Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1: Зберігання, транспортування та біомінералізація перехідних металів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20370

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Живі організми зберігають та транспортують перехідні метали як для забезпечення їх належної концентрації для використання в металопротеїнів або кофакторах, так і для захисту від токсичного впливу надлишків металів; металопротеїни та кофактори металів містяться в рослині, тварині та мікроорганізмах. Нормальний діапазон концентрацій для кожного металу в біологічних системах вузький, причому як недоліки, так і надмірності викликають патологічні зміни. У багатоклітинних організмах, що складаються з безлічі спеціалізованих типів клітин, зберігання перехідних металів і синтез молекул транспортера здійснюються не всіма типами клітин, а скоріше конкретними клітинами, які спеціалізуються на цих завданнях. Форма металів завжди іонна, але ступінь окислення може змінюватися в залежності від біологічних потреб. Перехідні метали, для яких біологічне зберігання та транспортування є значними, в порядку зменшення чисельності в живих організмах: залізо, цинк, мідь, молібден, кобальт, хром, ванадій та нікель. Хоча цинк не є строго перехідним металом, він поділяє багато біонеорганічних властивостей з перехідними металами і розглядається разом з ними в цьому розділі. Знання про зберігання і транспортування заліза більш повні, ніж для будь-якого іншого металу в групі.

    ІІ. Біологічні системи зберігання, транспортування та мінералізації металів

    1. Зберігання

      1. Залізо
      2. Цинк, мідь, ванадій, хром, молібден, кобальт, нікель та марганець

    2. Транспорт

      1. Залізо
      2. Цинк, мідь, ванадій, хром, молібден та кобальт

    3. Біомінералізація заліза

    ІІІ. Резюме

    Перехідні метали (Fe, Cu, Mo, Cr, Co, Mn, V) відіграють ключову роль в таких біологічних процесах, як поділ клітин (Fe, Co), дихання (Fe, Cu), фіксація азоту (Fe, Mo, V), фотосинтез (Mn, Fe). Zn бере участь у багатьох гідролітичних реакціях і в контролі активності генів білками «цинковими пальцями». Серед перехідних металів Fe переважає в террестиальному достатку; оскільки Fe бере участь у величезній кількості біологічно важливих реакцій, його зберігання і транспортування широко вивчалися. Відомі два типи носіїв Fe: специфічні білки і низькомолекулярно-масові комплекси. У вищих тварин транспортний білок трансферин зв'язує два атоми Fe з високою спорідненістю; у мікроорганізмів залізо транспортується в клітини, комплексні з катешолатами або гідроксаматами, званими сидерофорами; а в рослині дрібні молекули, такі як цитрат, і, можливо, рослинні сидерофори, несуть Fe. Комплекси заліза потрапляють в клітини через складні шляхи за участю специфічних ділянок мембран (рецепторних білків). Проблема, яку ще потрібно вирішити, - це форма заліза, що транспортується в клітині після вивільнення з трансферину або сидерофорів, але до включення до FE-білків.

    Залізо зберігається в білку феритину. Білкова оболонка феритину являє собою порожнисту сферу з 24 поліпептидних ланцюгів, через які проходить Fe 2+, окислюється і мінералізується всередині в різних формах гідратованого Fe 2 O 3. Контроль утворення і розчинення мінерального ядра білком і контроль синтезу білка Fe є суб'єктами сучасного дослідження.

    Біомінералізація відбувається в океані (наприклад, Ca в оболонках, Si в коралових рифах) і на суші як у рослин (наприклад, Si в травах), так і у тварин (наприклад, Ca в кістці, Fe в феритині, Fe в магнітних частинках). Специфічні органічні поверхні або матриці білка і/або ліпідів дозволяють живим організмам виробляти мінерали певної форми і складу, часто в термодинамічно нестабільних станах.

