Mg 2+ : biológiai szerep. s-mező elemei: biológiai szerep. s-mező elemei: biológiai szerep. s-mező elemei: biológiai szerep

Átírás

1 Mg 2+ : biológiai szerep s-mező elemei: biológiai szerep részt vesz a biomolekulák aktív konformációjának stabilizálásában, enzimek aktiválásában ATP hidrolízisének irányításában energiacsere folyamatokban csontok felépítése klorofill alkotója (fotoszintézis) Mg 2+ - fotoszintézis övények asszimilációs folyamata: = Két fotoszintetizáló rendszer I. 2 redukciója (sötét reakció) 2 + ADP ATP ADP + P i + ADP + II. víz fotolízise 2 + ADP + + P i + ADP 2 + ADP ATP fény klorofill s-mező elemei: biológiai szerep Mg 2+ - fotoszintézis s-mező elemei: biológiai szerep Mg 2+ - fotoszintézis s-mező elemei: biológiai szerep 90 r radioaktív, t ½ = 28 év, beépülhet a csontokba Ba 4 kontrasztanyag, röntgen A vas(ii) komplexei Komplexek: Vizes oldatban: [Fe( 2 ) 6 ] 2+ (oktaéderes, halvány kékeszöld) könnyen vas(iii)-má oxidálódik (különösen lúgos oldatban) a komplexképzők megváltoztatják a Fe(III)/Fe(II) redoxpotenciálját Fe 3+ /Fe 2+ : +0,36 V 2 +0,77 V Phen +1,12 V

2 A vas(ii) komplexei A vas(iii) komplexei Komplexek: közbenső (hard/soft) sav: az -, - és -donor-atomokhoz is kötődik, viszonylag kis stabilitással legjelentősebb, legstabilisabb komplexek: kelátképző helyzetben aromás nitrogén donor-atomokat tartalmazó ligandumok bipiridin, fenantrolin, porfirinek Komplexek: Vizes oldatban: : [Fe( 2 ) 6 ] 3+ (halvány lila) savas és lúgos oldatban is stabilis számos komplexe létezik jellemző reakció: hidrolízis p > 1: [Fe( 2 ) 6 ] [Fe( 2 ) 5 ()] K s = 1, komplexei általában oktaéderes geometriájúak (néhány esetben tetraéderes geometria) Dimerizáció oxohidas szerkezet (sárga színű) [( 2 ) 5 Fe Fe( 2 ) 5 ] 4+ A vas(iii) komplexei Komplexek: p > 2: többmagvú szerkezetek, vegyes hidroxo komplexek Fe() 3 csapadék általában oktaéderes, nagyspinszámú komplexek (néhány erős terű ligandum esetén kisspinszámú komplexek: [Fe() 6 ] 3, [Fe(bipy) 3 ] 3+ ) hard sav: A F és az -donoratomokhoz kötődik nagy stabilitással [Fe() 4 ] + 6 F [FeF 6 ] intenziv piros színtelen A vas(iii) komplexei Komplexek: leggyakoribb -donort tartalmazó csoportok: - foszfátok - oxalátok, karboxilátok - diketonok (acetil-aceton) - alkoxidok - cukrok és származékaik -hidroxamátok - katecholátok itrogén donoratomokhoz (aminok, aminosavak) kicsi affinitás A vas biológiai szerepe Felnőtt szervezet: kb. 4 g vasat tartalmaz (ebből ~3 g a ban) Vasfelvétel: 1 mg/nap em-hem proteinek ~ 70 % ~ 30 % vas-kén proteinek egyéb A vas biológiai szerepe em-hem proteinek

3 A vas biológiai szerepe em-hem proteinek Mioglobin (oxigén tárolás) Globin: 153 aminosavból álló protein em: Fe-porfirin A hem rész a Fe-on keresztül kötődik a globinhoz, kovalens kötés nélkül 5. koordinációs helyhez imidazol kötődik emoglobin (oxigénszállítás) emoglobin (oxigénszállítás) Közelítően 4 egységből épül fel Fe(II) nagyspinszámú + 2 : Fe(II) kisspinszámú oxigénfelvétel: nagy parciális oxigénnyomás oxigénleadás: kis parciális oxigénnyomás, csökkenő p A vas biológiai szerepe em-hem proteinek emeritrin Alacsonyabb rendű élőlényekben oxigénszállító 4 alegységből áll, egy alegység két Fe(II)-t és egy 2 -t köt meg

