Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

proteína de cobre

Las proteínas de cobre son proteínas que contienen uno o más iones de cobre como grupos prostéticos . Se encuentran en todos los organismos que respiran aire. Estas proteínas su...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Las proteínas de cobre son proteínas que contienen uno o más iones de cobre como grupos prostéticos . Se encuentran en todos los organismos que respiran aire. Estas proteínas suelen estar asociadas a la transferencia de electrones, con o sin la participación de oxígeno (O₂ ) . Algunos organismos incluso utilizan proteínas de cobre para transportar oxígeno en lugar de proteínas de hierro. Una proteína de cobre importante en los humanos es la citocromo c oxidasa (cco). Esta enzima media la combustión controlada que produce ATP . [ 1 ] Otras proteínas de cobre incluyen algunas superóxido dismutasas utilizadas en la defensa contra los radicales libres, la peptidil-α-monooxigenasa para la producción de hormonas y la tirosinasa, que afecta la pigmentación de la piel. [ 2 ]

Clases

Los centros metálicos en las proteínas de cobre se pueden clasificar en varios tipos: [ 3 ]

  • Los centros de cobre de tipo I (T1Cu) se caracterizan por un único átomo de cobre coordinado por dos residuos de histidina y un residuo de cisteína en una estructura trigonal plana , y un ligando axial variable . En las proteínas T1Cu de clase I (p. ej. , amicianina , plastocianina y pseudoazurina), el ligando axial es el azufre de la metionina , mientras que otros aminoácidos distintos de la metionina (p. ej., glutamina ) dan lugar a las proteínas de cobre T1Cu de clase II. Las azurinas contienen el tercer tipo de centros T1Cu: además de una metionina en una posición axial, contienen un segundo ligando axial (un grupo carbonilo de un residuo de glicina ). Las proteínas que contienen T1Cu se denominan habitualmente " cupredoxinas " y presentan estructuras tridimensionales similares, potenciales de reducción relativamente altos (> 250 mV) y una fuerte absorción cerca de los 600  nm (debido a la transferencia de carga S → Cu ), lo que suele dar lugar a un color azul. Por ello, las cupredoxinas se denominan a menudo "proteínas de cobre azules". Esto puede resultar engañoso, ya que algunos centros T1Cu también absorben alrededor de 460 nm y, por lo tanto, son verdes. Al estudiarlos mediante espectroscopia EPR , los centros T1Cu muestran pequeños desdoblamientos hiperfinos en la región paralela del espectro (en comparación con los compuestos de coordinación de cobre comunes). [ 4 ] 
  • Los centros de cobre de tipo II (T2Cu) presentan una coordinación plano-cuadrada mediante ligandos N o N/O . Exhiben un espectro de RPE axial con desdoblamiento hiperfino del cobre en la región paralela, similar al observado en compuestos de coordinación de cobre regulares. Dado que no presentan ligandos de azufre, los espectros ópticos de estos centros carecen de características distintivas. Los centros T2Cu se encuentran en enzimas , donde participan en oxidaciones u oxigenaciones. [ 5 ]
  • Los centros de cobre de tipo III (T3Cu) constan de un par de centros de cobre, cada uno coordinado por tres residuos de histidina. Estas proteínas no presentan señal de EPR debido al fuerte acoplamiento antiferromagnético (es decir, apareamiento de espín) entre los dos iones metálicos S = 1/2 debido a su solapamiento covalente con un ligando puente . Estos centros están presentes en algunas oxidasas y proteínas transportadoras de oxígeno (por ejemplo, hemocianina y tirosinasa ). [ 6 ]
  • Los centros binucleares de cobre A (Cu A ) se encuentran en la citocromo c oxidasa y la óxido nitroso reductasa ( EC 1.7.99.6 ). Los dos átomos de cobre están coordinados por dos histidinas, una metionina, un oxígeno carbonilo del esqueleto proteico y dos residuos de cisteína puente. [ 7 ]
  • Los centros de cobre B (Cu B ) se encuentran en la citocromo c oxidasa . El átomo de cobre está coordinado por tres histidinas en una geometría piramidal trigonal.
  • En la óxido nitroso reductasa se encuentra un centro tetranuclear de cobre Z (Cu Z ) . Los cuatro átomos de cobre están coordinados por siete residuos de histidina y unidos por un átomo de azufre.

