Enzime Cu Nichel

  • View
    50

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

chimie

Transcript

Enzime cu nichelPentru mult timp nichelul a fost singurul metal 3d pentru care rolul biologic nu a putut fi stabilit definitiv. Motivele acestei scpri au fost variate: ionii de nichel nu au absorbii caracteristice n prezena liganzilor fiziologici importani, spectrele Mossbauer nu sunt accesibile izotopilor nichelului. Ni(I) cu configiiratia d9 i Ni(III) cu configuraia d7 paramagnetici, nu pot fi detectai prin spectroscopia RPE datorit lipsei scindrii hiperfine (abundenta natural a 61Ni cu I = 3/2 este de numai 1,25%. S-a artat ca nichelul este adesea singurul metal component al unor enzime complexe care mai dein drept coenzime alte substane anorganice. Centrii cu nichel au rmas nedetectabili mult timp datorit mascrii de catreclusterii Fe-S. Aplicnd metode de detective mai sensibile cum ar fi spectroscopia de absorbie i de emisie atomic (AAS i AES), msurtori magnetice (SQUID) sau spectroscopia RPE asupra izotopului 61Ni mbogit s-au putut stabili caracteristicile ctorva enzime ce confin Ni din plante i microorganisme.Nichelul, n mod particular, nu este un element rar n litosfera sau hidrosfera unde se gsete dizolvat c Ni2+ iar n organisniele vii se gsete n cantiti mici, greu detectabile i dup prerea specialitilor(Wolfgang Kaim i Brigitte Schwederski) neeseniale,nefiind raportat niciun simptom al carentei nichelului(Ni2+ este un toxic,responsabil al alergiei la nichel).Totui chiar nichelul din otelurile inoxidabile a fost mobilizt de anumite microorganisme pentru a i satisfice necesarul corespunztor enzimelor eseniale.Dup prerea altor specialist,una din ipotezele disparitfei dinozauriJor i a altor creaturi de la sfritul cretacicului ar fi "otrvirea cu niche care provenea din materiale rneteorice.Trziu, n 1960, nichelul este considerat component necesar pentru creterea unor bacterii anaerobe; n 1975 metalul a fost evideniat drept component al ureazelor din plante. n concordan cu nivelul de cunoatere actual, nichelul este prezent n patru tipuri de enzime eseniale n stri de oxidare diferite cu o coordinare caracteristic mediului.Ureazele conin Ni(II) penta sau hexacoordinat de liganzi cu atomi de N sau O donori, hidrogenazele mai multor bacterii anaearobe conin nichel n principal coordinat de liganzi cu sulf( bacteria Knallgeas , CO-dehidrogenaza utilizat n sinteza bacterial a acetil-coenzimei A). Metil coenzima M reductaza bacterid metanogene, prezint un complex al nichelului cu inelul tetrapirolic ca grupare prostetica denumit coenzima F430. Un alt complex tetrapirolic cu o funcfie nespecificata, ar fi tuniclorinul care conine nichel, izolat din tunicate.

1. Glioxilaza I((EC4.4.1.5)(lactilglutationa liaza)) lactoylglutathione lyase Glioxalaza I i Glioxalaza I catalizeaz conversia metilglioxalului,o specie toxic care formeaz legturi covalente cu DN,la lactat(lactate).Singurul ion de nichel se afla ntr o coordinatie octaedrica i se comport ca un acid Lewis.Acesta rmne n stare de oxidare 2+ n timpul reaciei de izomerizare,ceea ce include i utilizarea Zn la glioxilaza I n unele organisme,incluziv al omului.Ionul de Ni2+ se leag hemoacetotiolic( binds the hemithioacetal adduct) ntre metilglioxal i GSH,nlocuind un ligand de ap.Baza general a catalizei duce la separarea unui proton din substrat(deprotonare),formnd un intermediar coordinat enantiolat.Protonarea la C-2 iniiaz generarea de produi S-d-lactilglutationati( promotes generation of the product S-d-lactoylglutathione),care sufer o hidroliza la lactat i GSH ntr o reacie separat catalizata de Glioxilaza II.Reacie:glutationa+metilglioxalhemitioacetal (adduct) (R)-S-lactilglutationa

