Enzim yang Bergantung pada Logam

Enzim yang bergantung pada logam, atau metaloenzim, adalah katalis yang memerlukan ion logam pada situs aktifnya agar dapat berfungsi. Kira-kira sepertiga dari semua enzim diperkirakan menggunakan logam, dan sifat kimia yang disediakan oleh logam tersebut menentukan apa yang dapat dilakukan enzim – mulai dari seng pada karbonat anhidrase hingga besi pada oksigenase sitokrom P450.

Definition

Enzim yang bergantung pada logam (metaloenzim) adalah enzim yang aktivitas katalitiknya memerlukan satu atau lebih ion logam yang terikat pada atau di dekat situs aktif, di mana logam tersebut berpartisipasi dalam reaksi sebagai asam Lewis, pusat redoks, atau pengatur geometri substrat dan intermediat.

Scope

Topik ini mencakup bagaimana enzim menggunakan ion logam terikat untuk katalisis: enzim seng yang bertindak sebagai asam Lewis, enzim transfer fosforil yang bergantung pada magnesium, oksigenase yang mengandung besi dan enzim besi-sulfur, serta enzim tembaga dan mangan. Ini adalah tinjauan referensi tentang kimia metaloenzim, bukan panduan klinis. Logam itu sendiri dan bagaimana sel menyediakannya dibahas dalam topik pendamping tentang kofaktor ion logam.

Core questions

• Bagaimana logam terikat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi?
• Mengapa seng begitu banyak digunakan dalam enzim hidrolitik dan transfer gugus?
• Bagaimana pusat besi memungkinkan oksidasi yang sulit seperti hidroksilasi C-H?
• Apa yang membedakan metaloenzim yang terikat erat dari enzim yang diaktifkan logam secara longgar?

Key concepts

• Seng sebagai asam Lewis situs aktif
• Magnesium dalam transfer fosforil (kinase, polimerase)
• Oksigenase heme-besi (sitokrom P450)
• Enzim besi non-heme dan besi-sulfur
• Enzim tembaga dalam penanganan oksigen
• Mangan dalam oksidoreduktase
• Situs logam katalitik versus struktural

Mechanisms

Metaloenzim memanfaatkan sifat kimia yang disediakan oleh logamnya. Ion seng pada situs aktif mempolarisasi molekul air atau karbonil substrat yang terikat, menghasilkan nukleofil atau menstabilkan muatan negatif yang sedang berkembang, strategi yang digunakan oleh banyak hidrolase dan karbonat anhidrase (Maret, 2013; Holm et al., 1996). Ion magnesium mengoordinasikan gugus fosfat dan menyelaraskannya untuk serangan in-line pada kinase dan polimerase asam nukleat (Cowan, 2002). Enzim heme-besi seperti sitokrom P450 mengaktifkan oksigen molekuler menjadi spesies besi-okso bervalensi tinggi yang mampu menghidroksilasi ikatan C-H yang tidak reaktif (Denisov et al., 2005). Pusat besi-sulfur dan besi non-heme melakukan transfer elektron dan transformasi redoks tambahan (Beinert et al., 1997). Dalam setiap kasus, protein menyesuaikan reaktivitas logam melalui geometri dan identitas ligan koordinasinya.

Clinical relevance

Metaloenzim melakukan reaksi yang penting bagi metabolisme, penanganan oksigen, dan pemrosesan xenobiotik (misalnya oksigenase sitokrom P450), sehingga biokimianya menginformasikan farmakologi dan toksikologi. Entri ini menjelaskan mekanisme katalitik; ini menjelaskan biokimia dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan individu.

History

Studi tentang metaloenzim berkembang dari penelitian awal tentang seng dalam karbonat anhidrase dan karakterisasi struktural situs logam, yang menunjukkan bagaimana ligan koordinasi menyesuaikan perilaku katalitik logam. Studi mekanistik selanjutnya tentang transfer fosforil yang bergantung pada magnesium, oksigenasi heme-besi, dan kimia besi-sulfur membangun gambaran umum tentang bagaimana logam terikat memungkinkan reaksi yang sulit dilakukan (Holm et al., 1996; Cowan, 2002; Denisov et al., 2005; Beinert et al., 1997).

Seminal works

• holm-1996
• denisov-2005
• cowan-2002
• beinert-1997

Frequently asked questions

Apa yang membuat suatu enzim menjadi metaloenzim?

Enzim tersebut memerlukan satu atau lebih ion logam yang terikat pada atau di dekat situs aktifnya untuk mengkatalisis reaksinya; jika logam dihilangkan, enzim akan kehilangan aktivitasnya, karena logam menyediakan sifat kimia yang tidak dapat disediakan oleh protein itu sendiri.

Mengapa seng menjadi logam enzim yang umum?

Seng adalah asam Lewis kuat yang tidak mengalami kimia redoks, sehingga dapat secara andal mempolarisasi air dan substrat serta menstabilkan intermediat bermuatan, menjadikannya sangat cocok untuk banyak enzim hidrolitik dan transfer gugus yang menggunakannya.