Kofaktor Ion Logam

Sebagian besar enzim membutuhkan ion logam untuk berfungsi. Ion-ion seperti seng, besi, magnesium, mangan, tembaga, dan lainnya bertindak sebagai kofaktor anorganik, menyediakan kimia yang tidak dapat disediakan oleh gugus organik: bertindak sebagai asam Lewis, melakukan langkah-langkah redoks, atau mengatur situs aktif. Topik ini mengkaji logam itu sendiri dan bagaimana sel menyediakannya untuk protein.

Definition

Kofaktor ion logam adalah kofaktor enzim anorganik – ion tunggal atau pusat logam rakitan seperti klaster besi-sulfur – yang berikatan di dalam atau di samping protein dan menyediakan kimia elektronik dan struktural yang diperlukan untuk katalisis atau stabilitas.

Scope

Topik ini mencakup kofaktor ion logam yang umum, peran katalitik yang dimainkannya (asam Lewis, redoks, dan struktural), pusat logam rakitan seperti klaster besi-sulfur, dan masalah bagaimana sel mengirimkan logam yang benar ke setiap protein. Ini adalah tinjauan referensi biokimia kofaktor anorganik, bukan panduan klinis. Enzim yang menggunakan logam ini dibahas dalam topik pendamping tentang enzim yang bergantung pada logam.

Core questions

• Logam apa saja yang merupakan kofaktor enzim umum, dan kimia apa yang disediakan masing-masing?
• Bagaimana logam yang aktif redoks berbeda perannya dari logam struktural yang inert redoks?
• Bagaimana sel memastikan setiap protein mengikat logam yang benar?
• Seberapa luas metaloproteom itu?

Key concepts

• Katalisis asam Lewis oleh ion logam
• Logam aktif redoks versus inert redoks
• Situs logam struktural (misalnya jari seng)
• Klaster besi-sulfur sebagai pusat logam modular
• Selektivitas logam dan deret Irving-Williams
• Metalochaperone dan pengiriman logam
• Metaloproteom

Mechanisms

Ion logam menyumbangkan kimia yang berbeda. Ion-ion yang inert redoks seperti seng dan magnesium umumnya bertindak sebagai asam Lewis yang mempolarisasi substrat, menstabilkan muatan negatif, dan mengatur geometri situs aktif (Maret, 2013; Holm et al., 1996). Logam-logam yang aktif redoks seperti besi dan tembaga bersiklus di antara keadaan oksidasi untuk memediasi transfer elektron dan kimia oksigen. Pusat-pusat rakitan seperti klaster besi-sulfur menyediakan unit modular untuk transfer elektron, penginderaan, dan katalisis (Beinert et al., 1997). Karena banyak logam mengikat protein dengan afinitas yang tumpang tindih, sel tidak dapat hanya mengandalkan afinitas untuk metalasi yang benar; metalochaperone, kompartementalisasi, dan ketersediaan logam yang terkontrol membantu mengarahkan logam yang tepat ke protein yang tepat (Waldron & Robinson, 2009). Luasnya proteom pengguna logam masih terus dipetakan, dengan bukti bahwa banyak metaloprotein masih belum terkarakterisasi (Cvetkovic et al., 2010).

Clinical relevance

Logam jejak adalah mikronutrien esensial justru karena enzim bergantung padanya, sehingga biokimia ini mendasari studi nutrisi logam dan homeostasis logam. Entri ini menjelaskan bagaimana logam berfungsi sebagai kofaktor; ini menjelaskan mekanisme dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis, suplementasi, atau pengobatan individu.

History

Pengakuan bahwa logam merupakan bagian integral dari banyak enzim berkembang seiring dengan studi struktural metaloprotein, yang mengungkapkan bagaimana ion tunggal dan pusat rakitan seperti klaster besi-sulfur melakukan katalisis dan transfer elektron. Pekerjaan selanjutnya membingkai ulang masalah sentral sebagai masalah selektivitas dan pengiriman logam daripada ikatan sederhana, dan survei metaloproteom menunjukkan seberapa banyak yang masih belum terkarakterisasi (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

Apa perbedaan antara kofaktor logam struktural dan katalitik?

Logam katalitik secara langsung berpartisipasi dalam kimia suatu reaksi (misalnya sebagai asam Lewis atau pusat redoks), sedangkan logam struktural terutama menstabilkan bentuk terlipat protein atau situs aktifnya tanpa mengalami transformasi kimiawi.

Bagaimana sel memastikan enzim mendapatkan logam yang tepat?

Karena beberapa logam dapat mengikat suatu situs dengan kekuatan yang serupa, sel menggunakan mekanisme seperti metalochaperone, kompartementalisasi, dan kontrol ketat tingkat logam bebas untuk mengirimkan ion yang benar daripada hanya mengandalkan afinitas ikatan.