The Cu(II), Ni(II), Cd(II), Mn(II), Cr(III), and Fe(III) complexes with apoCA all exhibit inactivity.
Can the binding of these metal ions to apoCA be described in any more detail? The simple experimental procedure of adding a small aliquot of Zn(II) to the inactive carbornic anhydrase and monitoring for p-NPA activity provides partial resolution to the question raised.
Those metal ions that (1) bind rapidly and sufficiently strongly to the apo-enzyme and (2) do not undergo rapid exchange with Zn2+ will exhibit no immediate p-NPA activity. Both Cu(II)CA and Cd(II)CA behave in this way, as can be seen in Table 3 and Figure 2.
For carbornic anhydrase systems derived from Ni(II), Mn(II), Cr(III) and Fe(III), the addition of Zn(II) results in rapid, although not necessarily, complete formation of Zn(II)CA.
The interpretation is more complex.
One cannot simply correlate this behavior with relatively small stability constants for MCA .
The formation of MCA may be slow, as is the case with Ni(II)CA(16), and the subsequent addition of Zn2+ to the M-apoCA mixture results in the develops because the MCA did not have sufficient time to form to an appreciable extent.
The second possibility to be considered is the rapid exchange rate of M of Zn2+ from the metalloenzyme.
The activity associated with Mn(II)CA after the addition of Zn2+ is undoubtedly a result of both slow formation of Mn(II)CA as well as fast exchange of Mn2+ from the metalloproteion by Zn2+ (17), Certainly, kinetic interpretations must be considered along with thermodynamics in describing the behavior of metallocarbonic anhydrases.
Based solely on the experimental evidence contained herein, on can conclude that Zn(II), CO(II), Cu(II), and Cd(II) bind at the active site of apoCA, while the coordination of Ni(II), Cr(III), and Fe(II), if at the active site, are either slow, or susceptible to facile exchange with Zn(II), or both
___________________________________________________________________________
One can establish if a given metal ion is coordinated to the enzyme at the active site by relying on various other spectroscopic techniques that are not necessarily recommended for this study. For example, when considering colored metal ions, one might compare the visble absorption spectrum of the metal ion-apoCA system to that of the simple aquated metal ion (1c,7). Other systems, such as Cu(II)CA, Mn(II) and VO(IV)CA can be examined with epr to provide convincing evidence of direct metal ion coordination at the active site (15)
¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ Conclusions
The catalyzing potential of carbonic anhydrase is lost upon removal of the divalent zinc ion. This capability can be restored by reintroducing Zn2+ to the apoenzyme. Although several other metal ions can bind to the protein at the active site, only the Zn(II) or Co(II) coordination restores significant biochemical activity. Two metal ion characteristics that appear to have a direct bearing on this behavior are(1) size and (2) the propensity for assuming a distorted tetrahedral geometry.
Acknowledgment
Partial support from Willamette University through an Atkinson Summer Research Grant is gratefully acknowledged, along with a grant-in-aid from sigma Xi.
