Metalloenzimi: struttura, funzione e importanza

Un metalloenzima è una proteina enzimatica con un forte legame tra la sua parte proteica e un metallo, incorporato nella molecola. Il metallo è solitamente uno ione e il suo ruolo principale è funzionare nelle reazioni enzimatiche. A volte gioca un ruolo diretto nel legame degli atomi; altre volte stabilizza la proteina dopo la reazione. Molti enzimi che regolano i processi biologici nel corpo sono metalloenzimi.

Localizzazione dei metalli

• I metalli aiutano il trasferimento di elettroni. Si trovano nei siti attivi degli enzimi, dove agiscono come elettrofili - sostanze che amano gli elettroni - che attirano elettroni da altre sostanze per formare un legame.

Funzione

• I metalloenzimi richiedono la presenza di altri metalli per funzionare nelle reazioni. Cynthia L. Lowry e Harry Le Vine III, dei Glaxo Research Laboratories, osservarono nel 2004 che la presenza dei metalli aiuta a stabilizzare le conformazioni proteiche risultanti dalle reazioni. Questi metalli prevengono ulteriore reattività perché non ci sono altri metalli con cui reagire. La competizione per il sito di legame attivo da parte di altri composti limita anche l'attività dei metalloenzimi.

Tipi

• Esistono diversi tipi di metalloenzimi: emoglobina, alcol deidrogenasi, citocromi.
  L'atomo di ferro nell'emoglobina lega l'ossigeno per il trasporto. L'alcol deidrogenasi contiene zinco, che usa il coenzima NAD+ per ossidare gli alcoli. Il ferro nei citocromi - proteine di membrana - trasporta e accetta elettroni nella catena di trasporto elettronico. Il citocromo ossidasi usa ioni rame per trasferire elettroni a una molecola di ossigeno.
  Altri: fosfotransferasi (ione magnesio Mg2+), arginasi (ione manganese Mn2+), entrambe nel trasferimento elettronico. Carbossipeptidasi A contiene zinco e cambia forma per connettere il substrato al sito attivo.

Regolazione

• I metalloenzimi sono regolati da: dieta, competizione con analoghi, cambiamenti di pH.
  L'assunzione dietetica di zinco regola grandemente quantità e funzione dei suoi metalloenzimi. Altri metalloenzimi sono limitati dall'assunzione dei loro metalli.
  Gli analoghi sono grandi molecole con attività enzimatiche simili; competono per il legame durante lo stato di transizione, riducendo i legami disponibili.
  Cambiamenti di pH possono impedire lo scambio di elettroni tra atomi e molecole nella reazione enzimatica. I metalli normalmente aiutano a condurre questi elettroni, ma variazioni di pH bloccano questa attività.

Zinco e metalloenzimi

• Lo zinco gioca un ruolo importante nell'attività di molti enzimi vitali e nella biosintesi proteica. In presenza di zinco, il corpo produce acido lattico e gli enzimi fosfatasi alcalina, anidrasi carbonica, carbossipeptidasi. La carenza di zinco inibisce molti processi biologici, causando ritardo di crescita, milza e fegato ingrossati. Secondo l'AAAS e il Center for Metalloenzyme Studies, il ruolo dello zinco nei metalloenzimi nell'Alzheimer è oggetto di ricerca.