Características generales y química de coordinación

Características
generales y química
de coordinación
Incorporación,
transporte,
distribución
funciones.
y
Zinc enzimático
Carboxipeptidasa A
Compuestos
modelo.
Características generales y química de
coordinación
Familia 12
Configuración electrónica [Ar] 3d10 4s2
ZnS blenda de zinc o wurtzita
Presenta el estado de oxidación (II)
Ocupa el lugar 24 en abundancia
Características generales y química de
coordinación
BLENDA
WURTZITA
El ZnS cristaliza en dos formas
polimórficas, la wurtzita y la blenda.
a) Empaquetamiento de los aniones de
tipo cúbico centrado en las caras en
el que los cationes ocupan la mitad de los
huecos tetraédricos.
b) Empaquetamiento hexagonal de los
aniones donde los cationes ocupan la
mitad de los huecos tetraédricos.
Las dos estructuras se presentan en los
óxidos y sulfuros de los metales
divalentes como el Be, Zn, Mn, Cd, Hg.
Características generales y química de
coordinación
Ya que su único estado de oxidación estable es Zn(II), no se
espera que pueda intervenir en los procesos redox biológicos de
forma directa. DIAMAGNÉTICO.
Es un ácido de Lewis “frontera” esto hace frecuentes las
uniones con átomos donadores duros y blandos.
Su radio atómico pequeño (69 Å) favorece compuestos con
números de coordinación bajos, 4 o 5 y en algunos casos 6 (si los
ligantes son flexibles); con geometrías:Td y Oh
Funciona como centro catalítico.
Labilidad significativa.
Zn
Aminoácidos con los que se coordina:
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 61
Características generales y química de
coordinación
Compuesto trinuclear de
Zn
que
simula
una
estructura de heterocubano.
En estado sólido presenta
un
fenómeno
de
fotoluminiscencia.
[Zn3(saldmen)3(OH)] (ClO4)2 0.25H2O
Incorporación, transporte
y distribución
El Zn es un elemento esencial para los
seres vivos. (1963) Dra. Prasad, Medio
Oriente (Egipto e Irán).
La cantidad corporal total de Zn en un
adulto de 70 kg es de 2 - 3g; se requiere de
10 a 20 mg diarios de zinc en la dieta.
Es importante en la preservación de las
escamas de animales marinos; se
encuentra en algunas algas.
Rauling en 1869 descubrió que era
esencial para el crecimiento del
Aspergillus niger.
Incorporación, transporte y
distribución
En 1934, Bertrand y Bhattacherjee comprobaron que este
elemento era también esencial para el crecimiento animal,
fundamentado en el hecho de que este elemento cumple funciones
estructurales, catalíticas y reguladoras indispensables para
sus sistemas biológicos.
Más del 85% del total de zinc presente en nuestro organismo se
deposita en los músculos, huesos, testículos, cabellos, uñas y tejidos
pigmentados del ojo.
Se elimina principalmente en las heces a través de secreciones
biliares, pancreáticas e intestinales.
Incorporación, transporte y
distribución
Metabolismo del zinc
•La absorción y excreción: controlados por mecanismos
homeostáticos.
•Si la ingesta de zinc es pequeña, la absorción intestinal aumenta,
mientras que se reducen las pérdidas de éste por la orina.
•La absorción del zinc (similar
a calcio) tiene lugar mediante dos
mecanismos: un mecanismo
saturable,
mediado
por
transportadores, y un mecanismo
de difusión pasiva que depende de
las concentraciones del metal.
•La absorción se da en el yeyuno.
Zn en las plantas y microorganismos
Se encuentra en el periplasma de las bacterias Gram
negativas debido a que algunas enzimas periplasmáticas lo
utilizan como cofactor
La concentración requerida para el crecimiento bacteriano es
de 0.5 a 1 µM
Actúa directamente protegiendo a la célula del daño
oxidativo
Se cree que el Zn(II) protege a los grupos tiol de las células
ante la oxidación y puede desplazar a los metales unidos a las
proteínas que son redox activos. También puede evitar que se
produzcan otras oxidaciones químicas catalizadas por
metales, desplazándolos.
Salmonella enterica, Lactobacillus
La concentración de zinc en las células eucariotas es bastante
elevada (200 µM) .
Los mecanismos de transporte de zinc en bacterias son difíciles
de abordar debido principalmente a 3 factores:
1) La concentración extremadamente baja que requieren las