Mecanism:

2.Acireductona deoxigenaza(EC1.13.11.53) este o metaloenzima care catalizeza reacia chimic:1,2-Dihidroxi-3-oxo-5-(metiltio)pent-1-en+ O2 HCOOH + metiltiopropionat + CO

Structura cristalografica cu centrul active de Ni(II):

ARD este un membru al clasei structurale a proteinelor cunoscute sub numele cupins, sau "jellyrolls." Nucleul structurii cupin este un (5-helix format din dou antiparalele (i-fire). Dac s-ar rsuci un ac de pr ntr-o spiral, s-ar obine topologia-pliere cupin.Structura metaloenzimei dezvluie o coordinatie octaedrica cu centrul active Ni(II),hexacoordinat de 3 liganzi de histidina,unul de acid aspartic i 2 liganzi de ap.Nichelul nu sufer mudificari redox dar nici nu leag O2,n schimb substratul acireductonei(1,2-dihidroxi-3-oxo-5-(metiltio)pent-1-en) reacioneaz direct cu O2 formnd speciile peroxidice (B).Ni rmne pe tot parcurul reaciei n starea de oxidare +2.Ni acioneaz ca un acid Lewis promovnd atacul intermediarului peroxola gruparea ligandului carbonil pentru a genera un intermediary cyclic(D),care se descompune ulterior n CO,acid formic i acid carboxilic.Mecanism:

3.Ni-Superoxid dismutaza

Irwin Fridovich and Joe McCord at Duke University au descoperit activitatea enzimatic a SOD n 1968.Ni-Superoxid dismutaza(EC 1.15.1.1) este o enzim care catalizeaz dismutatia(divizarea) radicalului superoxid (O2-) ntr o molecule obinuit de oxigen(O2) sau peroxid de oxigen(H2O2).Superoxidul este un produs secundar al metabolismului oxigenului i dac nu este reglementat acesta cauzeaz deteriorarea multor tipuri de celule.Peroxidul de hidrogen este de asemenea duntor,dar mai puin dect cel din urm i poate fi degradat de ctre alte enzyme,cum ar fi catalaza.Astfel,SOD este un antioxidant de aprare important n aproape toate celulele vii expuse la oxigen.Descriere:Superoxid dismutaza (SOD) este o enzim ce revitalizeaz celulele i reduce rata distrugerii lor de ctre radicalii liberi. Neutralizeaz cei mai obinuii i poate cei mai periculoi radicali liberi- radicalii superoxid. Radicalul superoxid produce deficitul de fluid sinovial, important lubrifiant pentru ncheieturile corpului, ceea ce duce la frecare i n cele din urm la inflamaii.SOD (Superoxid dismutaza) acioneaz sinergetic cu enzima catalaza, care se gsete din abunden n organism. Catalaza transform hidrogenul peroxid din subprodusele sale create de reacii SOD.SOD ajuta la asimilarea zincului, cuprului i manganului. Nivelul tinde s scad odat cu vrsta, ceea ce crete formarea de radicali liberi. Potenialul ca tratament antiimbatranire se afla nc n studii de cercetare.Din punct de vedere chimic, exist dou forme din aceast enzim. Forma cupru/zinc (cunoscut Cu/Zn SOD) i exercita calitile de antioxidant n citoplasm celulelor. Acesta este un fluid apos care nconjoar toate celalalte component celulare.Forma mangan (Mn SOD)este activ n mitocondrii, stucturi din celule n care se produce energia. Producerea energiei celulare duce la crearea radicalilor liberi i forma nichel(Ni SOD).Utilizri medicaleSOD (Superoxid dismutaza) este utilizat pentru a trata artrit, probleme de prostat, ulcere, arsuri, boli inflamatorii, dar i intoxicaii de la expunerea la fum i radiaii, i pentru a preveni efectele secundare ale medicamentelor mpotriva cancerului. Mai poate ajuta i la reducerea ridurilor faciale, la cicatrizarea i vindecarea rnilor i arsurilor.SOD face ca fiecare celul a corpului s fie mai rezistent mpotriva atacurilor radicalilor liberi i a altor substane nocive. Puterea antioxidant a SOD o depete pe cea a celor mai cunoscui antioxidani: flavonoide, carotenoide, vitamina A, C i E, mai mult, nici chiar coenzima Q10, glutation peroxideaza i catalaza nu ating puterea acestuia. Cteva studii legat de procesul de mbtrnire au remarcat faptul c animalele care produc cel mai mare nivel de SOD au i cea mai mare durat de via.SurseSOD exista, n mod natural n: orz, broccoli, varza de Bruxelles, varza, germeni de gru i multe alte plante verzi.Administrarea suplimentelor de SODSOD este o molecul fragil ce este distrus uor n stomac, astfel tabletele trebuie s fie comprimate filmate - adic acoperite cu o substan protectoare care ajuta tableta s treac intact prin acidul din stomac pn n intestinal subire unde poate fi absorbit la ntreaga potenta.

