curs 9 metal-proteine generos

7/25/2019 Curs 9 Metal-proteine Generos

1/12

Metal-proteine

METAL-PROTEINE

Metal-protein: termen generic pentru o protein care conine dreptcofactorun ionmetalic sau o grupare prostetic.

Proteinele: formate prin condensarea de aminoacizi n lanuri peptidice.

Legtur peptidic: (O=)!"#$undena aminoacizilor n proteine: ei mai a$undeni (%&'): leucina serina lisina i acidul glutamic ei mai puin a$undeni (*' mpreun):isteina triptofanul

metionina.

+ntr-o protein un aminoacid indi,idual se numete reziduu (sau rest).nteraciunea i aranamentele reziduurilor de aminoacizi determin formaproteinelor i contri$uie su$stanial la funciile lor.

Structura proteinelor: /tructura primar: sec,enierea aminoacizilor n lanul peptidic

/tructura secundar: aranamentul regulat dat de conformaiaaminoacizilor n regiuni localizate ale lanului polipeptidic generat delegturi de 0idrogen ntre resturile de aminoacizi. #lfa 0eli1: spiral spre dreapta (n sensul acelor de ceasornic) n care

2ecare legtur peptidic este trans-planar: legtura "! este n

sus paralel cu a1a spiralei =O este n os. /e sta$ilesc legturi de0idrogen ntre resturi de aminoacid din acelai lan peptidic.

3lanele plisate $eta: lanuri polipeptidice e1tinse formate dinsec,ene antiparalele. Legturile peptidice sunt trans-planare4 nacelai plan e1ist grupri !" i O pro,enite din lanuripolipeptidice adiacente orientate una spre cealalt care pot angaalegturi de 0idrogen.

/tructura teriar: aranamentul tridimensional al atomilor ntr-un lanpeptidic realizat prin interaciuni (de tip ionic legturi de ") ntrecomponentele structurii secundare ( sau). 3entru o protein formatdintr-un singur lan polipeptidic structura teriar poate 2 aceaai custructura secundar structura teriar 2ind cea mai comple1 posi$il.

/tructura 5uaternar: modul de grupare a mai multor lanuri proteice4e1ist dou categorii de structuri 5uaternare: 2$roase i glo$ulare.

Proteine broase 6ormate din lanuri polipeptidice lungi paralele compuse din resturi de

aminoacizi cu repetiti,itate regulat.

7


2/12

Metal-proteine

/tructura secundar: unic (2e elice alfa 2e plan plisat $eta)4 structurteriar (legturi la anumite inter,ale ale structurilor secundare) redussau a$sent.

8e o$icei insolu$ile rezistente i9sau eleastice. Multe au rol structural: colagenul (n esuturi) eratina( pentru pr i

epiderm).olagenul (cea mai a$undent protein n organismul mamiferelor &;'din totalul de proteine din organismul uman):

/tuctura primar: [email protected] : cel mai frec,ent 3ro (prolina)4 ?: cel mai frec,ent0idro1iprolina4 apro1imati, 7;;; resturi de aminoacizi9lan.

/tructura secundar: -0eli1. /pre deose$ire de cele mai multestructuria-0eli1 nu se formeaz legturi de 0idrogen ntre resturide aminoacizi din acelai lan.

/tructura teriar: Arei lanuri nfurate ntr-o BfunieC strDnsdatorit ,olumului mic a glicinei. 6iecare lan: spiral spredreapta4 nfsurarea celor trei lanuri: spre stDnga. /pre interiorulspiralei triple este plasat ntotdeauna un rest


3/12

Metal-proteine

ofactori anorganici: oni metalici oni nemetalici (/&- O&-) lusteri 6e-/

ofactori organici: molecule organice mici care se pot lega la enzime ipot s participe la reaciile acestora (de e1emplu por2rina).!rupri prostetice: cofactori constituii din molecule organice legate laioni metalici (de e1emplu 0emul: 6e() legat la por2rin este grupareprostetic pentru 0emoglo$in mioglo$in i multe 0em-enzime).

"e#a: FG"*HOH!F6e4 "e# b: %F"%&OF!F6e4 "e# c: %F"%HOF!F/&6e

/e e,alueaz c apro1imati, umtate dintre proteine i pot ndeplinifunciile $iologice numai cDnd sunt legate la ioni metalici.

oor$inarea ionilor #etalici la proteine: se realizeaz prin atomi de !

