Исследования генов и белков Открытый доступ

Абстрактный

Мини-обзор некоторых аспектов биохимии микроэлемента молибдена (VI), (Mo6+)

 Яхья З Хамада*, Алана Антуан

Этот мини-обзор затрагивает некоторые из наиболее важных аспектов биохимии второго ряда переходного металла, микроэлемента, молибдена (VI) (Mo6+). Молибден может существовать в металлических комплексах в различных степенях окисления, начиная от металлической степени окисления 0 до наиболее окисленной формы +6. На сегодняшний день считается, что молибден поглощается живыми клетками в виде молибдат-аниона [MoO4]2-. В литературе не так много обзоров, которые освещают текущую тему. Всего существует около 50 ферментов/белков, содержащих Mo-. Наряду с подробным обзором литературы мы также представляем реакции водного Mo6+ с органическим лигандом яблочной кислотой (MA). Оказалось, что реакция Mo6+ с MA в водных растворах при 25°C в 0,1 M ионной силе (NaNO3) образует реакционную смесь, которая выделяет большое количество ионов водорода, или протонов (H+); 17 H+, если быть точным. Это наблюдение неудивительно для такого сложного поведения такого сложного иона металла в водных растворах. Этот мини-обзор является вкладом в празднование 85-летия профессора Мостафы Эль-Саеда; на кафедре химии Технологического института Джорджии, Атланта, Джорджия, США. Среди всех микроэлементов молибден обладает совершенно уникальными свойствами. Это единственный переходный металл второго ряда, который имеет ощутимую биологическую активность, он существует в широком диапазоне степеней окисления (в диапазоне от 0 до +6) и является необходимым кофактором по крайней мере для четырех десятков ферментов. Существует ограниченное количество обзоров или мини-обзоров, которые появились с учетом биологии/биохимии молибдена, особенно в водных растворах. Однако скрупулезный и подробный 75-страничный обзор Хилле и др. является прекрасным справочником по биохимии молибдена, из которого они процитировали 536 других исследовательских статей, связанных с биомолибденом. В данной работе мы провели детальное исследование литературы для подготовки к этому мини-обзору и обнаружили следующие три факта: (1) Не так много исследовательских статей посвящено реакции Mo6+ и водных растворов; (2) Химия молибдена чрезвычайно сложна; и (3) Миллиарды лет назад природа поняла уникальность биохимии молибдена, которую ученые признали лишь недавно. Примечательно, что в общей сложности существует 44 журнала во всех доменах публикаций ACS, которые ежемесячно публикуют тысячи исследовательских статей и обзоров. Известно не менее четырех десятков ферментов и/или белков, содержащих молибден (молибдоферментов); нитрогеназа является наиболее известной среди всех среди биологической и химической аудитории. Здесь мы собираемся упомянуть дюжину в качестве примера этих известных молибдоферментов: (1) нитрогеназа, (2) нитратредуктаза, (3) ксантиноксидаза или ксантиндегидрогеназа, (4) пиримидиноксидаза/альдегидоксидаза, (5) триметиламиноксидредуктаза, (6) формиатдегидрогеназа, (7) оксида углерода оксоредуктаза/дегидрогеназа оксида углерода, (8) пиридоксальоксидаза, (9) сульфитоксидаза,(10) Биотинсульфоксидредуктаза, (11) Диметилсульфоксидредуктаза и (12) Тетратионитредуктаза. Таблица 1 перечисляет все эти ферменты. Некоторые из этих ферментов, содержащих молибден, были выделены из бактерий (особенно цианобактерий), грибов, дрожжей, растений или млекопитающих. Для получения более подробной информации см. ссылки 1-3 и все 694 ссылки, упомянутые в них. Этот текущий мини-обзор будет сосредоточен на обсуждении ферментов, содержащих молибден, «Нитрогеназа». Подробные и наиболее надежные обзоры молибдоферментов, сделанные исследователями, подчеркивают, что бидентатный режим связывания моногидроксильных поликарбоксилатов, будь то в форме цитрата или гомоцитрата, является доминирующим режимом связывания. Здесь мы подчеркиваем, что образованный комплекс Mo6+ с яблочной кислотой высвобождает сеть из 17 эквивалентов протонов, что может быть объяснено только связыванием малата бидентатным или тридентатным образом (потенциометрическое титрование не дает этой информации). Стехиометрия, указанная в равновесии, показанном в уравнении (1), объясняется только образованием смеси двух предложенных комплексов молибден-малат, изображенных, т. е. [MoO2(H-1MA)(OH)2]3- + [MoO2(H-1MA)2]4-. Эта смесь двух комплексов высвобождает сеть из 17 H+. Примечательно, что эти два комплекса согласуются с комплексами, идентифицированными другими. Ключевые слова: Водные растворы; Молибденсодержащие ферменты; Яблочная кислота; Mo6