Metaloproteine

Metaloproteinele, compusii ai cationilor metalici cu moleculele organice de interes

biologic, sunt heteroproteine in care componenta prostetica este reprezentata de un

metal, iar componenta proteidica este constituita dintr-o catena in care exista

gruparile polare libere apartinand poliheteroaminoacizilor constituenti.

Structura chimica specifica macromoleculelor de metaloproteine confera acestora

proprietati functionale in care specificitatea are importanta aparte. Gruparile polare

din catenele macromoleculare concura la stabilirea legaturilor cu metalele din

componenta prostetica. Acest considerent explica relatia structura chimica -

activitate biologica, precum si prezenta numeroaselor metaloproteine ca

bioconstituenti celulari si tisulari sau ca efectori in reactiile biochimice specifice

proceselor metabolice.

Metalele care au fost puse in evidenta frecvent in structura metaloproteinelor sunt:

fier, cupru, mangan, zinc, cobalt, magneziu etc. Legatura dintre metal si apoproteina

se realizeaza prin intermediul gruparilor polare libere ale aminoacizilor din molecula

proteica.

Se considera ca apoproteina prezinta o anumita regiune din molecula susceptibila de

a stabili legaturi cu metalul, in conformitate cu distributia spatiala a gruparilor

capabile sa formeze asemenea legaturi.

Metalul (M2+)se fixeaza de apotroteina prin liganzi, grupari care pot dona electroni

metalului, stabilindu-se astfel legaturi covalente coordinative, metalul devenind

coordinat. Prin intermediul liganzilor, metalul fixat pe apoproteina formeaza un

complex intern numit chelat care se caracterizeaza prin existenta unui ciclu in care

se stabilesc covalente coordinative Intre atomii de N sau O ai ligandului si ionul

metalic coordinat.

Existenta acestor structuri cu caracter de chelat sunt posibile in metaloenzime,

structuri care explica mecanismul functional al acestora in procesele biochimice la

care intervin. In tabelul urmator sunt consemnate cateva exemple de

metaloproteine si unele caracteristici ale lor.

Metaloproteine: Relatia Functiune - Structura in Organismele Vii

Autor: Finaru Dragos

Sectia: IB Grupa: 1121

Pagina 2 din 26.

Ionul metalic in metaloenzima poate Indeplini fie un rol stabilizator al structurii

tertiare si cuaternare a enzimei, fie un rol direct in actul catalitic, fie ambele roluri.

Uneori, acelasi ion metalic poate avea un rol in cazul unei enzime, pentru ca in

constitutia alteia sa indeplineasca o cu totul alta functie. Astfel, de exemplu, in cazul

zincului din carbonic anhidraza eritrocitelor bovine, ionul metalic are un unic rol

functional participand efectiv la actul catalitic, in timp ce fosfataza alcalina din E. coli

contine patru atomi de zinc per mol de enzima, doi fiind necesari pentru functia

catalitica si doi pentru mentinerea structurii cuaternare.

Alteori, cele doua functii sunt indeplinite de doi ioni metalici diferiti, ca in cazul a-

amilazei din B. subtilis care contine Ca2+ si Zn2+ - primul participand efectiv la actul

catalitic, cel de-al doilea avand un rol de dimerizare a monomerilor. Este interesanta

observatia ca enzime omoloage, izolate din diferite surse biologice, pot fi in unele

cazuri metaloenzime tipice, pentru ca in altele sa nu fie implicat nici un ion metalic in

stabilizarea si functia proteinei. Aceste activitati si specificitati analoage sunt

realizate de enzime care difera in structura chimica a intregii macromolecule si a

situsului catalitic activ.

In cazul enzimelor care contin in structura lor acelasi ion metalic, dar care au

activitati catalitice diferite, specificitatea de actiune si substrat este fnctie nu numai

de ionul metalic, dar si de natura chimica a apoenzimei si a liganzilor care il leaga.

Astfel, carbonic anhidraza din eritrocitele bovinelor, fosfataza alcalina din E. coli si

a-carboxipeptidaza bovina sunt toate zinc-enzime, dar prima leaga ionul metalic prin

intermediul unui rest de cisteina, a doua printr-unul de histidina, iar ultima enzima

C.D. Nenitescu, "Chimie generala", ed. VIII, Editura Didactica si Pedagogica,

Bucuresti, 1972.

E. Cristea Popa, A. Popescu, V. Dinu, E. Trutia "Tratat de biochimie medicala",

vol. I, Ed. Medicala, Bucuresti, 1991.

M. BREZEANU, E. CRISTUREAN, A. ANTONIU, D. MARINESCU, M. ANDRUH,

Chimia metalelor, Ed. Academiei Romane, Bucuresti, 1990

M. ZAMFIRESCU-GHEORGHIU, A. POPESCU, Tratat de biochimie medicala, vol. I

si II, Ed. Medicala, Bucuresti, 1991

M.J. KENDRICK, M.T. MAY, M.J. PLISSHKA, K.D. ROBINSON, Metals in biological

systems, Ellis Horwood, New York, 1992