O / aparinDnd: resturilor de aminoacizi din lanul polipetidic al proteinelor (atomii donori

sunt generai prin deprotonarea gruprilor amidice i car$o1ilice)4 su$stituenilor la catenele resturilor de aminoacizi (imidazolul

su$stituent n 0istidin tiolat su$stituent n cistein car$o1ilat su$stituent n aciizii aspartic i glutamic)

%unc&iile #etal-proteinelor 'n celulel (ii: #cti,itate enzimatic Aransport i stocare (de o1igen sau ioni metalici) Aransfer de electroni (reacii redo1) Araductori de semnal

METAL-PROTEINE TRANSPORTATOARE )I *E STOARE AO+I!EN,L,I

#nimalele de talie mare (inclusi,e omul) au ne,oie de un continuu aportde o1igen n cantitate mare pentru con,ersia aero$ic a alimentelor (nspecial lipide i car$o0idrai) n forme disponi$ile de energie.

0iar n stare de repaus un adult consum ec0i,alentul a &*; ml o1igenpe minut pentru a furniza energie tuturor esuturilor i organelor. !e,oia

de o1igen a organismului cretre puternic n timpul efortului 2zic i a altoracti,iti solicitatnte.

%


4/12

Metal-proteine

Aransportul o1igenului n organismele ,ii reclam un siste# circulatoriun transportor4 cel din urm este necesar pentru c o1igenul moleculnepolar este sla$ solu$il n Iuidele $iologice (solu$ilitatea n sDnge: % mlO&9L).

O1igenul este transportat prin sDnge de la plmDni ctre esuturile iorganele consumatoare. 8oar 7*' din o1igenul transportat se dizol,direct n plasma sang,in maoritatea este transportat printr-unmecanism mai so2sticat care utilizeaz comple1ul metalic denumit e#.

3rincipalul transportator de o1igen din organismul uman: e#ogobina 3rincipala protein de stocare a o1igenului: #ioglobina

#lte proteine transportoare de o1igen:"e#eritrina Aransportor de O&n organisme marine ne,erte$rate. !on-0em 6e-protein n care o1igenul este legat la un centru 6e&

(dinuclear cu & puni OO-i o punte O"-ntre cei doi 6e). #tomii de 6esunt legai la protein prin dou puni car$o1ilat din resturi aspartat iglutamat i la cinci resturi 0istidin4 unul dintre atomii de 6e este0e1acoordinat cellalt pentacoordinat4 O&este ataat la 0ermeritrin caanion pero1id O&& legat de puntea O" ataare nsoit de o o1idarea(cu & e) a centrului metalic dinuclear:

O1idare: 6e& &e-6e& Eeducere: O& J &e-O&&-

K6e(-O")(-OO)&6eJJ O& K6e(-O") (- O&&)(-OO)&6eJ

"e#ocianina:

u-protein4 transport o1igenul n sDngele molutelor i unorcefalopode paianeni ,iermi (cu (BsDnge al$astruC)4 al doilea transportor$iologic de O&4

entrele metalice: & u()4 O& se 21eaz la cei & u() ca gruparepero1id O&&- cu o1idarea u() la u(): &u() &e &u()4 O&J &e O&&-).

/tructura poziiei acti,e n o1i0emocianin

F


5/12

Metal-proteine

NKu(!"is)%&&J J O& NO&-Ku(!"is)%&&J

+n o1i-0emocianin cei doi atomi de cupru sunt mai apropiai ntre ei deplasDndu-se din planultrigonal n centrul cria se aIau n dezo1i-0emocianin geometria de nconurare a 2ecrui centruu n o1i-0emocianin 2ind de $ipiramid trigonal.

