Metalloprotein ist ein Oberbegriff für ein Protein, das ein Metallion cofactor enthält. Ein großer Bruchteil aller Proteine ist Mitglieder dieser Kategorie, so ist das Gebiet sehr groß.

Metalloenzymes sind weit verbreitet und in der Funktion verschieden

Es wird geschätzt, dass ungefähr Hälfte aller Proteine ein Metall enthält. In einer anderen Schätzung wird ungefähr ein Viertel zu einem Drittel aller Proteine vorgeschlagen verlangen, dass Metalle ihre Funktionen ausführen. So haben metalloproteins viele verschiedene Funktionen in Zellen, wie Enzyme, Transport und Lagerungsproteine, und geben transduction Proteinen Zeichen.

Koordinationschemie-Grundsätze

In metalloproteins werden Metallionen gewöhnlich durch den Stickstoff, den Sauerstoff oder die Schwefel-Zentren koordiniert, die Aminosäure-Rückständen des Proteins gehören. Diese Spender-Gruppen werden häufig durch Seitenketten auf den Aminosäure-Rückständen zur Verfügung gestellt. Besonders wichtig sind der imidazole substituent in histidine Rückständen, thiolate substituents in cysteinyl Rückständen und carboxylate durch aspartate zur Verfügung gestellten Gruppen. In Anbetracht der Ungleichheit des metalloproteome, eigentlich, wie man gezeigt hat, haben alle Aminosäure-Rückstände Metallzentren gebunden. Das peptide Rückgrat stellt auch Spender-Gruppen zur Verfügung, diese schließen deprotonated amides und den amide carbonyl Sauerstoff-Zentren ein.

Zusätzlich zu Spender-Gruppen, die durch Aminosäure-Rückstände, eine Vielzahl der organischen Cofactors-Funktion als ligands zur Verfügung gestellt werden. Vielleicht am berühmtesten sind der tetradentate N4 makrozyklischer ins heme Protein vereinigter ligands. Anorganische ligands wie Sulfid und Oxyd sind auch üblich.

Lagerung und Transport metalloproteins

Sauerstoff-Transportunternehmen

Hämoglobin, das das Hauptsauerstoff-Transportunternehmen in Menschen ist, hat vier Subeinheiten, in denen das Eisen (II) Ion durch den planaren, makrozyklischen ligand protoporphyrin IX (PIX) und das imidazole Stickstoff-Atom eines histidine Rückstands koordiniert wird. Die sechste Koordinationsseite enthält ein Wassermolekül oder ein dioxygen Molekül. myoglobin hat nur eine solche Einheit. Die aktive Seite wird in einer hydrophoben Tasche gelegen. Das ist als, ohne es wichtig, das Eisen (II) würde irreversibel oxidiert um (III) zu bügeln. Das für die Bildung von HbO unveränderliche Gleichgewicht ist solch, dass Sauerstoff aufgenommen oder abhängig vom teilweisen Druck von Sauerstoff in den Lungen oder im Muskel veröffentlicht wird. Im Hämoglobin zeigen die vier Subeinheiten eine cooperativity Wirkung, die leichte Sauerstoff-Übertragung vom Hämoglobin bis myoglobin berücksichtigt.

Sowohl im Hämoglobin als auch in myoglobin wird es manchmal falsch festgestellt, dass die oxydierte Art Eisen (III) enthält. Es ist jetzt bekannt, dass die diamagnetic Natur dieser Arten ist auf Grund dessen, dass das Eisen (II) im Staat der niedrigen Drehung ist. In oxyhemoglobin wird das Eisenatom im Flugzeug des Porphyrin-Rings gelegen, aber im paramagnetischen deoxyhemoglobin liegt das Eisenatom über dem Flugzeug des Rings. Die Änderung im Drehungsstaat ist eine kooperative Wirkung des höheren Kristallfeldaufspaltens und kleineren ionischen Radius von Fe in der oxy-Hälfte.

