Características generales y química de...

Característicasgenerales y químicade coordinación

Incorporación,transporte,distribución yfunciones.

Zinc enzimático

Carboxi-peptidasa A

Compuestosmodelo.

Características generales y química de coordinación

Familia 12Configuración electrónica [Ar] 3d10 4s2

ZnS blenda de zinc o wurtzitaPresenta el estado de oxidación (II)

Ocupa el lugar 24 en abundancia

El ZnS cristaliza en dos formaspolimórficas, la wurtzita y la blenda.a) Empaquetamiento de los aniones detipo cúbico centrado en las caras enel que los cationes ocupan la mitad de loshuecos tetraédricos.

b) Empaquetamiento hexagonal de losaniones donde los cationes ocupan lamitad de los huecos tetraédricos.Las dos estructuras se presentan en losóxidos y sulfuros de los metalesdivalentes como el Be, Zn, Mn, Cd, Hg.


WURTZITA

BLENDA

Ya que su único estado de oxidación estable es Zn(II), no seespera que pueda intervenir en los procesos redox biológicos deforma directa. DIAMAGNÉTICO.Es un ácido de Lewis “frontera” esto hace frecuentes lasuniones con átomos donadores duros y blandos.Su radio atómico pequeño (69 Å) favorece compuestos connúmeros de coordinación bajos, 4 o 5 y en algunos casos 6 (si losligantes son flexibles); con geometrías:Td y Oh


Funciona como centro catalítico.

Labilidad significativa.

Aminoácidos con los que se coordina:

Zn

Casas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 61


Compuesto trinuclear deZn que simula unaestructura de heterocubano.

En estado sólido presentaun fenómeno defotoluminiscencia.

[Zn3(saldmen)3(OH)] (ClO4)2 0.25H2O

El Zn es un elemento esencial para losseres vivos. (1963) Dra. Prasad, MedioOriente (Egipto e Irán).

La cantidad corporal total de Zn en unadulto de 70 kg es de 2 - 3g; se requiere de10 a 20 mg diarios de zinc en la dieta.

Es importante en la preservación de lasescamas de animales marinos; seencuentra en algunas algas.

Rauling en 1869 descubrió que eraesencial para el crecimiento delAspergillus niger.

Incorporación, transporte y distribución

En 1934, Bertrand y Bhattacherjee comprobaron que esteelemento era también esencial para el crecimiento animal,fundamentado en el hecho de que este elemento cumple funcionesestructurales, catalíticas y reguladoras indispensables parasus sistemas biológicos.

Más del 85% del total de zinc presente en nuestro organismo sedeposita en los músculos, huesos, testículos, cabellos, uñas y tejidospigmentados del ojo.

Se elimina principalmente en las heces a través de secrecionesbiliares, pancreáticas e intestinales.


Metabolismo del zinc•La absorción y excreción: controlados por mecanismoshomeostáticos.•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 (similara calcio) tiene lugar mediante dosmecanismos: un mecanismosaturable, mediado portransportadores, y un mecanismode difusión pasiva que depende delas concentraciones del metal.•La absorción se da en el yeyuno.

Zn en las plantas y microorganismosSe encuentra en el periplasma de las bacterias Gramnegativas debido a que algunas enzimas periplasmáticas loutilizan como cofactor

La concentración requerida para el crecimiento bacteriano esde 0.5 a 1 µM

Actúa directamente protegiendo a la célula del dañooxidativo

Se cree que el Zn(II) protege a los grupos tiol de las célulasante la oxidación y puede desplazar a los metales unidos a lasproteínas que son redox activos. También puede evitar que seproduzcan otras oxidaciones químicas catalizadas pormetales, desplazándolos.

Salmonella enterica, Lactobacillus

Los mecanismos de transporte de zinc en bacterias son difíciles de abordar debido principalmente a 3 factores:

1) La concentración extremadamente baja que requieren lasbacterias2) La unión inespecífica del zinc a las superficies bacterianas3) El rápido intercambio entre los compartimientos intracelularesy extracelulares

Según la concentración de Zn(II) que la bacteria encuentre en el medio, deberá sintetizar un tipo de transportadores u otros.

A pesar de ello, se conocen diferentes mecanismos de “exportación e importación” de Zn, así como algunos de los genes reguladores de estos procesos.

Caracterización de los sistemas de captación de hierro y zinc del patógeno animal Pasteurellamultocida; Ma Elena Garrido Ocaña; Tesis de Doctorado; Universidad Autónoma de Barcelona; España 2005.; 33-36.

La concentración de zinc en las células eucariotas es bastante elevada (200 µM) .