    IV. Посилання

    1. (а) Дж. Мартін і Р.М. Гордон, Глибоководні дослідження 35 (1988), 177; (б) Ф Егамі, Дж. Евол. 4 (1974), 113.
    2. Джей Ф. Салліван та ін. М., Нутр. 109 (1979), 1432.
    3. М.Д. Макнілі та ін. , Клін. Хім. 17 (1971), 1123
    4. Бірн А.Р. та Л.Коста, канд. техн. наук Загальний Env. 10 (1978), 17
    5. Прасад, Мікроелементи і залізо в метаболізмі людини, Plenum Medical Book Company, 1978.
    6. E.C. Theil, адв. ін.г. Біохім. 5 (1983), 1.
    7. E.C. Theil і P. Aisen, в D. ван дер Хелм, J. Neilands, і G. Winkelmann, ред., Транспорт заліза в мікробів, рослин і тварин, ВЧ, 1987, стор. 421.
    8. Міллс, ред., Цинк в біології людини, Спрінгер-Верлаг, 1989.
    9. Валле Б.Л. і Д.С. Аульд, Біохімія 29 (1990), 5647.
    10. Дж. Міллер, А.Д. Маклахлан, і А. Клюг, EMBO J. 4 (1985), 1609.
    11. Берг Дж., Біол Дж. Хім. 265 (1990), 6513.
    12. Сеннетт, Л.Е., Розенберг, і І.С. Міллман, Анну. Преподобний Біохім. 50 (1981), 1053.
    13. JJ J. G. Моура та ін. , в А.В.Ксавьє, за ред., Рубежі біохімії, ВЧ, 1986, стор.
    14. Уолш і У.Х. Орм-Джонсон, Біохімія 26 (1987), 4901.
    15. Х. Кім і Р.Дж. Майєр, Дж. біол. Хім. 265 (1990), 18729.
    16. Довідка 5, стор. 5.
    17. Шрамм В.Л. і Ф. Ведлер, ред., Марганець в метаболізмі та функції ферментів, Академічна преса, 1986.
    18. (а) Д.В. Бойд і К.Кустін, адв. ін.г. Біохім. 6 (1984), 312; (б) Р.К. Брюенінг та ін. , Нат Дж. Продукти 49 (1986), 193.
    19. Спіро Т.Г., ред., Біохімія молібдену, Wiley, 1985.
    20. Фокс Л., Геохім. Космохим. Акт 52 (1988), 771.
    21. Фараго, в А.В. Ксавьє, ред., Межі біонеорганічної хімії, ВЧ, 1986, стор. 106.
    22. Макара, Г.К. МакКлауд, і К. Кустін, Біохім. Дж. 181 (1979), 457.
    23. Bruening та ін. , Дж. Хім. Соц. 107 (1985), 5298.
    24. Байєр і Х.Х. Кнейфель, З. натурфорш. 27Б (1972), 207.
    25. Байєр і Х. Кнейфель, в А.В. Ксав'є, ред., Межі в біонеорганічній хімії, ВЧ, 1986, стор. 98.
    26. Дж. Фелкман, Дж. Фраусто да Сілва, і М.М. Кандида Ваз, Inorg. Чим. Акта 93 (1984), 101.
    27. Мерц О., Нутр. Реп. 3 (1975), 129.
    28. Е. Тейл, Дж. біол. Хім. 265 (1990), 4771; Біофактори 4 (1993), 87.
    29. Дж. С. Ререр та ін. , Біохімія 29 (1990), 259.
    30. Коннетт і К. Веттерхан, Структура. Склеювання 54 (1983), 94.
    31. Е.К., Тейл, Енн. Преподобний Біохім. 56 (1987), 289; адв. ензимол. 63 (1990), 421.
    32. G.C. Форд та ін. , Філос. Транс. Рой. Соц. Земельна ділянка. Б, 304 (1984) ,551.
    33. Г.Д. Ватт, Р.Б. Френкель, і Г.К. Папаефтіміу, Proc. Наталь. Акад. Науковий. США 82 (1985), 3640.
    34. (а) Дж. С. Ререр та ін. , Дж. біол. Хім. 262 (1987), 13385; (б) Дж. С. Ререр та ін. , Інорг. Хім. 28 (1989), 3393.
    35. Хамер Д.Х., Енн. Преподобний Біохім. 55 (1986), 913.
    36. Роббінс, Д. Е. Макрі, М. Вільямсон, С.А. Коллетт, Н. Х. Сюонг, В.Ф. Фурей, Б.К. хочуть, і К.Д. Стаут, Дж. Мол. Біол. 221 (1991), 1269.
