Zn nos sistemas biológicos

Question 1

Zn nos sistemas biológicos

Answer 1

• Constituinte de > 300 enzimas, incluindo enzimas envolvidos na expressão genética, cicatrização de feridas e crescimento
• 3º + abundante no corpo humano
• Presente no gustina, polipeptídeo salivar necessário para o desenvolvimento das papilas gustativas
• Propriedades:
• raio iónico pequeno: 0.65 Å, concentração de elevada carga positica –> forte ácido de Lewis
• Não apresenta química redox, é sempre Zn(II) é d10!!!!!!!!!!!
• NC e geometria variáveis
• Troca rápida de ligandos

• Zn (II) altera as propriedades ácido-base dos ligandos, permitindo reacções ácido-base a pH 7

(=> nunca intervém em enzimas de atividade redox, mas em enzimas de atividade ácido base)

Question 2

Proteínas de zinco

Answer 2

1) Anidrase carbonica, Carbonic anydrase (CA)
2) Carboxypeptidase A (CPA)
3) Alcohol dehydrogenase (ADH)
4) Metallothionein (transporte de Zn!)
5) Zn – finger proteins typically

Question 3

Transporte

Answer 3

NUNCA LIVRE! (COMO OS OUTROS METAIS)

Célula do epitélio…

transportadores –> outras células/ outros enzimas…

No plasma: transportado por albumina

Question 4

Proteínas de Zn – Metalotioneinas – transporte e armazenagem de Zn

Answer 4

• Transportam até 7 iões Zn (ou Cd) coordenados por 4 residuos de Cys cada

2 domínio: alfa coordena 4, beta coordena 3 iões Zn: 1º load do domínio alfa, só depois preenchimento do beta

• Cada ião apresenta coordenação tet

cadeia polipeptídica só “necessário” para envolver, é peq… estrutura raio X: 2 ioes Cd no domínio beta –> outra cor

• Principal proteina que liga Zn – funciona com armazém, praticamento não há Zn livre na célula. KF = b7 = 1011 for 7 Zn(II)

Question 5

Proteínas de Zn – enzimas

Answer 5

Na maior parte dos enzimas: o centro de Zn –> geometria tet

coordenado por 3 res de aa e 1 água (ou hidróxilo) cataliticamente importante

Zn2+ atua como um ácido de Lewis, receptor de electrões - liga aniões

Question 6

Proteínas de Zn – Anidrase carbonica

Answer 6

mononuclear

• Uma das enzimas mais eficientes conhecidas
(aceleração da reação por fator de 107)

• Zn possui três ligandos de histidina e uma H2O, OH-
• Crucial para fixação de carbono em organismos fotossintéticos e para respiração em animais e homem:

CO2 tem solubilidade mto baixa –> transportado pelas células vermelhas:
Anidrase carbonica adiciona H2O ao CO2 –> H2CO3 que se pode dissociar!! É solúvel!!
E no fim produz CO2 (reação inversa) para libertação do CO2

(ver esquema!)
mec associativo:
ataque nu do OH(2) ao C do CO2 –> estrutura de ressonância…–> rearranjo para libertaçãoHCO3- –> mol H2O ligada ao centro cat, com H+ volta ao estado inicial

Question 7

Proteínas de Zn – Proteases

Answer 7

Catalizam a hidrolise proteíca no C-terminal

algumas têm centros binocleares (ex aminopeptidase de bac…)

carboxypeptidase A, Thermolysin (reação equivalente)

Question 8

Proteínas de Zn – carboxipeptidase A

Answer 8

uma das peptidases + abundantes do pâncreas

Durante a catálise, o Zn2+ promove ataque nucleofílico ao C do grupo carbonilo pelo átomo de oxigénio de uma mol de H2O no centro ativo

Base do centro ativo (Glu na Carboxipeptidase) facilita essa reação: extrai H+ da H2O atacante

Outra proposta de mec: ataque nu direto pelo Glu catalítico, sem ser pela mol de H2O

Question 9

Proteínas de Zn – alcool desidrogenase

Answer 9

oxidação de álcool a aldeído

CH3CH2OH + NAD+ –> CH3CHO + NADH + H+

2 iões de Zn, apenas 1 deles “catalítico” (outro estrutural) mas não é o que efetua a reação redox!

Reação redox NÃO através do Zn (nunca é!) : Zn estabiliza o álcool e promove o ataque nu –> oxidação direta do álcool pelo NAD+

Question 10

Proteínas de Zn – superóxido dismutase, CuZnSOD

Answer 10

SOD de Fe - SOD de CuZn:
evolução convergente!
(são prots estruturalmente distintas, mas tem mesma atividade cat)

verdadeiro centro cat. é Cu! Zn facilita reação

Cu2+ e Zn ligados em ponte por um anel imidazol de cad. lat. de His
–> liga a O2.-, dps H+ e sai O2 => ligação do Cu à His desfeita, Cu+
–> dps liga a outra O2.- => liberta-se H2O2
(ver mec!)

Cu2+ + O2.- –> Cu+ + O2
Cu+ + O2.- + 2H+ –> Cu2+ + H2O2

=> 2O2.- + 2H+ –> O2 + H2O2

Question 11

Proteínas de Zn – fatores de transcrição, Zinc fingers

Answer 11

• Zinc fingers identificados pela 1ª vez como fatores de transcrição
• Das prots + abundantes nos genomas eucarióticos
• Funções diversas: reconhecimento de DNA, empacotamento de RNA, ativação transcricional, regulação da apoptose, folding e assembly de proteínas e ligação de lipídios
• Estruturas dos dedos de Zn tão diversas quanto suas funções

(Zn é estrutural –> “estrutura de dedo” que lê e reconhece estruturas no DNA…)