Universidade Tecnológica Federal do Paraná Departamento Acadêmico de Química e Biologia. Dr. Tiago P. Camargo

Transcrição

1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Departamento Acadêmico de Química e Biologia Dr. Tiago P. Camargo

2 Campo da ciência que estuda o comportamento de metais em sistemas biológicos. Área extremamente multidisciplinar.

3 Áreas de interesse Enzimas e Proteínas que contém íons metálicos Transporte e estocagem de íons metálicos Transferência de elétrons em metaloproteínas Transporte de oxigênio Sistemas bioorganometalicos Metais namedicina

4 Funções biológica de íons metálicos

5 Funções biológica de íons metálicos Metal Na+ e K+ Mg 2+ Ca 2+ Função Biológica Regulação da pressão osmótica, potencial de membrana, sinalizadores Clorofila, metabolismo energético Contração muscular, regulação enzimática V, Mo, W Transferência de Elétrons Fe e Cu Transferência de elétrons e transporte de O 2 Co Se Sintases e isomerases Em selenocisteína (glutationa peroxidase)

6 Funções medicinais de íons metálicos Metal Li+ Gd 3+ BaSO 4 Função Biológica Tratamento de transtorno bipolar, depressão e hipertensão Agente de contraste em MRI Agente de contraste em exames de tomografia por raios X 99 Tc Radioterapia Pt Au Sb Tratamento de alguns tipos de câncer Tratamento de artrite e reumatismo Tratamentos inflamatórios

7 Concentração de íons metálicos Relação entre a falta e o excesso de íons metálicos para o funcionamento de seres vivos

8 Sítios de coordenação de íons metálicos

9 Metaloenzimas Enzimas que possuam íons metálicos com funções catalíticas ou estruturais Proteínas com funções catalíticas 1/3 são metaloenzimas Polímero formado por uma cadeia de aminoácidos e é muito grande quando comparada a seu substrato Apenas uma pequena região está envolvida no processo catalítico (sítio ativo) Substratos se ligam via forças fracas (intermoleculares). O valor de G 12 a 35 kj enquanto uma ligação química é da ordem de 450 kj Sítios Ativos são projetados para serem hidrofóbicos

10 Metaloenzimas Classificação

11 Metalohidrolases Catalisam reações de quebra de ligação via mecanismo hidrolítico Metalohidrolases Binucleares

12 Metalohidrolases Catalisam reações de quebra de ligação via mecanismo hidrolítico Diferentes íons metálicos de acordo com o tipo de substrato

13 Fosfatases Catalisam reações de quebra de ligação P-O em ésteres de fosfato. PAPs Fosfatase Alcalina Inositol monofosfatase FeFe ZnZn MgMg

14 Fosfatases Ácidas Púrpuras Catalisam a hidrólise de ésteres de fosfato em condições de ph de 4-7. Sítios Ativos defe(iii)-m(ii) (M = Fe, Zn, Mn) Uteroferrina ufpap útero desuínos FeFe bspap baço de bovinos FeFe sbpap batata doce FeMn kbpap jeijão vermelho FeZn Exibem similaridade de mais de 80% de sua estrutura primária. Massa molecular de35kda.

15 Fosfatases Ácidas Púrpuras A bspap com centro de FeFe foi a mais estudada. Espécie ativa Fe III -Fe II (Rosa) Espécie inativa Fe III -Fe III (púrpura) TCLM Fenolato-Fe λmax = 550 nm (ε = 4300 Lmol -1 cm -1 ) Coulometria transferência de 1 elétron E 1/2 = 0,37 V (ph 5) e E 1/2 = 0,30 V (ph 6) transferência de próton

16 Fosfatases Ácidas Púrpuras Estrutura Cristalina FeZn-kbPAP - dimérica (55kDa) FeFe-bsPAP - monomérica (35kDa) Resolução 2,6 Å Distância Fe-M 3,3 Å

17 Fosfatases Ácidas Púrpuras Mecanismo de Hidrólise de monoéster defosfato

18 Fosfatases Ácidas Púrpuras Mecanismo dehidrólise demonoéster defosfato Nucleófilo OH terminal ou ponte..?

19 Fosfatases Alcalina Catalisam a hidrólise de ésteres de fosfato em condições de ph de 8 a 8,5. Enzima Binuclear de Zinco 47kDa Estável ao calor e responsável pela desfosforilação de grupos, facilitando transporte de nutrientes a célula e também fonte de PO 4 Enzima dimérica que 2 átomos de Zn e 1 de Mg em seu sítio ativo. Enzima dimérica que 2 átomos de Zn e 1 de Mg em seu sítio ativo.

20 Fosfatases Alcalina Espécie ativa necessita dos dois átomos de Zn, e o Mg tem função auxiliar. Co(II)-AP retém 30 % de atividade e a Cd e Mn substituídas são inativas Em todos os casos o intermediário fosforilado (E-PO 4 ) é obtido. Estrutura (res. 2,8 Å)revela distância Zn-Zn de 3,9 Å sem ligante ponte e próximo a Ser 102 (nucleófilo) Átomos de Zn com coordenação distinta: Zn 1 tetracoordenado e o Zn 2 é pentacoordenado.

21 Fosfatases Alcalina Mecanismo

22 Inositol monofosfatase (IMPase) Enzima envolvida em várias rotas metabólicas como sinalizadora, afetando várias funções celulares como crescimento e morte celular (apoptose). Acredita-se que a inibição da enzima por Li+ está relacionado com a ação do íon Li no tratamento de transtorno bipolar e depressão. Enzima (dímero) com 277aminoácidos e 30 kda. IMPase possui 3 cavidades hidrofílicas que podem se ligar a moléculas de água ou Mg 2+ Quando substituída por Co ou Mn ela retém boa parte de sua atividade.

23 Inositol monofosfatase (IMPase) Enzima envolvida em várias rotas metabólicas como sinalizadora, afetando várias funções celulares como crescimento e morte celular (apoptose).

24 Urease Primeira enzima a ser isolada 1926por James B. Sumer Pelo descobrimento, de que as enzimas poderiam ser cristalizadas, conferiu a Summer e outros pesquisadores o Prêmio Nobel da Química em Anos após a cristalização da enzima é que foi descoberta a presença deíons Niem seu sítio ativo (primeiro caso). Depois de 70 de seu isolamento, obteve-se a estrutura cristalina com uma resolução de 2,2 Å.

25 Urease Enzima binuclear deni(ii) 90kDa. Catalisa a hidrólise de uréa a carbamato e amônia com uma aceleração de 10 4 vezes Responsável pela quebra da uréia como fonte de nitrogênio para a síntese de proteínas.

26 Urease Sítio ativo formado por 2 átomos de Ni(II) Geometria pseudo-octaédrica com uma distância de 3,5 Å Grupo carbamato ponte de um resido de Lys217 modificado Espectro eletrônico: 4 bandas 1060, 910, 745 e 407 nm com valores de ε entre 10 e 50 Lmol -1 cm -1. Bandas d-d para Ni(II) sistema d8 num ambiente penta ou hexacoordenado.

27 Urease Mecanismo dehidrólise

28 Nucleases Ribozima

29 Nucleases EcoRV Endonuclease