METAL-PROTEINE TRANSPORTOARE *E ELETRONI (MPLIATE .NPROESE*EO+I*O-RE*,ERE)

itocro#i

6e-proteine maoritatea: 0em-proteine (grupare prostetic: 0em)4gruparea 0em sufer o1idarea re,ersi$il a 6e() la 6e(). O1igenultransportat la celule este utilizat pentru o1idarea re,ersi$il a citocromilorca surs de energie n mitocondrii (organele din citoplasm din celuleleaero$ice productoare de energie coninDnd material genetic i multeenzime).itocromul a (t a): grupare prostetic: 0em a4 citocromul $ (t $):grupare prostetic: 0em $4 transport ait o1igenul cDt i electroni4 aupoteniale redo1 diferite datorit su$stituenilor diferii la por2rin.itocromul c: 0em-protein asociat cu mem$rana intern a

mitocondriilor4 spre deose$ire de ceilali citocromi este foarte solu$il nap (7;; g9L) i poate suferi o1idare i reducere (cu 7 electron) dar nupoate 21a o1igenul. Pste un component esenial al lanului de transport deelectroni. +n organismul uman este codi2cat ?/.itocromul 3F*; enzim care ndeplinete funcia de a insera prino1idare un atom de o1igen ntr-o legtur ".

O1idare: E" J &"JJ O&J &e-EO" J "&O4 Eeducere: 6e() 6e()

3oziia redo1 acti, ncitocromul c

itocromul 3F*;isteina (s)

Rubre$o/ine 0i fere$o/ine

*


6/12

Metal-proteine

!on-0em proteine (6e-/ proteine) transportoare de electroni n $acteriianaero$e4 +n rubre$o/in 2erul este legat la F atomi de / din F resturi de cistein pri ale unei proteine

formate din apro1imati, ** de resturi de aminoacizi. ei F atomi de sulf formeaz n urul 6e onconurare tetraedric deformat (6e/F) cu o legtur 6e-/ mai scurt decDt celelalte trei.Aransportul de electroni se realizeaz prin modi2carea strilor de o1idare ale 6e ntre J i J4 nam$ele stri de o1idare 2erul este B0ig0 spinC ceea ce minimizeaz modi2crile structurale ncursul reaciilor redo1.

3oziia acti, n ru$edo1in

%ere$o/ine: importante n fotosintez 6e() este redus la 6e() am$ii high spin4 e1ist maimulte tipuri n funcie de raportul 6e9/&-n unitatea structural: K6e&/&4 K6eF/F4 K6eQ/Q:

PlastocianinaRna dintre componentele categoriei de Bproteine al$astre cu cupruC.Aransportor de electroni n plante (spanac) alge $acterii. +nconurareacuprului() este piramidal trigonal deformat (u!&/&)4 $aza trigonal a

piramidei este format din & atomi N din & resturi 0istidin i un atom de /(s) dintr-un restcistein4 pozii a1ial a piramidei este ocupat de un atom /(Met) dintr-un rest metionin. Legturau-/(s) este mai scurt decDt legtura u-/(Met). Eeaciile redo1 se petrec cu implicarea unuiadintre resturile "is ("is 7) care se deprotoneaz ("is " "J J "is) legtura u-"is se rupe iar

nconurarea u de,ine trigonal plan. uloarea al$astr este datorat transferului de sarcin u-/(s).

oordinarea u n plastocianin4 or$itali implicai n transferul de sracin u (d1&-&) S /(a$)

METAL-PROTEINE IMPLIATE .N TRANSPORT,L )I STOAREAIONILORMETALIIProteine i#plicate 'n transportul 0i stocarea erului

%eritina: o protein intracelular care stoc0eaz 6e() astfel ncDt poate2 folosit la ne,oie. 3rincipalul organ care stoc0eaz 2erul: 2catul.

Transferina: 6e()-glicoprotein din plasm (format din HTG de resturi

de aminoacizi) care controleaz ni,elul 6e n Iuidele $iologice4transport 6e prin intermediul sDngelui la 2cat splin i mdu,a

H
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rubredoxin.png


7/12

Metal-proteine

osoas4 legarea 6e se realizeaz prin resturile de aminoacizi: & tirozin 7acid aspartic 7 0istidin. Organismul uman nu posed un mecanism dee1creie pentru transferin ceea ce poate cauza diferite $oli asociate cue1cesul de 6e de e1emplu -talasemia.

Proteine i#plicate 'n transportul 0i stocarea cuprului

eruloplas#ina principalul transportator de u n organismul uman(transport apro1imati, T;' din cuprul total n plasma uman 7*' 2indtransportat de al$umin restul 2ind localizat n macroglo$uline). 3rezinttotodat i acti,itate (enzimatic) de o/i$a1 asociat cu o1idare 6e() la6e() asistDnd transferul 2erului prin plasm de ctre transferin caretransport doar 6e(). Pste sintetizat n 2cat. Pste o &-glo$ulin poatelega Hu9molecul. onine n molecul dou tipuri de clusteri trinucleariNu% de e1emplu Ku%(O")(-O")"is)Q.

