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Fil23
Utente Junior
Prov.: estero
Città: London
238 Messaggi |
 Inserito il - 23 maggio 2006 : 15:33:57
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Ciao a tutti 
mi servirebbero informazioni sui cluster ferro-zolfo. In particolare mi servirebbe il funzionamento del sistema ISCs di Coli (chi lega chi, chi fornisce il ferro, chi lo zolfo e via dicendo). Ho trovato un pò di articoli, ma davano limitate spiegazioni.
Grazie a tutti
ciao ciao  
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kORdA
Utente Attivo
Prov.: Milano
Città: Monza
1303 Messaggi |
 Inserito il - 29 maggio 2006 : 13:55:04
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Ciao fil23,
del sistema ISCs di Coli non ho sentito parlare, pero' sui sistemi Fe-S in genere ho un paio di lezioni da chimica bioinorganica. Buona lettura
La parte inorganica di queste proteine comprende oltre al Fe lo ione solfuro S2-, un legante tipicamente soft (quindi non ha un carica molto pronunciata) che presenta 4 doppietti elettronici da condividere nei legami di coordinazione.
Questi sistemi sono abbondanti in tutti gli organismi con funzioni essenziali di trasportatore di elettroni (un enzima Fe-S catalizza pure reazioni di isomerizzazione). Altri sistemi Fe-S sono coinvolti in reazioni REDOX complesse in cui vengono scambiati tanti e- (ad es. nitrogenasi, catalizza la riduzione dell'azoto in ammonio, N2 + 10H+ + 8e- --> 2NH4+ + H2 ); in questi casi il centro Fe-S non è il centro catalitico, ma e' parte integrante di un sistema piu' complesso.
CARATTERISTICHE
Il Fe e' sempre tetracoordinato da 4 leganti contenenti zolfo; in alcuni casi gli S possono provenire da cisteinati, quindi dalla proteina.
Cisteinato e solfuro sono leganti grossi e ingombranti; di conseguenza è permessa solo la geometria di coordinazione tetraedrica.
Dal momento che nella geometria tetraedrica gli orbitali dei leganti e del Fe non sono puntati direttamente l'uno con l'altro la separazione energetica degli orbitali d e' bassa: gli e- possono occupare subito tutti gli orbitali. Questo significa che i sistemi Fe-S contengono sempre Fe ad alto spin, sia nella forma Fe2+ che in quella Fe3+.
Le proteine Fe-S sono presenti normalmente solo in 2 forme (ossidata e ridotta), che differiscono per lo scambio di un solo elettrone.
CLASSIFICAZIONE
I sistemi Fe-S possono venire catalogati secondo la seguente nomenclatura: [aFe bS]q
a - numero di ioni Fe2+/Fe3+
b - numero di ioni S2- inorganico
q - carica globale del cluster
Le proteine Fe-S hanno potenziali REDOX molto negativi; questo significa che la forma ossidata e' quella piu' stabile, quindi appena ricevono elettroni li cedono subito al substrato. Le eccezioni sono i centri Rieske e le proteine HiPIP. La nomenclatura non tiene conto dei cisteinati, quindi la carica globale appare diversa rispetto alla formula con cui viene presentato il centro.
RUBREDOXINA [1Fe0S]2+/3+
Sono proteine che non contengono solfuri, il Fe viene coordinato da 4 cisteinati. La struttura presenta dei beta-strand che racchiudono il centro Fe-S in una posizione eccentrica della proteina; i 4 leganti sono accoppiati a due a due in sequenze dal motivo -cys-x-x-cys-.
Le rubredoxine sono incolori nella forma ridotta, assumono una colorazione rossa molto intensa nella forma ossidata (a causa della transizione elettronica dai cisteinati sugli orbitali d del ferro).
Nella spettroscopia Mossbauer si può osservare molto bene il passaggio da Fe3+ a Fe2+; si nota un ampliamento della separazione energetica e lo spostamento della velocità media verso valori più positivi.