Hemerythrin ist ein anderes eisenhaltiges Sauerstoff-Transportunternehmen. Der Sauerstoff verbindliche Seite ist ein zweikerniges Eisenzentrum. Die Eisenatome werden zum Protein durch die carboxylate Seitenketten eines glutamate und aspartate und fünf histidine Rückstände koordiniert. Das Auffassungsvermögen von O durch hemerythrin wird durch die Zwei-Elektronen-Oxydation des reduzierten zweikernigen Zentrums begleitet, um gebundenes Peroxyd (OOH-) zu erzeugen. Der Mechanismus des Sauerstoff-Auffassungsvermögens und der Ausgabe ist im Detail ausgearbeitet worden.

Hemocyanins tragen Sauerstoff im Blut von den meisten Mollusken und einem arthropods wie die Hufeisen-Krabbe. Sie sind nur zum Hämoglobin in der biologischen Beliebtheit des Gebrauches im Sauerstoff-Transport zweit. Auf der Oxydation wird das zwei Kupfer (I) Atome an der aktiven Seite zu Kupfer (II) oxidiert, und die dioxygen Moleküle wird auf Peroxyd, O reduziert.

Cytochromes

Oxydation und Verminderungsreaktionen sind in der organischen Chemie nicht üblich so wenige organische Moleküle können handeln wie oxidierende oder abnehmende Agenten. Eisen (II) kann andererseits leicht oxidiert werden um (III) zu bügeln. Diese Funktionalität wird in cytochromes verwendet, die als Elektronübertragungsvektoren fungieren. Die Anwesenheit des Metallions erlaubt metalloenzymes, Funktionen wie Redox-Reaktionen durchzuführen, die durch den beschränkten Satz von funktionellen in Aminosäuren gefundenen Gruppen nicht leicht durchgeführt werden können.

Das Eisenatom im grössten Teil von cytochromes wird in einer heme Gruppe enthalten. Die Unterschiede zwischen jenen cytochromes liegen in den verschiedenen Seitenketten. Zum Beispiel hat Cytochrome ein Haben eines heme eine prothetische Gruppe und cytochrome b einen heme b prothetische Gruppe. Diese Unterschiede laufen auf verschiedene solche Potenziale von Fe/Fe redox hinaus, dass verschiedene cytochromes an der mitochondrial Elektrontransportkette beteiligt werden.

Enzyme von Cytochrome P450 führen die Funktion durch, ein Sauerstoff-Atom in einen C — H Band, eine Oxydationsreaktion einzufügen.

Rubredoxin

Rubredoxin ist ein Elektrontransportunternehmen, das in Bakterien des Schwefels-metabolizing und archaea gefunden ist. Die aktive Seite enthält ein Eisenion, das durch die Schwefelatome von vier cysteine Rückständen koordiniert wird, die ein fast regelmäßiges Tetraeder bilden. Rubredoxins führen Ein-Elektron-Übertragungsprozesse durch. Der Oxydationsstaat des Eisenatoms ändert sich zwischen den +2 und +3 Staaten. In beiden Oxydationsstaaten ist das Metall hohe Drehung, die hilft, Strukturänderungen zu minimieren.

Plastocyanin

Plastocyan ist eine der Familie von blauen Kupferproteinen, die an Elektronübertragungsreaktionen beteiligt werden. Das Kupfer verbindliche Seite wird als 'verdreht trigonal pyramidal' beschrieben. Das trigonal Flugzeug der pyramidalen Basis wird aus zwei Stickstoff-Atomen (N und N) von getrenntem histidines und einem Schwefel (S) von einem cysteine zusammengesetzt. Schwefel (S) von einem axialen methionine bildet die Spitze. Die 'Verzerrung' kommt in den Band-Längen zwischen dem Kupfer und Schwefel ligands vor. Der Cu-S-Kontakt ist (207 picometers) kürzer als Cu-S (282 Premierminister).

Das verlängerte Cu-S-Abbinden destabilisiert die Form von Cu und vergrößert das redox Potenzial des Proteins. Die blaue Farbe (597 Nm-Maximalabsorption) ist wegen des Cu-S Bandes, wo S zur Anklage-Übertragung von Cu vorkommt.