•1- Zn se une a aminoácidosy pequeños péptidos.Cuando el Zn que está fuerade la célula intestinal, elácido picolínico y el ácidocítrico lo captan uniéndose aél para introducirlo en lacélula.

2- Los transportadores ZnT y Zipequilibran la cantidad de Znintracelular, favoreciendo su salida oalmacenándolo en vesículas.

3- Una vez en elinterior de la célula,el zinc se une a unationeína o a otrasproteínas ricas encisteína que lotransportan hasta elextremo basolateralde las célulashepáticas para supaso a la sangre.


FUNCIONES

Colabora con el correcto funcionamiento de la glándula prostática y el desarrollo de los órganos reproductivosPreviene el acné al regular la actividad de las glándulas

sebáceasInterviene en la síntesis proteínas

Interviene en la síntesis de colágenoInterviene en la respuesta frente al estrés

Promueve la cicatrización de heridasIntensifica la respuesta inmunológica del

organismo


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 30 g 1Nueces 30 g 1

Incorporación, transporte

y distribución

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


edadHombre(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 años34

Embarazo y lactancia >18

años 40

Ingesta recomendada

Ingesta excesiva

DEFICIENCIA ES PROVOCADA POR:

La cirrosis hepática, la diabetes, la insuficiencia renal y lasdiarreas crónicas generan carencia de zinc o hipozinguemia.

El factor genético puede influir en la deficiencia; acrodermatitisenteropática, enfermedad hereditaria infantil que se manifiestacomo una incapacidad de absorber zinc de la dieta en formaadecuada.

Tanto el exceso de sudor como el consumo de aguas durasprovocan pérdida de zinc.


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 lapérdida de la actividad.

Cocatalítica: cuando son necesarios dos o tres metales paraque la enzima complete su actividad y el Zn está unido aotro metal por medio de un aa o H2O.

Estructural: Cuando ayuda a mantener la estructuraterciaria o cuaternaria de la apoenzima.

Desconocida: Cuando su presencia no encaja con ningunade 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

Transferencia de electron s

OXIDORREDUCTASAS

Alcohol deshidrogenasaSuperóxido dismutasa

e-

Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192http://bcs.whfreeman.com/lehningerCasas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p62

TRANSFERASAS

Aspartato transcarbamilasaDNA polimerasa I

Transferencias de grupos

Cox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192http://bcs.whfreeman.com/lehningerCasas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62

HIDROLASAS

Fosfatasa alcalinaFosfolipasa CLeucina aminopeptidasaCarboxipeptidasasA, B, A2 y T.

AstacinaTermolisinaElastasaEndoglucanasaProteasa neutra-Lactamasa II

Reacciones de hidrólisis


LIASAS

Anhidrasa Carbónica I, II y III

Adición de grupos a enlaces dobles o formación de enlaces dobles por eliminación de grupos


ISOMERASAS

Fosfomanosa isomerasa


Transferencia de grupos para formar isómeros

LIGASAS

Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por reacciones de condensación en nucleótidos trifosfato

Metionil tRNA-sintetasaCox., M, Nelson, D., Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition, pp 192http://bcs.whfreeman.com/lehningerCasas, J.S. et al., Química Bioinorgánica, Ed. Síntesis, España, 2002. p 62

Carboxipeptidasas

Hidrólisis del primer enlace peptídicoen el extremo C-terminal.

Sintetizadas en páncreas.

Degradación de péptidos.

Chem. Rev. 1996, 96, 2375-2433

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–terminalcuando la cadena lateral es un residuo aromático o alifáticoramificado de un L-aminoácido.

En ocasiones también hidroliza enlaces éster (esterasa)

En el último enlacepeptídico, el protón delagua se añade al ladoamino y el hidroxilo alcarbonilo del enlace.

Frausto Da Silva, The Biological Chemistry of the Elements, Clarendon Press, Oxford, 1991

Carboxipeptidasa A

Carboxipeptidasa A

Centro activo

Carboxipeptidasa A El GLU abstrae un protón del

H2O coordinada, así se facilita elataque nucleofílico del OH-

resultante, al carbonilo.

Este último además se encuentraactivado por un enlace iónico entreel O y la ARG.

Como resultado del ataque seforma un intermediario con elcarbonilo y donde el par deelectrones sobre el oxígeno puedeacomodarse en la posición 5 decoordinación .

Sitios activos de las Carboxipeptidasas A y B y de la Termolisina


Modelos

B.S. Hammes et al. / Inorganica Chimica Acta 346 (2003) 227/238

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

Bibliografía

Características generales y química de...

Documents

Transcript of Características generales y química de...