bacterias
2) La unión inespecífica del zinc a las superficies bacterianas
3) El rápido intercambio entre los compartimientos intracelulares
y extracelulares
A pesar de ello, se conocen diferentes mecanismos de
“exportación e importación” de Zn, así como algunos de los
genes reguladores de estos procesos.
Según la concentración de Zn(II) que la bacteria encuentre en el
medio, deberá sintetizar un tipo de transportadores u otros.
Caracterización de los sistemas de captación de hierro y zinc del patógeno animal Pasteurella
multocida; Ma Elena Garrido Ocaña; Tesis de Doctorado; Universidad Autónoma de Barcelona;
España 2005.; 33-36.
•1- Zn se une a aminoácidos
y
pequeños
péptidos.
Cuando el Zn que está fuera
de la célula intestinal, el
ácido picolínico y el ácido
cítrico lo captan uniéndose a
él para introducirlo en la
célula.
3- Una vez en el
interior de la célula,
el zinc se une a una
tioneína o a otras
proteínas ricas en
cisteína
que
lo
transportan hasta el
extremo basolateral
de
las
células
hepáticas para su
paso a la sangre.
Incorporación, transporte y
distribución
2- Los transportadores ZnT y Zip
equilibran
la
cantidad
de
Zn
intracelular, favoreciendo su salida o
almacenándolo en vesículas.
FUNCIONES
Incorporación, transporte y
distribución
Colabora con el correcto funcionamiento de la glándula
prostática y el desarrollo de los órganos reproductivos
Previene el acné al regular la actividad de las glándulas
sebáceas
Interviene en la síntesis proteínas
Interviene en la síntesis de colágeno
Interviene en la respuesta frente al estrés
Promueve la cicatrización de heridas
Intensifica la respuesta inmunológica del
organismo
Incorporación, transporte y
distribución
Es protector hepático
Es fundamental para formar los huesos
Forma parte de la insulina
Es un potente antioxidante natural ya que es un componente de
la enzima antioxidante superóxidodismutasa
Aumenta la absorción de la vitamina A
Interviene en el crecimiento y desarrollo durante el embarazo, la
niñez y la adolescencia
Ayuda a mantener los sentidos del olfato y del gusto
Ayuda a mantener las funciones oculares normales.
Alimento
Porción
Zn (mg)
Ostras
85 g (6 medianas)
76
Cereales fortificados con 100% zinc
3/4 taza (30 g)
15
Carne de vaca (80% magra)
100 g
6.2
Carne de cerdo, magra
100 g
2.9
Carne de pollo, pata
1
2.7
Carne de pavo
100 g
3.1
Garbanzos, cocidos
1 taza (160 g)
2.5
Yogur, sin sabor, descremado
100 g
1
Queso suizo
30 g
1.2
Frijoles/judías/habas, cocidas
1 taza (170 g)
1.8
Leche, descremada
1 taza (240 mL)
1
Almendras
Nueces
30 g
30 g
1
1
Incorporación,
transporte
y distribución
Incorporación, transporte y
distribución
Ingesta recomendada
Edad
Hombres
(mg/día)
Mujeres
(mg/día)
0-6 meses
2
7-12 meses
3
1-3 años
3
4-8 años
5
9-13 años
8
8
14-18 años
11
9
19-50 años
11
8
>50 años
11
8
embarazo
11-12
lactancia
12-13
Ingesta excesiva
edad
Hombre(
mg/día)
Mujeres
(mg/día)
0-6 meses
4
7-12 meses
5
1-3 años
7
4-8 años
12
9-13 años
23
14-18 años
34
>19 años
40
Embarazo y
lactancia <
18 años
34
Embarazo y
lactancia >18
años
40
Incorporación, transporte y
distribución
DEFICIENCIA ES PROVOCADA POR:
La cirrosis hepática, la diabetes, la insuficiencia renal y las
diarreas crónicas generan carencia de zinc o hipozinguemia.
El factor genético puede influir en la deficiencia; acrodermatitis
enteropática, enfermedad hereditaria infantil que se manifiesta
como una incapacidad de absorber zinc de la dieta en forma
adecuada.
Tanto el exceso de sudor como el consumo de aguas duras
provocan pérdida de zinc.
Incorporación, transporte y
distribución
La deficiencia o carencia del Zn, provoca:
debilidad y manchas blancas en uñas
pérdida de los sentidos del gusto y olfato
piel con acné
pérdida de apetito
alteraciones oculares
retraso en el desarrollo sexual
alteración en el crecimiento
pérdida del cabello
cansancio y fatiga
impotencia, infertilidad
debilidad del sistema inmune, susceptibilidad a procesos
infecciosos
aumento del nivel de colesterol sanguíneo
cicatrización lenta de heridas y lesiones en la piel
trastornos prostáticos
diarrea
Zn enzimático, Funciones:

Catalítica: cuando el ión metálico está implicado
directamente en la catálisis y su eliminación origina la
pérdida de la actividad.

Cocatalítica: cuando son necesarios dos o tres metales para
que la enzima complete su actividad y el Zn está unido a
otro metal por medio de un aa o H2O.

Estructural: Cuando ayuda a mantener la estructura
terciaria o cuaternaria de la apoenzima.

Desconocida: Cuando su presencia no encaja con ninguna
de las funciones anteriores.
Crichton, R., Biological Inorganic Chemistry of the Elements , An Introduction, Belgium, 2008. p 198

Síntesis de ácidos nucléicos

Formación del grupo hemo

Hidrólisis de proteínas y grupos fosfato

Reducción de actividad de radicales libres

Crecimiento y funcionamiento celular

Metabolismo de la insulina

Prolongación del efecto insulínico
 Unión de la insulina a proteínas de membrana
 Síntesis y almacenamiento en páncreas

Producción de colágeno

Integridad y motilidad espermática

Contracción muscular
Calcificación ósea
Esteroidogénesis y lipogénesis
Estabilizador de membranas
Activador de sistemas de transporte transcelular
Receptores sensoriales
Vista
Gusto
Sistema inmune
Producción de hormonas tímicas
Transformación linfocitaria ante mitógeno
Citotoxicidad mediada por células dependientes de
anticuerpos
OXIDORREDUCTASAS
Transferencia de electron
e
-
s
Alcohol deshidrogenasa
Superóxido dismutasa
Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192
http://bcs.whfreeman.com/lehninger
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p62
TRANSFERASAS
Transferencias de grupos
Aspartato transcarbamilasa
DNA polimerasa I
Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192
http://bcs.whfreeman.com/lehninger
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62
HIDROLASAS
Reacciones de hidrólisis
Fosfatasa alcalina
Fosfolipasa C
Leucina
aminopeptidasa
Carboxipeptidasas
A, B, A2 y T.
Astacina
Termolisina
Elastasa
Endoglucanasa
Proteasa neutra
-Lactamasa II
Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192
http://bcs.whfreeman.com/lehninger
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62
LIASAS
Adición de grupos a enlaces dobles o
formación de enlaces dobles por eliminación
de grupos
Anhidrasa Carbónica I, II y III
Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192
http://bcs.whfreeman.com/lehninger
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62
ISOMERASAS
Transferencia de grupos para
formar isómeros
Fosfomanosa isomerasa
Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192
http://bcs.whfreeman.com/lehninger
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62
LIGASAS
Formación de enlaces C-C, CS, C-O y C-N por reacciones
de condensación en
nucleótidos trifosfato
Metionil tRNA-sintetasa
Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192
http://bcs.whfreeman.com/lehninger
Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62
Carboxipeptidasas
Hidrólisis del primer enlace peptídico
en el extremo C-terminal.
Degradación de péptidos.
Sintetizadas en páncreas.
Chem. Rev. 1996, 96, 2375-2433
Crichton, R., Biological Inorganic Chemistry of the Elements , An Introduction, Belgium, 2008. p 198
Metaloenzimas que requieren Zn









Carboxipeptidasa A
Carboxipeptidasa B
Termolisina
Leucina aminopeptidasa
Superóxido dismutasa
Anhidrasa carbónica
Alcohol deshidrogenasa
Aldolasa
Fosfatasa alcalina









Aspartato transcarbamilasa
RNA-polimerasa
DNA-polimerasa
- lactamasa
Colagenasa
-Amilasa
Lactato deshidrogenasa
Proteasa neutra
Fosfomanosa isomerasa
Carboxipeptidasa A
Carboxipeptidasa A
Cataliza la hidrólisis del enlace peptídico del C–terminal
cuando la cadena lateral es un residuo aromático o alifático
ramificado de un L-aminoácido.
En ocasiones también hidroliza enlaces éster (esterasa)
En el último enlace
peptídico, el protón del
agua se añade al lado
amino y el hidroxilo al
carbonilo del enlace.
Carboxipeptidasa A
Frausto Da Silva, The Biological Chemistry of the Elements, Clarendon Press, Oxford, 1991
Carboxipeptidasa A
Centro activo
Carboxipeptidasa A
El GLU abstrae un protón del
H2O coordinada, así se facilita el
ataque nucleofílico del OHresultante, al carbonilo.
Este último además se encuentra
activado por un enlace iónico entre
el O y la ARG.
Como resultado del ataque se
forma un intermediario con el
carbonilo y donde el par de
electrones sobre el oxígeno puede
acomodarse en la posición 5 de
coordinación .
Sitios activos de las Carboxipeptidasas A y B y de la Termolisina
Crichton, R., Biological Inorganic Chemistry of the Elements , An Introduction, Belgium, 2008. p 201
Modelos
B.S. Hammes et al. / Inorganica Chimica Acta 346 (2003) 227/238
Bibliografía
J. S. Casas, V. Moreno, A. Sánchez, J. L. Sánchez y J. Sordo. “Química
Bioinorgánica”. Edit. Síntesis, España, 2002.
C. Maxim et al., Inorganica Chimica Acta 361 (2008) 3903–3911
H. Tapiero, K.D. Tew , Biomedicine & Pharmacotherapy 57 (2003) 399–411
B.S. Hammes et al., Inorganica Chimica Acta 346 (2003) 227-238
depa.pquim.unam.mx/.../enzcatal/CPAquim.html
http://www.zonadiet.com/nutricion/zinc.htm
http://www.entornomedico.org/salud/nutricion/post/
http://www.institutobiologico.com/dietas5.htm