2Fe FERREDOXINE [2Fe2S]1+/2+ (2 solfuri, 4 cisteinati)
I due centri metallici sono sufficientemente vicini perche' gli ioni solfuro possano diporsi a ponte tra loro; cisteinati e solfuri sono disposti in modo da mantenere attorno ad ogni Fe la geometria tetraedrica.
A seconda della combinazione dei due Fe la ferredoxina puo' assumere due stadi di ossidazione: Fe3+/Fe3+ (ossidata), Fe3+/Fe2+ (ridotta). La forma con entrambi i ferri ridotti non esiste.
Nella forma ossidata la ferredoxina e' diamagnetica, per effetto antiferromagnetico da parte degli ioni solfuro; a causa del diverso stato di ossidazione dei 2 Fe nella forma ridotta la ferredoxina e' paramagnetica.
L'elettrone spaiato che determina il paramagnetismo in realta' non e' fisso sul Fe2+, ma viene delocalizzato su entrambi i centri metallici (come si puo' verificare dalla risonanza di spin elettronico).
Se osservo la ferredoxina con la spettroscopia Mossbauer vedo un cambiamento di assorbimento tra le forme ossidata e ridotta. Nella forma ridotta si individuano due coppie di assorbimenti (i picchi di assorbimento piu' interni sono relativi a Fe3+, quelli piu' esterni si riferiscono al centro Fe2+). Questa osservazione non e' in accordo con l'ipotesi dell'elettrone delocalizzato; e' spiegabile solo se l'elettrone "saltasse" da un ferro all'altro con una frequenza minore a quella di campionamento nella spettroscopia Mossbauer.
CENTRO RIESKE [2Fe2S]1+/2+
Il centro Rieske è una subunità del complesso BC1 della catena respiratoria. A differenza della ferredoxina il cluster metallico viene legato alla proteina da una coppia di istidine e da una coppia di cisteine. Anche se su entrambi i Fe viene mantenuta la geometria tetragonale, questo tipo di motivo consente al centro Rieske un potenziale REDOX positivo.
4Fe FERREDOXINE E HiPIP (High Potential Iron Protein) [4Fe4S]1+/2+/3+
Sono proteine che presentano una caratteristica struttura a cubano, in cui 4 tetraedri sono compenetrati a formare un cubo distorto. Ai vertici del cubo si dispongono un Fe e uno ione S2- alternativamente.
Ogni solfuro lega a ponte 3 centri di Fe. Stati di ossidazione in cui tutti e quattro i Fe sono nello stato Fe3+ o Fe2+ non sono mai stati osservati se non in casi di condizioni sperimentali al limite. Esistono però altre 3 combinazioni in cui i Fe possono determinare lo stato di ossidazione di queste proteine Fe-S. Nello stato 2+, l'effetto antiferromagnetico degli ioni solfuro consente a questi centri di assumere un carattere diamagnetico.
STATO..COMBINAZIONE...HiPIP..........FERREDOXINA
+1......3Fe2+ 1Fe3+.....superridotta....ridotta
+2......2Fe3+ 2Fe2+.....ridotta.........ossidata
+3......1Fe2+ 3Fe3+.....ossidata........superossidata
Potenziali redox per i passaggi ridotto/ossidato: +350mV (HiPIP); -400mV (ferredoxina)
In condizioni normali queste proteine sono presenti solo in due forme (ridotta e ossidata); le altre forme sono estremamente instabili.
La grossa differenza nei potenziali REDOX dipende dalla natura dell'intorno proteico del cluster; nelle ferredoxine normali attorno al cluster c'è un ambiente idrofilico in cui sono presenti residui polari in grado di fare legami idrogeno; inoltre il cluster e' posizionato in una zona della proteina piu' acessibile al solvente. Queste condizioni facilitano al delocalizzazione di carica, quindi permettono di avere un cluster che possa avere pure una carica globale alta.
