Bioinorgânica do Manganês. Prof. Fernando R. Xavier

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Bioinorgânica do Manganês. Prof. Fernando R. Xavier"

Arthur Rico Vasques
6 Há anos
Visualizações:

1 Bioinorgânica do Manganês Prof. Fernando R. Xavier UDESC 2018

2 Características químicas gerais O manganês pode acessar 03 (três) estados de oxidação relevantes do ponto de vista biológico: Mn(2+), Mn(3+) e Mn(4+). A maior diferença entre o Mn e outros metais redox ativos de relevância biológica como o ferro, por exemplo, é que o ele possui um menor potencial redutor se comparado ao ferro, considerando as mesmas condições. Íons Fe(3+) são mais estabilizados frente ao Fe(2+) enquanto íons Mn(2+) são mais estabilizados frente a íons Mn(3+). Esta estabilidade termodinâmica pode ser explicada em termos de suas configurações eletrônicas nos orbitais 3d, onde estão presentes as espécies d 4 (Mn 3+ ), d 5, (Mn 2+ ) e Fe 3+ e d 6 (Fe 2+ ). 2

Como consequência íons Mn(2+) e Fe(3+) podem catalisar processos redox similares e diferentemente do ferro, o manganês não promove a reação de Fenton (formação de radicais livres).

3 Como consequência íons Mn(2+) e Fe(3+) podem catalisar processos redox similares e diferentemente do ferro, o manganês não promove a reação de Fenton (formação de radicais livres). Íons Mn(2+) são bons substitutos de íons Mg(2+) devido a sua similaridade de raio iônico podendo então atuar em papéis tipicamente estruturais. Um dos grandes papéis do manganês no meio biológico é a produção de oxigênio molecular através da fotossíntese (cianobactérias, algas e plantas). 3

4 Oxidação fotossintética da água Produção de O 2 A cerca de 2,5 bilhões de anos, uma atividade enzimática surgiu mudando severamente a composição química da atmosfera primitiva da Terra, causando a explosão da vida como a conhecemos. Esta enzima é conhecida como fotossistema II, a qual utiliza a energia solar para promover uma reação de alta demanda energética e profundamente desfavorável do ponto de vista termodinâmico a oxidação da água ou water splitting. Este processo produz uma quantidade enorme de elétrons para reduzir o CO 2 e formar então carbohidratos: 4

eficiência das células em produzir energia em 20X!

5 O processo fotossintético gerou duas consequências básicas: O oxigênio molecular gerado como subproduto transformou a Terra, antes anaeróbica, em um ambiente aeróbico aumentando a eficiência das células em produzir energia em 20X! A segunda, bem mais lenta, foi a formação da camada de ozônio, o que permitiu uma proteção da superfície do planeta contra a radiação espacial UV extrema. 5

complexo multienzimático presente na membrana tilacoide de

6 O fotossistema II (PSII), também conhecido por água-plastoquinona foto-oxirredutase, consiste em um complexo multienzimático presente na membrana tilacoide de plantas, algas e cianobactérias que utilizam a energia solar para oxidar a água. 6

7 Fotossistema II Composição estrutural 7

8 Fotossistema II Composição estrutural 8

9 Fotossistema II e I Mecanismo de ação 9

10 10

11 Este complexo possui um cluster metálico tetranuclear de manganês que promove a evolução de oxigênio molecular (OEC oxygen evolving center). 11

12 12

13 Mn(2+) e a proteção contra EROs Íons manganês são cofatores em catalases, peroxidases e superóxido dismutases, responsáveis pela destruição de espécies reativas de oxigênio (EROs). SODs de manganês SODs podem ser encontradas desde bactérias bem como em seres eucariontes, estando localizadas tipicamente nas mitocôndrias. Estas enzimas possuem significativa homologia estrutural as Fe-SOD: Unidades monoméricas com cerca de 200 aa que se associam em estruturas quaternárias diméricas ou tetraméricas. Atuam na dismutação do íon superóxido em duas etapas reacionais. 13

14 14

15 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 Catalases Catalases são fundamentais no processo de desintoxicação celular, desproporcionando H 2 O 2 em oxigênio molecular e água. Um ampla gama de microorganismos que vivem em ambientes microaerofílicos possuem catalases que contem um sítio ativo binuclear de manganês. O desproporcionamento de H 2 O 2 é um processo espontâneo, entretanto a reação rápida requer a transferência de 2 elétrons de um catalisador. 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 Catalases: Complexos modelo 31

32 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 37

38 38

39 39

40 40

41 41

42 Enzimas binucleares de Mn não-redox Dentre as enzimas de manganês que de química não-redox, as mais bem caracterizadas são as arginases. Estas biomoléculas são responsáveis pela hidrólise da L-arginina para formar L-ornitina e ureia. 42

43 Nos mamíferos, a arginase hepática é uma enzima terminal no ciclo da ureia, sendo que um ser humano adulto excreta cerca de 10 kg deste composto por ano. A arginina é também um precursor de um importante transdutor de sinais neurológicos em muitos mamíferos: O óxido nítrico (NO). 43

No sítio ativo da arginase estão presentes dois centros bivalentes de manganês com seus spins acoplados. A distância intermetálica média é da 3,3 Å.

44 No sítio ativo da arginase estão presentes dois centros bivalentes de manganês com seus spins acoplados. A distância intermetálica média é da 3,3 Å. Um átomo de Mn(2+) encontra-se em uma geometria piramidal de base quadrada (M A ) onde a sexta posição é para ligação do substrato. O centro MB possui uma geometria octaédrica onde acredita-se que este metal possua uma função estrutural. Uma característica marcante é a ligação de hidrogênio entre o Asp(128) e o hidrogênio da ponde μ-oh. Esta estrutura está presente em várias hidrolases metálicas já descritas na literatura. 44

45 Arginase: Mecanismo proposto 45

Documentos relacionados

+ e - + H + H-O-O. H-O-O. + e - + H + H-O-O-H H-O-O-H + e - + H + HO. + H 2. O + Fe 3+

+ e - + H + H-O-O. H-O-O. + e - + H + H-O-O-H H-O-O-H + e - + H + HO. + H 2. O + Fe 3+ Catálise baseada em enzimas que contém íons de Ferro Enzimas que atuam sobre H 2 O 2 Peróxido de hidrogênio é comumente formado em reações que envolvem a redução de O 2 em sistemas biológicos. O H 2 O