In der reduzierten Form von plastocyanin werden Seine 87 protonated mit einem pK 4.4 werden. Protonation verhindert es, als ein ligand handelnd, und die Kupferseite-Geometrie wird trigonal planar.

Metallion-Lagerung und Übertragung

Eisen

Eisen wird als Eisen (III) in ferritin versorgt. Die genaue Natur der verbindlichen Seite ist noch nicht bestimmt worden. Das Eisen scheint, als ein Hydrolyse-Produkt wie FeO (OH) da zu sein. Eisen wird durch transferrin transportiert, dessen verbindliche Seite aus zwei tyrosines, einer aspartic Säure und einem histidine besteht. Der menschliche Körper hat keinen Mechanismus für die Eisenausscheidung. Das kann zu Eisenüberlastungsproblemen in Patienten führen, die mit Bluttransfusionen als zum Beispiel mit β-thallasemia behandelt sind.

Kupfer

Ceruloplasmin ist das kupfertragende Hauptprotein im Blut. Ceruloplasmin stellt oxidase Tätigkeit aus, die mit der möglichen Oxydation von Fe (Eiseneisen) in Fe (Eiseneisen) vereinigt wird, deshalb bei seinem Transport im Plasma in Verbindung mit transferrin helfend, der nur Eisen im Eisenstaat tragen kann.

Metalloenzymes

Metalloenzymes alle haben eine Eigenschaft gemeinsam nämlich, dass das Metallion zum Protein mit einer labiler Koordinationsseite gebunden wird. Als mit allen Enzymen ist die Gestalt der aktiven Seite entscheidend. Das Metallion wird gewöhnlich in einer Tasche gelegen, deren Gestalt das Substrat passt. Das Metallion katalysiert Reaktionen, die schwierig sind, in der organischen Chemie zu erreichen.

Kohlenstoffhaltiger anhydrase

:CO + HO HCO

Diese Reaktion ist ohne einen Katalysator, aber ziemlich schnell in Gegenwart vom Hydroxyd-Ion sehr langsam

:CO + OH HCO

Eine dem ähnliche Reaktion ist fast instantaneaous mit kohlenstoffhaltigem anhydrase. Die Struktur der aktiven Seite in kohlenstoffhaltigem anhydrases ist von mehreren Kristallstrukturen wohl bekannt. Es besteht aus einem Zinkion, das durch drei imidazole Stickstoff-Atome von drei histidine Einheiten koordiniert ist. Die vierte Koordinationsseite wird durch ein Wassermolekül besetzt. Der Koordinationsbereich des Zinkions ist ungefähr vierflächig. Das positiv beladene Zinkion polarisiert das koordinierte Wassermolekül und den Nucleophilic-Angriff durch den negativ beladenen hydoxide Teil auf dem Kohlendioxyd (kohlenstoffhaltiges Anhydrid) Erlös schnell. Der katalytische Zyklus erzeugt das Bikarbonat-Ion und das Wasserstoffion als das Gleichgewicht

:HCO HCO + H

Bevorzugungstrennung von kohlenstoffhaltiger Säure an biologischen PH-Werten.

Vitamin-b-abhängige Enzyme

Vitamin B katalysiert die Übertragung des Methyls (-CH) Gruppen zwischen zwei Molekülen, der das Brechen von C-C Obligationen, einen Prozess einschließt, der in organischen Reaktionen energisch teuer ist. Das Metallion senkt die Aktivierungsenergie für den Prozess durch das Formen eines vergänglichen Bandes von Co-CH. Die Struktur des coenzyme wurde von Dorothy Hodgkin und Mitarbeitern berühmt bestimmt, für die sie einen Nobelpreis erhalten hat. Es constists eines Kobalt (II) durch vier Stickstoff-Atome eines corrin koordiniertes Ion klingelt und ein fünftes Stickstoff-Atom von einer imidazole Gruppe. Im sich ausruhenden Staat gibt es eine Co — C σ Band mit dem 5' Kohlenstoff-Atom von Adenosin. Das ist ein natürlich Auftreten organometallic Zusammensetzung, die seine Funktion in trans-methylation Reaktionen wie die Reaktion erklärt, die durch methionine synthase ausgeführt ist.