Nelle HiPIP il cluster e' posizionato in una zona meno accessibile al solvente ed e' circondato da amminoacidi meno polari; in questa situazione verra' stabilizzata la forma del cluster che abbia una carica globale il piu' neutro possibile.
SPETTRI MOSSBAUER DELLA 4Fe-FERREDOXINA
Forma ossidata
Ci si dovrebbe aspettare di osservare distintamente due coppie di assorbimenti, relative agli ioni Fe2+ e Fe3+. In realtà si osserva una sola coppia, con separazione energetica e velocita' media intermedi tra quelli tipici dei due stati di ossidazione (viene considerato per semplicita' come ione Fe2,5+).
Questo significa che i due elettroni in piu' sui singoli Fe2+ vengono delocalizzati su tutti e 4 i ferri del centro Fe-S ad un frequenza superiore a quella di campionamento della spettroscopia.
Forma ridotta
Si osservano tre assorbimenti, anche se in realta' sono 4 perche' il picco rilevato a velocita' piu' basse e' l'inviluppo di due picchi; si osservano quindi due coppie di picchi. La forma ridotta ha una combinazione in cui i 4 Fe si comportano come se fossero accoppiati in dimeri. Un dimero Fe3+Fe2+ presenta una coppia di assorbiomenti analoga a quella di un Fe2,5+; l'altro dimero (Fe2+Fe2+) presenta una coppia tipica di un Fe2+, con separazione energetica piu' larga e velocita' media piu' alta.
Sono stati sviluppati modelli sperimentali di centri Fe-S del tipo [4Fe4S]1+/2+/3+. Questi modelli hanno il vantaggio di poter essere portati a tutti e tra gli stati di ossidazione. Nelle riduzioni successive a partire dallo stato di ossidazione 3+ si è osservato che la struttura a cubano tende a deformarsi, allungando allungando alcune distanze di legame fino a far assumere al centro Fe-S una geometria prismatica.
PROTEINE [3Fe4S]0/1+
[size=1]Questi centri presentano una struttura simile ad un cubano a cui e' stato tolto un Fe; c'e' quindi uno ione solfuro che ponta tutti e tre i Fe, e tre ioni solfuro che pontano i Fe a due a due.
Forma ossidata
Si osserrva una coppia di assorbimento tipica di Fe3+
Forma ridotta
Tale forma ha una combinazione 2Fe3+1Fe2+; si osservano due coppie di assorbimenti, una con intensità doppia ripsetto all'altra. Quella piu' intensa si riferisce ad una coppia di ferri Fe33+Fe2+, che danno la tipica coppia del Fe2,5+. La coppia di assorbimenti meno intensi si riferisce ad un unico Fe3+. La velocita' di campionamento riesce a vedere la delocalizzazione su solo 1 dei due centri di Fe3+; sembra che un Fe3+ delocalizza la carica del Fe2+, mentre l'altro se ne sta a se' stante.
Aconitasi
Enzima del ciclo di Krebs, catalizza l'isomerizzazione del citrato. L'enzima isolato e purificato non e' attivo ma presenta un cluster di questo tipo. Se la proteina viene trattata co Fe2+ e agenti riducenti l'attivita' viene ripristinata. Il Fe2+ si inserisce nel cluster a completare la struttura a cubano; questo Fe pero' e' esacoordinato, con geometria ottaedrica in cui le 3 posizioni di coordinazione lasciate libere dal cluster vengono sfruttate da 3 molecole d'acqua.
PROTEINE Fe-S CON CLUSTER MULTIPLI
[size=1]La nitrogenasi e' una proteina oiligomerica che contiene, oltre ad un cluster [4Fe4S], anche altri cluster contenenti Fe e S. Il cluster M contiene pure un molibdeno, lo ione responsabile del legame e della riduzione dell'azoto. Sembra che la complessita' di aver clyuster multipli sia dovuta alla necessita' di dover scambiare numerosi elettroni. |
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Cluster Fe-S
Didattica
