Metalloenzymmer: Struktur, funktion og betydning

Et metalloenzym er et enzymatisk protein, der har et stærkt link mellem dets protein-del og et metal, hvor metallet er indlejret i molekylet. Metallet er normalt i form af en ion, og dets hovedrolle er at fungere i enzymatiske reaktioner. Metallet spiller nogle gange en direkte rolle i bindingen af atomer; andre gange virker det til at stabilisere proteinet efter den enzymatiske reaktion. Mange enzymer, der regulerer de biologiske processer i kroppen, er metalloenzymmer.

Placering af metaller

Metaller hjælper i processen med elektronoverførsler. De er placeret på de aktive steder på enzymerne, hvor de virker som elektrofilier – elektron-elske stoffer – der trækker elektroner fra andre stoffer for at danne en binding.

Funktion

Metalloenzymmer kræver tilstedeværelsen af andre metaller for at fungere i reaktioner. Cynthia L. Lowry og Harry Le Vine III fra Glaxo Research Laboratories observerede i 2004, at tilstedeværelsen af metaller hjælper med at stabilisere proteinkonformationerne, der resulterer fra reaktionerne. Disse metaller virker ved at forhindre yderligere reaktivitet, simpelthen fordi der ikke er andre metaller til stede at reagere med. Konkurrence om det aktive bindingssted fra andre forbindelser begrænser også metalloenzymmernes aktivitet.

Typer

Der findes flere typer metalloenzymmer, herunder hemoglobin, alkohol dehydrogenase og cytochromer.
Jernatomet i hemoglobin er ansvarlig for binding af ilt til transport i hele kroppen. Alkohol dehydrogenase indeholder zink, der bruger NAD+ koenzym til at oxidere alkoholer. Jernet i cytochromer – membranproteiner – bærer og accepterer elektroner i elektrontransportkæden. Cytochrom oxidase bruger kobberioner til at overføre elektroner til et iltmolekyle fra dets oprindelige substrat.
Andre metalloenzymmer inkluderer phosphotransferase, som har et magnesium-ion (Mg2+), og arginase, som har et mangan-ion (Mn2+), begge funktionerer i elektronoverførsel.
Carboxypeptidase A indeholder zink og ændrer form for at forbinde substratet til dets aktive sted i dets enzymatiske reaktioner.

Regulering

Metalloenzymmer reguleres af flere metoder, herunder gennem kost, konkurrence med analoger og ændringer i pH-niveauer.
Kosttiltaget af zink kan i stor grad regulere eller begrænse mængden og funktionen af dets metalloenzymmer. Andre typer metalloenzymmer begrænses af kosttiltaget af deres metaller.
Analoger er store molekyler, der har enzymatiske aktiviteter lignende dem af metalloenzymmer. Disse analoger konkurrerer med metalloenzymmer om bindingen under overgangsstadiet af en enzymatisk reaktion. Dette mindsker mængden af bindinger tilgængelige for metalloenzymmerne.
Ændringer i pH-niveauer kan forhindre elektronudvekslingen mellem atomer og molekyler involveret i den enzymatiske reaktion. Metallerne ville normalt hjælpe med at trække eller lede disse elektroner til deres destination, men pH-ændringer kan blokerer denne aktivitet.

Zink og metalloenzymmer

Zink spiller en vigtig rolle både i aktiviteten af mange vitale enzymer og i biosyntesen af protein og dets brug i kroppen. I tilstedeværelse af zink producerer kroppen mælkesyre, samt enzymerne alkalisk fosfatase, carbonic anhydrase og carboxypeptidase. Zinkmangel hæmmer mange biologiske processer kraftigt og er ansvarlig for væksthæmning og forstørret milt og lever. Ifølge American Association for the Advancement of Science og Center for Metalloenzyme Studies er zinks metalloenzym-rolle i Alzheimers sygdom et forskningsemne.