Nitrogenase (Stickstoff-Fixieren)

Das Fixieren des atmosphärischen Stickstoffs ist ein sehr energieintensiver Prozess, weil es das Brechen des sehr stabilen dreifachen Bandes zwischen den Stickstoff-Atomen einschließt. Das Enzym nitrogenase ist eines der wenigen Enzyme, die den Prozess katalysieren können. Das Enzym kommt in bestimmten Bakterien vor. Es gibt drei Bestandteile zu seiner Handlung: Ein Molybdän-Atom an der aktiven Seite, Eisenschwefel-Trauben, die am Transportieren der Elektronen beteiligt werden, musste den Stickstoff und eine reichliche Energiequelle reduzieren. Die Energie wird durch eine symbiotische Beziehung zwischen den Bakterien und einem Gastgeber-Werk, häufig eine Hülsenfrucht zur Verfügung gestellt. Die Beziehung ist symbiotisch, weil das Werk die Energie durch die Fotosynthese und Vorteile durch das Erreichen des festen Stickstoffs liefert. Die Reaktion kann symbolisch als geschrieben werden

:N +16 MgATP +8e  2NH + 16 MgADP +16 P + H

wo P für anorganisches Phosphat eintritt. Die genaue Struktur der aktiven Seite ist schwierig gewesen zu bestimmen. Es scheint, eine Traube von MoFeS zu enthalten, die im Stande ist, das dinitrogen Molekül zu binden und vermutlich dem Verminderungsprozess zu ermöglichen, zu beginnen. Die Elektronen werden durch die verbundene "P" Traube transportiert, die zwei kubische durch Schwefelbrücken angeschlossene Trauben von FeS enthält.

Superoxyd dismutase

Das Superoxydion, O wird in biologischen Systemen durch die Verminderung von molekularem Sauerstoff erzeugt. Es hat ein allein stehendes Elektron, so benimmt es sich als ein freier Radikaler. Es ist ein mächtiger oxidierender Agent. Diese Eigenschaften machen das Superoxydion sehr toxisch und werden zum Vorteil durch phagocytes aufmarschiert, um das Eindringen in Mikroorganismen zu töten. Sonst muss das Superoxydion zerstört werden, bevor es unerwünschten Schaden in einer Zelle anrichtet. Das Superoxyd dismutase Enzyme führt diese Funktion sehr effizient durch.

Der formelle Oxydationsstaat der Sauerstoff-Atome ist ½. In Lösungen am neutralen pH, das Superoxydion disproportionates zu molekularem Sauerstoff und Wasserstoffperoxid.

:2 O + 2 H  O + HO

In der Biologie ist dieser Typ der Reaktion Anruf eine dismutation Reaktion. Es schließt sowohl Oxydation als auch die Verminderung von Superoxydionen ein. Das Superoxyd dismutase Gruppe von Enzymen, abgekürzt als GRASNARBE, vergrößert die Rate der Reaktion zur Nähe die Verbreitung hat Rate beschränkt. Der Schlüssel zur Handlung dieser Enzyme ist ein Metallion mit dem variablen Oxydationsstaat, der entweder als ein Oxidieren-Agent oder als ein abnehmender Agent handeln kann.

:Oxidation: M + O  M + O

:Reduction: M + O + 2H  M + HO.

In der menschlichen GRASNARBE ist das aktive Metall Kupfer, als Cu oder Cu, koordiniert vierflächig durch vier histidine Rückstände. Dieses Enzym enthält auch Zinkionen. Anderer isozymes kann Eisen, Mangan oder Nickel enthalten. NI-GRASNARBE ist besonders interessant, weil sie Nickel (III), einen ungewöhnlichen Oxydationsstaat für dieses Element einschließt. Die aktive Seite Geometrie-Zyklen von Ni von quadratischem planarem Ni (II), mit thiolate (Cys2 und Cys6) und Rückgrat-Stickstoff (His1 und Cys2) ligands, zu quadratischem pyramidalem Ni (III) mit einer zusätzlichen axialen His1 Seitenkette ligand.

