Ni nos sistemas biológicos Flashcards
Ni nos sistemas biológicos
essencial em alguns orgs, não todos? controverso! (nós não temos enzimas que requeiram…)
- apresentar EO entre -1 a +4. Os EO Ni2+ e Ni3+ são os mais comuns em biossistemas
- Geometria de coordenação flexivel
- Utilizado como grupo prostético de vários enzimas envolvidos em bioprocessos. Atua como ácido de Lewis ou centro redox (=> não muda EO necessariamente)
- Oxidoreductases apresentam centro Ni coordenado por cys, cujos grupos tiolato estabilizam o par redox Ni (II/III)
- Os enzimas que utilizam centro de níquel com ácido de Lewis apresentam o cento coordenado por ligandos doadores de O ou N. Coordenação tipicamente oct
- Presença de enzimas dependentes de Ni nunca observada em espécies de mamíferos!! Ni em quantidades elevadas = elemento tóxico para o organismo humano!
níveis Ni ~3mg/ 70 kg
Absorção e exportação de Ni
tal como todos elementos estudados, nada entra de forma passiva (membranas impermeáveis a iões…se não não seria possível gerar o gradiente!) => altamente regulado + coordenado
Bacterias e arqueas: sistema NikABCDE dependente de ATP para a absorção de Ni (mecanismo + comum em eucariontes: leveduras, plantas…)
+ bactérias tmb (tal como os transportadores de Ni/Co, NiCoT)): CorA = transportador de Ni inespecífico em E. coli –> pode servir como porta de entrada de Ni sob [] ambientais elevadas. Efluxo de Ni em E. coli associado à bomba de efluxo RcnA.
Outros exportadores de Ni: putativo efluxo de metal tipo P1 ATPase (nmtA) e supostas bombas de efluxo de metal, NreB e Ncc
Proteínas dependentes de Ni – Enzimas – centros catalíticos
diferentes tipos de centros:
- mononucleares, especial é F430: ião coordenado por anel tetrapirrólico
- binucleares
- heteronucleares (ex NiFe, hidrogenases)
Proteínas dependentes de Ni - Glyoxalase I
(S-D-lactoylglutathione methylglyoxal lyase, EC 4.4.1.5, Glo I)
com centro mononuclear
envolvido no mecanismo de destoxificação methylglyoxal (gerado espontaneamente por Dois intermediários na via glicotíca, o gliceraldeído 3-fosfato e di- hidroxiacetona, altamente toxico!)
1º passo da via de destoxificaçao: reação não-enzimática metilglioxal com GSH –> hemitioacetal (substrato da glioxilase I)
Ni do centro cat atua como ácido de Lewis, permanece sempre 2+
coordenado a 2 cads lat Glu (–> atua por oxigénios, faz ataque nu ao acetato do hemitioacetal) + 2 ligs fracos (H2O, tem de haver a sua dissociação para ocorrer…)
–> reação dá S-D-lactoylglutathione, é inofensivo (ver mec!)
Proteínas dependentes de Ni - Acireductone dioxygenase (ARD).
centro mononuclear
metabolismo da met
2 produtos possíveis da reação (conforme tipo de enzima: Ni ou Fe => mec diferente, ver!)
Ni funciona como ácido Lewis
chelate hypothesis to explain the regioselectivity of the reactions catalyzed by Ni-ARD vs Fe-ARD. 18O and 14C labeling studies
Proteínas dependentes de Ni - Urease.
(aminohidrolase de ureia EC 3.5.1.5)
importante no ciclo global do azoto, presente em plantas, algas, fungos, vários microorgs
centro binuclear de Ni
hidratação da ureia => amónia
4 propostas de mecanismo… ver!
Proteínas dependentes de Ni – Superoxido dismutase, NiSOD
mononuclear mas que funciona como centro redox
2O2-. + 2 H+ –> O2 + H2O2
(mesma reação)…
Comparação SODs
catalizam mesma reação, são estruturalmente muito difs
terão tido origem bacteriana
em animais só CuZn e Mn (no mit as 2, no cit só CuZn)
NiSOD- várias hélices alpha
CuZnSOD- folhas beta
FeSOD- mistura alpha/beta
MnSOD- mistura alpha/beta
estudar mecs!
todos passos equivalentes: ião superoxido associa-se ao metal do centro ativo (que é red, há saída de O2), outro ião superóxido liga-se e metal ox, depois protonação do superóxido.. é reduzido a H2O2
Proteínas dependentes de Ni – H2ase
heteronuclear, NiFe
Ni varia EO –> centro redox
em várias bac e arqueas
H2 2H+ + 2e-
normalmente dimérico,
3 centros FeS são dadores de e- para o centro NiFe
pode estar associada a outras proteínas em cadeias respiratórias (ex associado a cytc da membrana, ou a bombas protónicas…) => “adaptadores” / “peças de lego” para sistemas mais complexos…
conforme potencial do aceitador de e-:
- reação pode ser muito exergónica => associada a prots que permitam estabelecimento de pot
- pode ser só prot soluvel, para acidificar o meio…
(ver grupos)
em e.coli: conservação de energia!
[tmb acontece noutros módulos como formato DH de Mb…]
Proteínas dependentes de Ni – CO monoxigenase
centros heteronuclear, NiFeS
(~ cubo 4Fe-4S com 1 dos Fe substituido por Ni, e há outro ião de Fe proximo mas que não faz parte do centro)
CO + H2O CO2 + 2e- + 2H+ (tem de haver mol a aceitar estes e-)
coordenados por cad lat cys
Proteínas dependentes de Ni – Acetyl-coenzyme A synthase/decarbonylase (ACS)
vários centros heteronucleares
dímero e pensa-se que tem outras proteinas associadas
centro 4Fe-4S e 2 iões de Ni
Ni proximal altera EO –> centro redox
Ni distante não!
Proteínas dependentes de Ni – Methyl-coenzyme M reductase (MCR)
respiração de bacterias/ arqueas metanogénicas
grupo prostético: F430!
Ni associa-se a metilCoM, há ataque nu… no fim ligação dissulfureto… dá metano