Reacii: Ni3+-SOD + O2- Ni2+-SOD + O2 Ni2+-SOD + O2- + 2H+ Ni3+-SOD + H2O2.Structura:

n procariote.Aceasta enzim are structura hexamerica(6 copii),cu 4 helixuri,fecare coninnd crlige chelate la ionul de Ni.

Aciunea superoxid dismutazei (SOD) n organism:1. mpiedica producerea agenilor liberi nocivi 2. antioxidant natural 3. eficient n cazul bolilor cronice 4. apar organismul mpotriva impactului radicalilor liberi 5. ncetinete mbtrnirea i apra mpotriva radiaiilor UV 6. ajut n strile de convalescen i mpotriva dependenei de droguri 7. confer protecie mpotriva radiaiilor solare, poluare i pentru utilizatorii de calculatoare 8.combate radicalii liberi i substanele cancerigene.4.UreazeUreaz (E.C.3.5.1.5.) este o metaloenzim dependent de Ni care catalizeaz hidrolizaureei la amoniac i dioxid de carbon. Este produs de plante, fungi i bacterii, dar nu i de animale; ureazele prezint omologii semnificative i mecanisme similare de catalizare, dar difer n structurile cuaternare. n timp ce ureazele produse de plante i fungi sunt proteine homo-oligomerice de 90 kDa, cele produse de bacterii sunt multimere de dou (ex. Helicobacter pylori) sau trei complexe de subuniti. S-a emis teoria cum c n plante aceste enzime sunt implicate n obinerea azotului i n protecia mpotriva factorilor patogeni.Structura:

Studii anterioare relevau faptul c ureazele din plante au chiar o activitate insecticid.Ureazele pot fi izolate din bacterii sau plante ,cum ar fi o specie de fasole i au o istorie interesant.Ureaz din Canavalia ensiformis, contrar opiniei lui Richard Willstatter a fost prima enzim obinut n stare cristalin pur. Totui dear 50 de ani mai trziu a fost determinat coninutul de nichel al acestei enzime.Ureazele catalizeaz degradarea ureei la dioxid de carbon i amoniac. Ureea este o molecul foarte stabil care n mod normal hidrolizeaz foarte ncet obinndu-se acid izocianic i amoniac. Durata reaciei necatalizate este de 3.6 ani la 38C. H2N-CO-NH2 + H20 [H2N-COO" + NH4+]] 2 NH3 + CO2 H2N-CO-NH2 + H20 -NH3 +H20 + H-N=C=0

Activitatea catalitic a enzimei det