Forschung in Genen und Proteinen Offener Zugang

Abstrakt

Ein kurzer Überblick über einige Aspekte der Biochemie des Mikronährstoffs Molybdän (VI), (Mo6+)

 Yahia Z Hamada*, Alana Antoine

Diese Mini-Übersicht berührt einige der wichtigsten Aspekte der Biochemie des Übergangsmetalls der zweiten Reihe, des Mikronährstoffs Molybdän (VI) (Mo6+). Molybdän kann in Metallkomplexen in einer Vielzahl von Oxidationsstufen vorliegen, die von der metallischen Oxidationsstufe 0 bis zur am stärksten oxidierten Form +6 reichen. Bis heute geht man davon aus, dass Molybdän von lebenden Zellen als Molybdatanion [MoO4]2- aufgenommen wird. Es gibt in der Literatur nicht viele Übersichten, die das aktuelle Thema behandeln. Es gibt insgesamt etwa 50 Mo-haltige Enzyme/Proteine. Neben der detaillierten Literaturübersicht präsentieren wir auch die Reaktionen von wässrigem Mo6+ mit dem organischen Liganden Apfelsäure (MA). Es stellte sich heraus, dass die Reaktion von Mo6+ mit MA in wässrigen Lösungen bei 25 °C in 0,1 M Ionenstärke (NaNO3) ein Reaktionsgemisch bildete, das eine große Anzahl von Wasserstoffionen oder Protonen (H+) freisetzte; 17 H+, um genau zu sein. Diese Beobachtung überrascht nicht angesichts des komplexen Verhaltens eines so komplexen Metallions in wässrigen Lösungen. Dieser Mini-Bericht ist ein Beitrag anlässlich des 85. Geburtstags von Professor Mostafa El-Sayed am Institut für Chemie des Georgia Institute of Technology in Atlanta, Georgia, USA. Unter allen Mikronährstoffen besitzt Molybdän ganz einzigartige Eigenschaften. Es ist das einzige Übergangsmetall der zweiten Reihe mit spürbarer biologischer Aktivität, es kommt in einer großen Vielfalt von Oxidationsstufen (von 0 bis +6) vor und ist ein notwendiger Cofaktor für mindestens vier Dutzend Enzyme. Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Berichten oder Mini-Berichten, die sich mit der Biologie/Biochemie von Molybdän, insbesondere in wässrigen Lösungen, befassen. Der sorgfältige und gründliche 75-seitige Bericht von Hille et al. ist jedoch ein hervorragendes Nachschlagewerk zur Biochemie von Molybdän, für das sie 536 andere Forschungsartikel zum Thema Biomolybdän zitierten. Wir haben zur Vorbereitung dieses Min-Reviews eine detaillierte Literaturrecherche durchgeführt und dabei die folgenden drei Fakten gefunden: (1) Es gab nicht viele Forschungsartikel, die sich mit der Reaktion von Mo6+ und wässrigen Lösungen beschäftigten; (2) Die Chemie von Molybdän ist extrem komplex; und (3) Vor Milliarden von Jahren erkannte die Natur die Einzigartigkeit der Molybdän-Biochemie, die Wissenschaftler erst vor Kurzem erkannt haben. Es ist bemerkenswert, dass es in allen ACS-Publikationsbereichen insgesamt 44 Zeitschriften gibt, die monatlich Tausende von Forschungsartikeln und Rezensionen veröffentlichen. Es gibt mindestens vier Dutzend bekannte molybdänhaltige Enzyme und/oder Proteine ​​(Molybdoenzyme); Nitrogenase ist unter den Biologen und Chemikern das bekannteste von allen. Hier werden wir ein Dutzend Beispiele dieser bekannten Molybdoenzyme nennen: (1) Nitrogenase, (2) Nitratreduktase, (3) Xanthinoxidase oder Xanthindehydrogenase, (4) Pyrimidinoxidase/Aldehydoxidase, (5) Trimethylaminoxidreduktase, (6) Formiatdehydrogenase (7) Kohlenmonoxidoxoreduktase/Kohlenmonoxiddehydrogenase, (8) Pyridoxaloxidase, (9) Sulfitoxidase,(10) Biotinsulfoxid-Reduktase, (11) Dimethylsulfoxid-Reduktase und (12) Tetrathionit-Reduktase. Tabelle 1 katalogisiert alle diese Enzyme. Einige dieser Molybdän-haltigen Enzyme wurden aus Bakterien (insbesondere Cyanobakterien), Pilzen, Hefen, Pflanzen oder Säugetieren isoliert. Weitere Einzelheiten finden Sie in den Referenzen 1-3 und allen darin erwähnten 694 Referenzen. Diese aktuelle Mini-Rezension konzentriert sich auf die Diskussion der Molybdän-haltigen Enzyme „Nitrogenase“. Die detaillierten und vertrauenswürdigsten Rezensionen der Molybdoenzyme durch Forscher betonten, dass der zweizähnige Bindungsmodus der Monohydroxylpolycarboxylate, ob in Form von Citrat oder Homocitrat, der vorherrschende Bindungsmodus ist. Hier betonen wir, dass der gebildete Komplex von Mo6+ mit Apfelsäure netto 17 Protonenäquivalente freisetzte, was nur durch die Bindung von Malat in zwei- oder dreizähniger Weise erklärt werden kann (die potentiometrische Titration liefert diese Informationen nicht). Die im Gleichgewicht in Gleichung (1) angegebene Stöchiometrie wird nur durch die Bildung einer Mischung der beiden vorgeschlagenen abgebildeten Molybdän-Malat-Komplexe erklärt, d. h. [MoO2(H-1MA)(OH)2]3- + [MoO2(H-1MA)2]4-. Diese Mischung der beiden Komplexe setzte netto 17 H+ frei. Es ist bemerkenswert, dass diese beiden Komplexe mit denen übereinstimmen, die von anderen identifiziert wurden. Schlüsselwörter: Wässrige Lösungen; Molybdänhaltige Enzyme; Apfelsäure; Mo6