proteínas de cobre azul

Las proteínas de cobre azul deben su nombre a su intensa coloración azul. Específicamente, λ max = 16,000 cm -1 , coeficiente de extinción molar (ε) ∼5000 M -1 cm -1 . [ 8 ] Sirven como agentes de transferencia de electrones, con el sitio activo alternando entre Cu(I) y Cu(II). El Cu 2+ en estado oxidado puede aceptar un electrón para formar Cu 1+ en la proteína reducida. La geometría del centro de Cu tiene un impacto importante en sus propiedades redox. La ausencia de grandes cambios reorganizativos aumenta la velocidad de su transferencia de electrones. El sitio activo de una proteína de cobre azul de tipo I: dos 2-histidinas, 1 metionina y 1 cisteína presentes en la esfera de coordinación . y un único ion cobre de tipo I coordinado por dos donadores de N de histidina , un donador de S de tiolato de cisteína y un donador de S de tioéter de metionina . [ 9 ] En el estado oxidado, el ion Cu +2 formará una coordinación bipiramidal trigonal o tetraédrica. [ 9 ] Las proteínas de cobre de tipo 1 se identifican como proteínas de cobre azules debido a la transferencia de carga del ligando al metal, una banda intensa a 600  nm que da la característica de un color azul profundo presente en el espectro de absorción de electrones. [ 10 ] Ejemplos de proteínas de cobre azules de tipo I son la plastocianina , la azurina , la nitrito reductasa, la hemocianina y la tirosinasa .

El fuerte enlace entre el ion cobre y el tiolato de cisteinilo.

Estructura y enlaces de los centros de cobre de tipo I

Las proteínas de cobre azul, una clase de proteínas de cobre de tipo 1, son proteínas pequeñas que contienen un pliegue de cupredoxina.

Centro de Cu en proteínas de cobre azul (distancias de enlace Cu-ligando en angstroms)

La estructura proteica de la amicianina , una proteína de cobre azul de tipo 1 , está formada por pliegues polipeptídicos que se encuentran comúnmente en la estructura de sándwich β de las proteínas de cobre azul. [ 11 ] La estructura es muy similar a la de la plastocianina y la azurina , ya que también se identifican como proteínas de cobre de tipo 1. [ 11 ]

Coordinación de metales en esferas internas y externas

En la azurina , el tiolato de cisteína 112 acepta los enlaces de hidrógeno del esqueleto amida de la asparagina 47 y la fenilalanina 114, y la histidina 46 dona un enlace de hidrógeno al esqueleto carbonilo de la asparagina 10. El tiolato de cisteína 84 de la plastocianina acepta un enlace de hidrógeno de un esqueleto amida, la asparagina 38, y la histidina 37 interactúa fuertemente con el esqueleto carbonilo de la alanina 33 y más débilmente con el esqueleto carbonilo de la leucina 5, la glicina 34 y el esqueleto amida de la fenilalanina 35. [ 12 ]

Diagrama de división del campo de ligando para la proteína de cobre azul [ 13 ]

Proteína de cobre azul "estado entático"

