Metaloproteina dhe Metaloenzima

Metaloproteinat përdorin jonet metalike të lidhura për strukturën, transportin dhe katalizën, dhe mjedisi proteinik akordon çdo qendër metalike për rolin e saj specifik biologjik.

Definition

Metaloproteinat janë proteina që përmbajnë një ose më shumë jone metalike thelbësore për funksionin e tyre, dhe metaloenzimat janë nëngrupi katalitik në të cilin metali merr pjesë drejtpërdrejt në transformimin kimik të substrateve.

Scope

Kjo temë mbulon strukturën dhe funksionin e proteinave dhe enzimave që përmbajnë metale: si proteinat zgjedhin dhe lidhin jonet metalike, gjeometrinë dhe ligandët e qendrave të zakonshme aktive si ato të zinkut, hekurit dhe bakrit, strategjitë katalitike të metaloenzimave (aktivizimi Lewis-acid, ciklimi redoks, trajtimi i dioksigjenit), dhe parimin që matrica proteinike akordon reaktivitetin e një metali. Ajo trajton vendet katalitike dhe strukturore të metaleve në përgjithësi, duke lënë transportuesit e oksigjenit dhe proteinat e transferimit të elektroneve në temat e tyre.

Core questions

• Si i zgjedhin dhe i lidhin proteinat një jon metalik të caktuar?
• Çfarë ligandësh dhe gjeometrish përcaktojnë qendrat e zakonshme aktive?
• Me çfarë strategjish i katalizojnë reaksionet metaloenzimat?
• Si e akordon mjedisi proteinik reaktivitetin e metalit?

Key concepts

• Vendet aktive metalike
• Ligandët proteinikë dhe gjeometria e koordinimit
• Kataliza acid-Lewis
• Qendrat metalike aktive redoks
• Gjendja entatike
• Metale strukturore kundrejt katalitike

Key theories

Kontrolli proteinik i vetive të vendit metalik

Identiteti dhe rregullimi i ligandëve proteinikë, lidhja hidrogjenore dhe matrica rrethuese akordojnë gjeometrinë, potencialin redoks dhe aciditetin Lewis të një qendre metalike, duke imponuar ndonjëherë një gjendje entatike të tendosur që rrit reaktivitetin.

Strategjitë katalitike të metaloenzimave

Jonet metalike katalizojnë reaksionet biologjike duke vepruar si acide Lewis që polarizojnë substratet dhe ujin, duke cikluar midis gjendjeve të oksidimit për të ndërmjetësuar kiminë redoks, dhe duke lidhur dhe aktivizuar molekula të vogla si dioksigjeni.

Zinku si një kofaktor i gjithanshëm

Zinku inaktiv redoks shërben si një acid i fortë Lewis dhe lidhje strukturore në një pjesë të madhe të enzimave, duke ilustruar se si një metal i vetëm mund të mbështesë funksione katalitike dhe strukturore.

Mechanisms

Kataliza në një vend aktiv metaloenzimatik zakonisht fillon me lidhjen e substratit dhe polarizimin nga acidi Lewis metalik ose koordinimin e dioksigjenit, e ndjekur nga hapi kimik—hidroliza, oksidimi, ose transferimi i grupit—me proteinën që pozicionon mbetjet për të stabilizuar gjendjen kalimtare.

Clinical relevance

Metaloenzimat kryejnë procese thelbësore nga hidratimi i dioksidit të karbonit deri te detoksifikimi, dhe mosfunksionimi ose inhibimi i tyre qëndron në themel të sëmundjeve dhe është një objektiv për dizajnin e barnave; ky është material referencë, jo udhëzim klinik.

History

Njohja se metalet janë integrale për shumë enzima u rrit gjatë shekullit të njëzetë ndërsa kristalografia e proteinave zbuloi vende metalike të përcaktuara. Studimet e Vallee-s mbi enzimat e zinkut dhe puna më e gjerë strukturore e Lippard, Gray dhe të tjerëve vendosën parimet e përgjithshme me të cilat proteinat shfrytëzojnë metalet për katalizë.

Key figures

• Bert Vallee
• Stephen Lippard
• Harry Gray

Seminal works

• lippard1994
• bertini2007
• vallee1990

Frequently asked questions

Pse biologjia përdor metale në kaq shumë enzima?

Jonet metalike ofrojnë kimi që zinxhirët anësorë organikë nuk mund ta sigurojnë lehtësisht, duke përfshirë aciditetin e fortë Lewis, gjendjet redoks të aksesueshme dhe aftësinë për të lidhur dhe aktivizuar molekula të vogla si oksigjeni, duke i bërë ato kofaktorë idealë për katalizë.

Çfarë është gjendja entatike?

Gjendja entatike është një gjeometri koordinimi e tendosur, e pozicionuar energjikisht, të cilën një proteinë ia imponon një qendre metalike, e ndërmjetme midis gjeometrive të preferuara nga format e saj të oksiduara dhe të reduktuara, e cila ul barrierën ndaj reaksionit dhe rrit reaktivitetin.