Chlorophyll enthaltende Proteine

Chlorophyll spielt eine entscheidende Rolle in der Fotosynthese. Es enthält ein in einem Chlorin-Ring eingeschlossenes Magnesium. Jedoch wird das Magnesium-Ion an der photosynthetischen Funktion nicht direkt beteiligt und kann durch andere divalent Ionen mit wenig Verlust der Tätigkeit ersetzt werden. Eher ist das Foton vom Chlorin-Ring gefesselt, dessen elektronische Struktur zu seinem Zweck gut angepasst wird.

Am Anfang veranlasst die Absorption eines Fotons ein Elektron, in einen Unterhemd-Staat des Q Bandes aufgeregt zu sein. Der aufgeregte Staat erlebt ein Zwischensystem, das sich vom Unterhemd-Staat bis einen Drilling-Staat trifft, in dem es zwei Elektronen mit der parallelen Drehung gibt. Diese Art, ist effektiv, ein freier Radikaler, und ist sehr reaktiv und erlaubt einem Elektron, Annehmern übertragen zu werden, die neben dem Chlorophyll im Chloroplasten sind. Im Prozess wird Chlorophyll oxidiert. Später im phosynthetic Zyklus wird Chlorophyll wiederreduziert. Diese Verminderung zieht schließlich Elektronen von Wasser, molekularen Sauerstoff als ein Endoxydationsprodukt nachgebend.

Signal-Transduction metalloproteins

Calmodulin

Calmodulin ist ein Beispiel eines Signal-Transduction Proteins. Es ist ein kleines Protein, das vier EF-Handmotive enthält, von denen jedes ein Ion von Ca binden kann.

In einer EF-Handschleife wird das Kalzium-Ion in einer fünfeckigen bipyramidal Konfiguration koordiniert. Sechs Glutamic Säure und an der Schwergängigkeit beteiligte Säure-Rückstände von Aspartic sind in Positionen 1, 3, 5, 7, 9 der polypeptide Kette. An der Position 12 gibt es einen glutamate oder aspartate ligand, der sich als (bidentate ligand) benimmt, zwei Sauerstoff-Atome zur Verfügung stellend. Der neunte Rückstand in der Schleife ist notwendigerweise glycine wegen der conformational Voraussetzungen des Rückgrats. Der Koordinationsbereich des Kalzium-Ions enthält nur carboxylate Sauerstoff-Atome und keine Stickstoff-Atome. Das ist mit der harten Natur des Kalzium-Ions im Einklang stehend.

Das Protein hat zwei ungefähr symmetrische Gebiete, die durch ein flexibles "Scharnier"-Gebiet getrennt sind. Die Schwergängigkeit von Kalzium veranlasst eine Conformational-Änderung, im Protein vorzukommen. Calmodulin nimmt an einem intrazellulären Signalsystem durch das Handeln als ein diffusionsfähiger zweiter Bote zu den anfänglichen Stimuli teil.

Abschrift-Faktoren

Viele Abschrift-Faktoren enthalten eine als ein Zinkfinger bekannte Struktur, das ist ein Strukturmodul, wo sich ein Gebiet des Proteins um ein Zinkion faltet. Das Zink setzt sich mit der DNA nicht direkt in Verbindung, zu der diese Proteine binden, stattdessen ist der cofactor für die Stabilität der dicht gefalteten Protein-Kette notwendig. In diesen Proteinen wird das Zinkion gewöhnlich von Paaren von cysteine und histidine Seitenketten koordiniert.

Anderer metalloenzymes

Siehe auch

• Chemie von Bioinorganic
• Coenzyme
• Cofactor
• Hemoproteins
• Metallionen in Lebenswissenschaften
• Siderophore
• Prothetische Gruppe
• QPNC-SEITIGER

Außenverbindungen