Los complejos de Cu 2+ suelen tener velocidades de transferencia relativamente lentas. Un ejemplo es el complejo Cu 2+/+ aquo , que es 5 × 10 −7 M −1 s −1 comparado con la proteína de cobre azul que está entre 1 ms y 0,1 μs. [ 14 ] Tras la transferencia de electrones, el estado de Cu 2+ en el sitio activo de la proteína de cobre azul se minimizará porque el efecto Jahn-Teller se minimiza. La geometría distorsionada evita la distorsión de Jahn-Teller. La degeneración orbital se elimina debido al campo de ligando asimétrico. [ 13 ] El campo de ligando asimétrico está influenciado por el fuerte ligando de cisteína ecuatorial y el débil ligando de metionina axial. En la Figura 2, un diagrama de niveles de energía muestra tres geometrías relevantes diferentes y su desdoblamiento de orbitales d y el efecto Jahn-Teller se muestra en azul. [ 13 ] (i) muestra el diagrama de niveles de energía de la geometría tetraédrica con un que es degenerado. La estructura tetraédrica puede sufrir distorsión de Jahn-Teller debido a los orbitales degenerados. (ii) muestra el diagrama de desdoblamiento de niveles de energía de la geometría simétrica C 3v con un estado fundamental 2 E que es degenerado. La geometría C 3v se formó por el enlace tioéter de metionina alargado en el sitio reducido. Los electrones desapareados conducen al efecto Jahn-Teller. (iii) muestra el diagrama de desdoblamiento de niveles de energía del estado fundamental de la geometría C s con un enlace tioéster más largo y un enlace tiolato posteriormente más corto. Esta es la geometría correcta de la proteína de cobre azul. Esto muestra que no hay presencia del efecto Jahn-Teller. El diagrama de energía muestra que la asimetría del enlace corto Cu-S(Cys) y los ángulos de enlace Cu-L altamente distorsionados provocan la eliminación de la degeneración de los orbitales y, por lo tanto, la eliminación del efecto Jahn-Teller, que se debe al donador débil en un Cu-S(Met) y al donador fuerte en un Cu-S(Met). [ 13 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Lontie R, ed. (2018). Proteínas de cobre y enzimas de cobre . Vol.  III. CRC Press. ISBN 9781315891798.
  2. ↑ Członkowska, Anna; Litwin, Tomasz; Dusek, Petr; Ferenci, Peter; Lutsenko, Svetlana; Médici, Valentina; Rybakowski, Janusz K.; Weiss, Karl Heinz; Schilsky, Michael L. (2018). "Enfermedad de Wilson" . Nature Reviews Cebadores de enfermedades . 4 (1): 21. doi : 10.1038/s41572-018-0018-3 . PMC 6416051 . PMID 30190489 .  
  3. ↑ Holm RH , Kennepohl P, Solomon EI (noviembre de 1996). "Aspectos estructurales y funcionales de los sitios metálicos en biología". Chemical Reviews . 96 (7): 2239–2314 . doi : 10.1021/cr9500390 . PMID 11848828 . 
  4. ↑ Arcos-López, Trinidad; Schuth, Nils; Quintanar, Liliana (2020), "Capítulo 3: El sitio de cobre azul tipo 1: De la transferencia de electrones a la función biológica", en Sosa Torres, Martha E.; Kroneck, Peter MH (eds.), Metales de transición y azufre: Una relación sólida para la vida , Iones metálicos en ciencias de la vida (editores de la serie Astrid Sigel, Eva Freisinger y Roland KO Sigel), vol. 20, Berlín/Boston: de Gruyter, doi : 10.1515/9783110589757-003 
  5. ↑ Klinman JP (noviembre de 1996). "Mecanismos mediante los cuales las proteínas mononucleares de cobre funcionalizan sustratos orgánicos". Chemical Reviews . 96 (7): 2541– 2562. doi : 10.1021/cr950047g . PMID 11848836 . .
  6. ↑ Lewis EA, Tolman WB (2004). "Reactividad de los sistemas de dioxígeno-cobre". Chemical Reviews . 104 (2): 1047– 1076. doi : 10.1021/cr020633r . PMID 14871149 . 
  7. ↑ Solomon EI, Sundaram UM, Machonkin TE (noviembre de 1996). "Oxidasas y oxigenasas multicobre". Chemical Reviews . 96 (7): 2563– 2606. doi : 10.1021/cr950046o . PMID 11848837 . 
  8. ↑ Solomon, Edward I.; Szilagyi, Robert K.; Debeer George, Serena; Basumallick, Lipika (2004). "Estructuras electrónicas de sitios metálicos en proteínas y modelos: contribuciones a la función en proteínas de cobre azul". Chemical Reviews . 104 (2): 419– 458. doi : 10.1021/cr0206317 . PMID 14871131 . 
  9. 1 2 Malmström BG (1994). "Enlace inducido por la estructura en proteínas de cobre azul". EJB Reviews 1994. Berlín Heidelberg: Springer. págs. 157–164 . doi : 10.1007/978-3-642-79502-2_12 . ISBN  978-3-540-58830-6.
  10. ↑ Bertini I (2007-07-01). Química inorgánica biológica: estructura y reactividad . S2CID 93183803 . 
  11. 1 2 De Rienzo F, Gabdoulline RR, Menziani MC, Wade RC (agosto de 2000). "Proteínas de cobre azul: un análisis comparativo de sus propiedades de interacción molecular" . Protein Science . 9 (8): 1439– 54. doi : 10.1110/ps.9.8.1439 . PMC 2144732. PMID 10975566 .  
  12. ↑ Warren JJ, Lancaster KM, Richards JH, Gray HB (octubre de 2012). "Coordinación de metales de esfera interna y externa en proteínas de cobre azul" . Journal of Inorganic Biochemistry . 115 : 119–26 . doi : 10.1016/j.jinorgbio.2012.05.002 . PMC 3434318. PMID 22658756 .  
  13. 1 2 3 4 Solomon EI, Hadt RG (abril de 2011). "Avances recientes en la comprensión de las proteínas de cobre azul". Coordination Chemistry Reviews . 255 ( 7–8 ): 774–789 . doi : 10.1016/j.ccr.2010.12.008 .
  14. ↑ Comba, Peter (mayo de 2000). "Compuestos de coordinación en estado entático" . Coordination Chemistry Reviews . 200–202 : 217–245 . doi : 10.1016/s0010-8545(00)00265-4 . ISSN 0010-8545 .