    37. Частін Н.Д., адв. ін.г. Біохім. 5 (1983), 201.
    38. П.Айсен та І.Листовський, Анну. Преподобний Біохім. 49 (1980), 357.
    39. Андерсон Б.Т. та ін. , Проц. Наталь. Акад. Науковий. США 84 (1987), 1768; Е.Н. Бейкер, Б.Ф. Андерсон, і Х.М. Бейкер, Інт. Біол Дж. Макромол. 13 (1991), 122.
    40. С. Бейлі та ін. , Біохімія 27 (1988), 5804.
    41. М. Рагланд та ін. , Дж. БіоІ. Хім. 263 (1990), 18339.
    42. Мацанке, Г. Мюллер, і К.Н. Раймонд, в Т. М. Лоер, ред., Залізні носії та білки заліза, ВЧ, 1989, стор. 1-121.
    43. Л. Страйер, Біохімія, Фрімен, 1981, с. 110-116.
    44. Дж. Екер та ін. , Дж. Хім. Соц. 110 (1988), 2457.
    45. Ю.Сугіура та К.Номото, Структура. Склеювання 58 (1984), 107.
    46. Манн С.С., Структура. Склеювання 54 (1986), 125.
    47. А. Р. Буллз та ін. , Дж. Черн. Соц. 112 (1990), 2627.
    48. Уебб, у П. Вестбрук та Е. де Йонг, ред., Біомінералізація та біологічне накопичення металів, Reidel, 1983, pp. 413-422.
    49. К.Кустін та ін. , Структура. Склеювання 53 (1983), 139.
    50. Р.Б. Френкель і Р.П. Блейкмор, Філос. Транс. Рой. Соц. Lod. Б 304 (1984), 567.
    51. Ліппард С.М., Анжев. Хімі 22 (1988), 344.
    52. К.Е. Вігардт, Анжев. Хімі 28 (1989), 1153.
    53. Е. Тейл, в Р.Б. Френкель, ред., Біомінералізація заліза, Пленум Прес, 1990.
    54. С. Моун, Дж.П. Харрінгтон, і Р.Дж. Вільямс, Природа 234 (1986), 565.
    55. У.Х. Армстронг і С.Дж. Ліппард, Дж. Черн. Соц. 107 (1985), 3730.
    56. L. Que, молодший і R.C. Scarrow, в L. Que, ред., Металеві кластери в білках, симпозіум ACS Series 372, Американське хімічне товариство, Вашингтон, округ Колумбія, 1988, стор. 152 та посилання на них.
    57. С.М. Горун ауд С.Дж. Ліппард, Дж. Хім. Соц. 107 (1985), 4570.
    58. Горун С.М. та ін. , Дж. Черн. Соц. 109 (1987), 3337.
    59. Q. іслам та ін. , Дж. Інорг. Біохім. 36 (1989), 51.
    60. С.-У. Ян та ін. , Дж. Інорг. Біохім. 28 (1986), 393.
    61. А.Н. Мансур та Аі. , Дж. біол. Черн. 260 (1985), 7975.
    62. Д. Хамс і П. Айсен, в Т. М. Лоер, ред., Залізні носії та білки заліза, ВЧ, 1989, стор. 239-352.
    63. Харрісон і Т. М. Ліллі, у довідці 62, стор. 123-238.
    64. Г.С. Вальдо та ін. Наука 259 (1993), 796.
    65. Дж. Тріха, Г.С. Вальдо, Ф. А. Левандовський, Y.Ha, Е. C. Theil, P. C. Weber, і Н.М. Аллевелл, протеїн 18 (1994), випуск #2, у пресі.

    Ці довідки містять загальні відгуки про зазначених суб'єктах:

    • Хром: 27, 30
    • Кобальт: 12
    • Мідь: 8
    • Залізо
      • Біохімія; 7, 31, 37, 42
      • Біомінералізаційні поліядерні моделі: 6, 42, 56, 57, 58
      • Сидерофори: 42
      • Структура зберігання і транспортування білків: 32, 62, 63
    • Марганець: 17
    • Молібден: 19
    • Нікель: 13, 14
    • Ванадій: 18
    • Цинк: 8, 9, 11, 35

    Автори та атрибуція

    • Елізабет Теіл (Університет штату Північна Кароліна, кафедра біохімії)
    • Кеннет Реймонд (Каліфорнійський університет в Берклі, хімічний факультет)