METAL-EN2IME ea mai larg clas de metal-proteine (se cunosc mai mult de %.;;; de

metal-enzime).

#ccelereaz ,iteza a numeroase reacii $iologice care se petrec ncelule (aproape 2ecare reacie $ioc0imic este facilitat de o enzim).

/unt n general foarte speci2ce (interacioneaz cu un anumit su$strat).

/e denumesc de o$icei dup reacia pe care o catalizeaz J su21ul az.

#u drept trstur comun caracterul la$il al legturii metal-protein ifaptul c geometria de coordinare a ionului metalic (poziia acti,) estecrucial pentru acti,itatea lor.

onul metalic este situat cel mai adesea ntr-un B$uzunarC a crui formse potri,ete cu su$stratul. onul metalic catalizeaz astfel reacii greu

de realizat n c0imia organic.Ani$ra1a carbonic (zinc-enzim)

atalizeaz disocierea acidului car$onic (prea lent n respiraia animal)i 0idroliza anumitor esteri.

3oziia acti, a an0idrazei car$onice: onul Un() este coordinat la:Arei resturi 0istidin prin ciclurile imidazol O molecul "&O (polarizat de ionul Un&J generDnd anion 0idro1il.


8/12

Metal-proteine

6uncionare:Eeacia O& J "&O "&O% foarte lent n a$sena catalizatorilor la p"2ziologic este rapid n prezena anionului 0idro1il: O&J O"-"O%-

O reacie similar este practic instantanee n prezena an0idrazeicar$onice: are loc un atac nucleo2l rapid al anionului 0idro1il la O&4 ciclul catalitic produce anion $icar$onat i protoni astfel deplasDnd

ec0ili$rul reaciei "&O% "O%- J "J n sensul disocierii aciduluicar$onic la ,alori 2ziologice ale p"-ului.

3ita#ina 456Vitamina W7& (cianoco$alamina) este singura $iomolecul esenialcunoscut cu o legtur M- sta$il (compus organometalic).onul metalic este o() iar atomul de care se leag aparine unui ion!-4 coordinarea o(): o!*4 cei *! pro,in: F dintr-un ciclu corin(macrociclu asemntor por2rinei) al *-lea dintr-un grup imidazol(dimetil$enzimidazol) legat la ciclul corinic. 6ra !- se numereco$alamin.Vitamina W7& catalizeaz transferul gruprilor metil ntre dou moleculeformDnd un intermediar n care anionul ! -este su$stituit de o grupare

"%.+n coenzima W7& al H-lea ligand (introdus n locul anionului !-) este ungrup adenozin. Pste utilizat n tratarea anemiei pernicioase.

ciclu por2rin ciclu corin Vitamina W7&E: !- "% O"- *X-

adenozina

Nitrogena1a 7en1i# cu rol $e /are a a1otului8

6i1area azotului atmosferic este un proces care necesit aport energeticintens ntrucDt implic ruperea triplei legturi !!.

Pnzima nitrogena1este una dintre puinele enzime care poate catalizaacest proces. /e gsete n anumite $acterii. Pste o Mo-6e-/-protein.+n acti,itatea nitrogenazei sunt implicate trei componente:

entrul metalic acti, implicat n 21area !&: Mo4 Rn transportor al electronilor implicai n reducerea azotului la !"%: clusteri 6e-/4

Q


9/12

Metal-proteine

O surs de energie a$undent asigurat de relaia sim$iotic ntre $acterii i planta-gazdadesea o legum. Eelaia este sim$iotic pentru c planta furnizeaz energia prin fotosintez(care implic cloro2la i #A3) $ene2ciind n sc0im$ de 21area azotului.

Eeacia poate 2 ilustrat sim$olic astfel:

!&J7H Mg(#A3) J Qe-S &!"%J 7H Mg(#83) J 7H 3iJ "&

unde 3ieste o grupare fosfat.Pnzima const din uniti 6e-/-protein ( doi clusteri cu$ici 6eF/F legai prin puni /) responsa$ilepentru transportul de electroni) i o Mo-6e-protein (responsa$il cu 21area !&) care pot 2 izolate iseparate. 3roteina Mo-6e conine dou tipuri de clusteri 6e-/ dintre care unul Mo6eT/Q numitcofactor %eMoco oac rolul de poziie acti, a enzimei capa$il s lege !& (la atomul de Mo) darincapa$il s realizeze reducerea acestuia.

