयनात्मकता और वितरण के रूप में फिर से परिभाषित किया, और मेटालोप्रोटीओम के सर्वेक्षणों से पता चला कि कितना कुछ अभी भी अवर्गीकृत है (Holm et al., 1996; Beinert et al., 1997; Waldron & Robinson, 2009; Cvetkovic et al., 2010)।

Seminal works

• holm-1996
• beinert-1997
• waldron-2009
• maret-2013

Frequently asked questions

संरचनात्मक और उत्प्रेरक धातु सहकारक के बीच क्या अंतर है?

एक उत्प्रेरक धातु सीधे एक प्रतिक्रिया के रसायन विज्ञान में भाग लेती है (उदाहरण के लिए एक लुईस अम्ल या एक रेडॉक्स केंद्र के रूप में), जबकि एक संरचनात्मक धातु मुख्य रूप से प्रोटीन के मुड़े हुए आकार या उसके सक्रिय स्थल को स्थिर करती है बिना रासायनिक रूप से परिवर्तित हुए।

एक कोशिका यह कैसे सुनिश्चित करती है कि एक एंजाइम को सही धातु मिले?

क्योंकि कई धातुएँ समान शक्ति के साथ एक स्थल को बांध सकती हैं, कोशिकाएँ सही आयन को वितरित करने के लिए मेटालोचैपरॉन, कंपार्टमेंटलाइज़ेशन और मुक्त धातु के स्तर के सख्त नियंत्रण जैसे तंत्रों का उपयोग करती हैं, बजाय अकेले बंधन आत्मीयता पर निर्भर रहने के।