4 A vas biológiai szerepe em-hem proteinek itokrómok Az aerob élet valamennyi formájában előfordul itokróm: b, c, a, a redoxpotenciál fokozatosan nő Elektronszállítók az 2 redukciója és a szubsztrát oxidációja között. Koordinációs szám: 5 vagy 6 Kölcsönhatás a protein és a hem között: kovalens vagy másodrendű kötés itokróm itokrómok itokróm P450 Monooxigenáz enzimek elektrontranszfer alkotója (zsírsavak, szteroidok, egyéb endogén és exogén anyagok metabolizmusa) oxigénmolekula aktiválása R e R koordinációs hely: cisztein 6. koordinációs hely: 2 itokróm P450 A vas biológiai szerepe em-hem proteinek

5 Kataláz 2 2 diszproporcionálódását katalizálja Kataláz azonos egységből felépülő enzim 5 koordinációs helyen: tirozin mechanizmus: Fe(III) Fe(IV) -(Tyr) (Tyr) A vas biológiai szerepe em-hem proteinek Vas-kén proteinek A vas tetraéderes geometriájú A vas szervetlen és szerves (ys) -atomokhoz kötődik Működésük során egy e -átmenet valósul meg redukált ferredoxin e oxidált ferredoxin + e zokatlanul kis redoxpotenciál: 0,05-0,49 V redukálószerként viselkedhetnek rubredoxin: [1Fe] 3+ (R ) 4 ( 0,06 V) : [2Fe-2] 2+ (R ) 4 ( 0,3-0,4 V) [4Fe-4] 2+ (R ) 4 ( 0,4 V) IPIP: [4Fe-4] 2+ (R ) 4 (0,35 V) Vas-kén protein (IPIP) Vas-kén protein

6 A vas biológiai szerepe em-hem proteinek A vas szállítása Transzferrin: zállítás: vas(iii) formában, semleges p-n zerkezet: M ~ , 0,15 % vas 2 szerkezeti egység: egy egység: 2 vas(iii) + fehérje alegységből áll A vas szállítása ziderofórok: alacsonyabbrendű élőlények (baktériumok) vas-szállítói R R - 3 hidroxamát-típusú pl. ferrikróm Fe +3 R pirokatechin-típusú pl. enterobactin Fe +3 A vas tárolása Ferritin Előfordulás: általános, de főleg máj, lép, csontvelő 24 fehérje alegységből áll (~ 175 aminosav/alegység) 4500 vasatom/ (25 %) 7 nm átmérőjű vasmicella: (Fe) 8 Fe 2 P 4 vas felvétele: vas(ii) formában, majd oxidáció vas(iii)-má emosziderin vasfölösleg raktározására szolgál kb. 45 % vastartalom A réz biológiai szerepe Valamennyi élőlény számára létfontosságú mg / 70 kg ember napi felvétel: 1,5-3,0 mg, < 10 mg heveny toxicitás: > 15 mg réz-anyagcsere zavarai: fölösleg: Wilson-kór hiány: Menkes-kór

7 A réz biológiai szerepe Réztartalmú proteinek funkciói xigén szállítása, tárolása: hemocianin (puhatestűek) Redoxi folyamatok katalízise a vas mellett a legfontosabb szerepet tölti be a légzési láncban: oxidázok (kék-réz oxidáz), oxigenázok, szuperoxid-diszmutázok A réz biológiai szerepe zuperoxid-diszmutáz (D) D Asp 81 2 is 78 is 118 is 46 Zn 2+ u 2+ Réz tárolása, szállítása: ceruloplazmin, metallothionein is 69 is 61 is 44 A réz biológiai szerepe zuperoxid-diszmutáz (D) Zn: szerkezetalakító u: részt vesz a redoxifolyamatban A réz biológiai szerepe eruplazmin: 1005 aminosav (egyetlen fehérjelánc), 6-8 rézatom A katalizált reakció lépései: u 2+ (is )Zn u + + (is)zn u (is)zn 2+ u 2+ (is )Zn Funkció lehet oxidáz ferrioxidáz: Fe 2+ Fe 3+ réz szállítása anyagcsere, anyagcsere zavarok ceruloplazminhiány ink biológiai szerepe A 2. leggyakoribb nyomelem Legkevésbé toxikus elem Valamennyi élőlény számára létfontosságú 2-4 g cink / 70 kg ember, felvétel: 15 mg/nap inktartalmú metalloproteinek 1940 első cinktartalmú enzim: szénsav anhidráz cinktartalmú enzim enzim + > 100 cinktartalmú protein zénsavanhidráz Katalizált folyamat: k = s 1, katalizátorral: k = s 1 Zn: tetraéderes geometriájú, koordináció: 3 hisztidin Zn 2 Zn- (nukleofil) kölcsönhatásba lép a 2 -dal ink szerepe: aktív centrum (sav-bázis folyamatok katalízise) szerkezetalakító