/tructura cofactorului %eMoco (Mo: roz 6e: ,erde /: gal$en)4 atomul terminal de 6e este coordinatla un rest cistein (s) iar Mo este coordinat la un rest 0istidin ("is) i la un ligand 0omocitrat.

Supero/i$ $is#uta1a#nionul supero1id O&- este generat n organismul uman prin reducereao1igenului molecular4 este un agent o1idant puternic i a,Dnd un electronnemperec0iat se comport ca un radical li$er este foarte noci,: estenecesar s 2e distrus nainte de a cauza alterri ale celulelor.Pnzimele supero1id dismutaze (/O8) ndeplinesc foarte e2cient aceast

funcie4 n soluii neutre anionul supero1id disproporioneaz la o1igenmolecular i ap o1igenat:

&O&YJ &"JO&J "&O&Pnzimele /O8 cresc ,iteza acestei reacii pDn la limita de difuzie. 0eiafuncionrii acestor enzime o reprezint un ion metalic cu stare de o1idare,aria$il care poate funciona atDt ca agent o1idant cDt i ca agentreductor:

M(n95 )9 SO* J O&Y Mn9 SO* J O& (M(n+1)+ + 1e Mn+ ; O2- 1e- O2)NM/O8o1 NM/O8red

Mn9 SO* J O&Y J &"J M7n9589 SO* J "&O& (M(n+1)+ - 1e- M(n+1)+ ; O2 + 1e O22- )

NM/O8red NM/O8o1M: u (n =7)4 Mn (n = &)4 6e (n = &)4 !i (n =&)

+n u-2n-SO* uman din eritrocite (celule roii) metalul acti, este cuprul (u&J sau uJ) coordinattetraedric de ctre patru resturi 0istidin. Pnzima conine i ioni de zinc.

+n Mn-SO* gsit n mitocondriile umane Mn este coordinat de % resturi 0istidin un rest aspartati o molecul de ap sau un anion 0idro1il n funcie de starea de o1idare a Mn ( sau ).

#lte /O8 pot conine 6e sau !i. Rn interes deose$it prezint enzima Ni-SO* care implic !i() i!i(): geometria de coordinare a !i() este plan-ptrat ! = F !i/&!&(& atomi donor / din & resturi

s i & atomi donor ! din resturi ale lanului proteic "is i s un s: $identat)4 geometria de coordinare aa !i() este piramid ptratic ! = * !i /&!% cu un ligand a1ial

! din restul "is (care n forma o1idat a !i-/O8 funcioneaz ca ligand $identat).

G


10/12

Metal-proteine

METAL-PROTEINETRA*,;TOARE*ESEMNALal#o$ulina (aM) (ALcium-MO*,Lated proteIN) este o a-proteincare funcioneaz ca senzor i traductor multifuncional de semnal pentruionii de calciu coordinDnd ionii de calciu i modi2cDnd interaciuneaacestora cu numeroase molecule int care nu se pot lega ele-nsele laionii de calciu.

Pste o protein de mici dimensiuni (7FQ resturi de aminoacizi) care coninepatru su$uniti structurale formate 2ecare din cDte dou elicii alfaconectate ntre ele.6iecare su$unitate poate lega un ion a&J. onii de calciu au o nconurarede $ipiramid pentagonal (! T) realizate e1clusi, de grupri car$o1ilatfurnizate resturi de acid glutamic i aspartic.aM mediaz multe procese cum sunt inIamrile meta$olismulcontracia muscular micarea intracelular memoria pe termen scurt ipe termen lung4 se manifest n multe tipuri de celule incluzDndcitoplasma.

ei &; de aminoacizi din structura proteinelor:#lanina #la #rginina #rg #sparagina - #sn #cid aspartic #sp

steina s


11/12

Metal-proteine

Met0ionina Met 6enilalanina 30e 3rolina 3ro /erina /er

Areonina - A0r Ariptofanul - Arp Airosina - Ar Valina - Val

77


12/12

Metal-proteine

Vitamina W7& coenzima W7&

7&

curs 9 metal-proteine generos

Documents