8 zénsavanhidráz Karboxipeptidáz-A is 64 Thr 199 Glu 106 Katalizált folyamat: peptidkötés -terminális hidrolízise 1 Zn aminosavból álló fehérje (M ~ ) koordináció: 2 hisztidin + 1 glutamát is 96 2 Glu 117 Zn 2+ Gln 92 is 94 is 119 Karboxipeptidáz ink-ujjak (zinc fingers) Metalloproteinek, amelyek a D bázisszekvenciájának felismerésében játszanak szerepet D replikációja során a genetikai információ átadását szabályozzák Zn: szerkezetalakító szerep 9-10 cinkiont tartalmaznak, Zn 2+ tetraéderesen koordinált (is, ys ) a koordináció a fehérje kiálló hajlatokkal (ujjszerű) konformációját stabilizálja ink-ujjak (zinc fingers) Molibdén Biológiai szerep: itrogén-fixálás: 2 3 ATP, ferredoxin: elektrontranszfer protein metalloenzim (nitrogenáz): Mo-t tartalmaz (esetleg V-ot) nitrogenáz enzim: 2 -kötési helyet tartalmaz, itt megy végbe a 2 redukciója két részből áll: molekulatömegű vas-kén protein: 2 megkötés + Mo tartalmú protein: MoFe-protein : elektronátvivő szerep Mo-nitrogenáz: 2 +8e MgATP= MgADP+16P i

9 Mangán Biológiai szerep: felnőtt szervezet: mg-ot tartalmaz legfontosabb szerep: fotoszintetizáló rendszer II (PII)-ben vesz részt: víz fotolízise oxigén képződése Kobalt Vanádium Biológiai szerep 1. Foszfát-anyagcsere enzimek szabályozása zabályozó szerepének oka: - vanadát - foszfát antagonizmus: stabilis komplexek blokkolja (bizonyos esetekben aktiválja) az enzimet - in vivo 2 V 4 V 2+ redukció - inzulin utánzó hatás gyógyaszati jelentőség Biológiai szerep: B12 vitamin, korrinváz csak egyes mikroorganizmusok képesek szintetizálni hiánya vérszegénységet okoz Vanádium Biológiai szerep 2. Vanádiumtartalmú enzimek aloperoxidáz (Vilter, 1984) vörös és barna algafajokból izolálták aloperoxidáz Vanádium Biológiai szerep Vanádium-nitrogenáz (ales és mtsai, 1986) Azotobacter chroococcum A. vinelandii baktériumtörzsekből izolálták Az enzim molibdénhiány esetén aktivizálódik Xanthobacter autothrophycus Vanádiumot akkumulál molibdénhiányos környezetben Vanádium Biológiai szerep 2 -fixálási folyamatok V-nitrogenáz: 2 +10e MgATP = MgADP + 24P i A vanádium-nitrogenáz enzimben található Fe-V- klaszter szerkezete Fe Fe Fe V

10 Vanádium Biológiai szerep 3. Felhalmozódás élőlényekben Zsákállatka Vértestben (vanadocitákban): 0,15 mol/dm 3 Vanadofórokban (vanadociták vanádiumtárolói): 1,0 mol/dm 3 Légyölő galóca Amavadin: -hidroxi-α,α'-iminodipropionsav vanádium(iv) komplexe Redox-katalizátor szerep: V(V)amavadin + e = V(IV)amavadin ε o = 0,53 V Esetleg egy primitív oxidáz része lehet yomelemek pótlása hiánybetegségek kezelése termelékenység növelése Toxikus nyomelemek eltávolítása nehézfém-mérgezések kezelése Létfontosságú nyomelemek anyagcsere zavarai hiány és fölösleg okozta megbetegedések Enzim inhibitorok: káros folyamatok megakadályozása Diagnosztikumok: MRI-, röntgen kontrasztanyagok, radioaktiv izotópok Terápiás célból alkalmazott gyógyszerek Létfontosságú elemek hiány- és fölöslegbetegségei iány i: törpenövekedés, csontképződési zavarok Fe: vérszegénység, általános gyengeség u: vérszegénység, ataxia, Menkes-kór Zn: étvágytalanság, törpenövekedés, bőrekváltozások Fölösleg i: szilikózis Fe: hemosziderózis, β- Thalassemia u: májelhalás, Wilsonkór, magas vérnyomás Zn: csak nagy dózisban toxikus Toxikus fémionok ehézfémek, soft fémek (b, n, Bi, Zr, g, d, Tl, Pb) hard fémek (Al, Be) - létfontosságú elemeket szorítanak ki biológiai funkciót ellátó helyükről Zn(II) d(ii), a(ii) Pb(II), d(ii), 90 r Mg(II) Be(II), Al(III), K(I) Tl(I) - bekerülés a szervezetbe: környezetből környezetszennyezés Pb(et) 4, i/d-akkumulátor, g-katódos elektrolízis, g-os hőmérők (fogászat) Kelátterápiában használt ligandumok iánybetegségek kezelése, nyomelemek pótlása megfelelő, biológiailag hozzáférhető formában való bejuttatás gyors, minél teljesebb felszívódás 2,3-dimerkapto propanol (imercaprol, BAL) D-β,β-dimetil-cisztein (D-penicill-amin) g(ii), As(III), b(iii), i(ii) Fémfelesleg, toxikus elemek eltávolítása kelátterápia: Alapelvek: kelátképző vagy makrociklusos ligandumok (megfelelő stabilitással kötik a fémiont sem a ligandum, sem a komplex nem lehet toxikus megfelelő szelektivitás Gly-Gly-is u(ii), g(ii) u(ii) Wilson kór

11 Kelátterápiában használt ligandumok etilén-diamin-tetra-acetát (EDTA) - - a(ii), Pb(II) - - dezferrioxamin (DF, Desferal) + 3 Fe(III), Al(III) ( 2) 5 ( 2) 5 ( 2) 5 ( 2) 5 ( 2) 5 3 Terápiás hatású fémkomplexek indirekt kapcsolat Daganatellenes szerek: cisz-platina komplexek 3 l Pt 3 l cisz-platin 3 Pt 3 karboplatin isz-platin működési mechanizmusa 3 (II) l Pt 3 l hidrolízis 3 (II) l Pt 3 2 Terápiás hatású fémkomplexek indirekt kapcsolat Litium: mániás depresszió: Li 2 3 Vanádium: inzulinutánzó (szájon át szedhető) gyógyszerek 3 (II) G Pt 3 G 3 D 3 Pt(II) l Guanin (D) V bisz(pikolinsav)oxovanádium(iv) V V bisz(maltolato)oxovanádium(iv), BMV bisz(etil-maltolato)- oxovanádium(iv), BEMV Terápiás hatású fémkomplexek Indirekt kapcsolat Bizmut: gyomorfekély: Bi( 3 ) 3 ink: fekélyes sebek gyógyítása Antimon: -metilgluconamin-antimonát (Glucantime) nátrium-stibo-glükonát (Pentostam): sejten belüli paraziták elpusztítása 2 3

12 Arany: izületi gyulladás + a - Au - a + n Myochrysine olganol Au 2 Au Terápiás hatású fémkomplexek Indirekt kapcsolat Ezüst: fertőzések gyógyítása 2 szulfadiazin 2 3a n Allochrysine Terápiás hatású vegyület DFA desferrioxamin: malária ellen + 3 ( 2 ) 5 ( 2 ) 5 ( 2 ) 5 ( 2 ) 5 ( 2 ) 5 3 Kontrasztanyagok röntgen kontrasztanyag: nehézfémsók: pl. Ba 4 szerves jódvegyületek MR tomográfia: Gd-polikarboxilát komplexek Kontrasztanyagok MR tomográfia: Gd-polikarboxilát komplexek - Radioaktív izotópok Diagnosztika > 80 %, 99m Tc, γ-sugárzó (t 1/2 (γ) = 6 óra, t 1/2 (β) = év) DTPA - Magnevist - DTA - Dotaterm Terápia Külső sugárforrás Injektálás: 186 Re, 188 Re 153 m(edtmp), 90 Y(EDTMP) (β-sugárzó) EDTMP = etiléndiammin-tetrametilén-foszfonsav - -