_____________________________________________________________________________________________________________
สารประกอบเชิงซ้อนของ Cu2+, Ni2+, Cd2+, Mn2+, Cr3+, Fe3+ทั้งหมดเป็นไอออนโลหะ ซึ่งสามารถอธิบายได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้ เช่น ขั้นตอนในการเติม Zn2+ใน Carbonic anhydrases จะเกิดความเฉื่อยและจะสามารถตรวจหา p-NPA ได้บางส่วนเท่านั้น ไอออนโลหะเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วและมีมากเกินพอในการให้ apo-enzyme และไม่สามารถแลกเปลี่ยน Zn2+ ได้บนปฏิกิริยาของ p-NPA และค่าของ Cu(II)CA และ Cd(II)CA จะเป็นไปตามตารางที่ 2 และรูปภาพที่ 2
สำหรับระบบของ Carbonic anhydrases ที่ได้มาจาก Ni2+, Mn2+, Cr3+ และ Fe3+ ปฏิกิริยาการเติมของ Zn2+ จะได้ผลลัพธ์ที่รวดเร็วแต่ไม่จำเป็นต้องสมบูรณ์มากเท่ากับ Zn(II)CA
ในสารประกอบที่มีความซับซ้อนมากขึ้นนั้นจะต้องพิจารณาในหลายประการ คือ
1. พฤติกรรมของสารจะไม่คงที่และมีความเสถียรน้อย ข้อมูลของ MCA แสดงให้เห็นว่า Ni(II)CA และหลังจากปฏิกิริยาการเติมของ Zn2+ จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ของ p-NPA ที่ดีขึ้น
2. อัตราการแลกเปลี่ยนที่รวดเร็วของ Zn2+ จาก Metalloenzyme โดยปฏิกิริยาการเติม Zn2+ จะทำให้การเกิดปฏิกิริยานั้นช้าลง เช่นเดียวกันกับการแลกเปลี่ยนที่รวดเร็วของ Mn2+ จาก Metalloprotein โดย Zn2+
3. การพิจารณาจลนศาสตร์และอุณหพลศาสตร์ในการอธิบายพฤติกรรมของ Metallocarbonic anhydrases
จากการทดลองสามารถสรุปได้ดังนี้
Zn2+, Co2+, Cu2+ และ Cd2+ บริเวณ active site ของ apoCA ในขณะที่ โลหะอะตอมกลางของ Ni2+, Cr2+ และ Fe3+ บน active site นั้นจะเกิดปฏิกิริยาช้าหรือมีการแลกเปลี่ยนด้วย Zn2+ หรือทั้งสองอย่าง
สามารถสร้างไอออนโลหะอะตอมกลางเพื่อให้การทำงานของเอนไซม์บน active site นั้นทำงานได้โดยการอาศัยเทคนิคทางสเปกโตสโกปี เทคนิคที่ไม่จำเป็นสำหรับการศึกษานี้ ตัวอย่าง เช่น เมื่อพิจารณาไอออนโลหะสีไปเปรียบเทียบการดูดซับจากสเปกตรัมในช่วงคลื่นวิสสิเบิ้ล
ระบบ ion-apoCA และระบบอื่น ๆ เช่น Cu(II)CA, Mn(II)CA และ VO(IV)CA สามารถทดสอบได้ด้วยอิเล็กตรอนพาราแมกนีติกเรโซแนนซ์เพื่อให้มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือได้
สรุปผลการวิจัย
ศักยภาพของตัวเร่งที่มี เอนไซม์ Carbonic anhydrases จะหายไปเมื่อมีการกำจัดของไอออนประจุคู่ของสังกะสี ซึ่งความสามารถนี้สามารถเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับของสาร Zn2+ ได้ เพื่อให้ได้ ส่วนประกอบโปรตีนร่วมกับ coenzyme เป็นเอ็นไซม์ที่สมบูรณ์ แม้ว่าหลายโลหะอื่นๆ จะสามารถจับกับโปรตีนที่ตำแหน่งที่ว่องไวต่อปฎิกิริยาซึ่งมีเพียง Zn 2+ หรือ Co 2+ ที่เป็นโลหะอะตอมกลาง ที่เกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่สำคัญ แบ่งเป็นสองลักษณะของไอออนโลหะที่ปรากฏจะมีผลกระทบโดยตรงต่อปฏิกิริยาคือ (1) ขนาดและ (2) ขึ้นอยู่กับ tetrahedral geometry
การยอมรับ
การสนับสนุนบางส่วนจากมหาวิทยาลัยวิลลาแมทท์ผ่านการวิจัยแอตกินสันในฤดูร้อน แกรนท์ได้รับการยอมรับอย่างมากพร้อมกับได้ทุนในการช่วยเหลือจากซิกม่าจิน
เพื่อนๆอ่านเเล้วพอเข้าใจที่เราเเปลไหมค่ะ
Can the binding of these metal ions to apoCA be described in any more detail? The simple experimental procedure of adding a small aliquot of Zn(II) to the inactive carbornic anhydrase and monitoring for p-NPA activity provides partial resolution to the question raised.
Those metal ions that (1) bind rapidly and sufficiently strongly to the apo-enzyme and (2) do not undergo rapid exchange with Zn2+ will exhibit no immediate p-NPA activity. Both Cu(II)CA and Cd(II)CA behave in this way, as can be seen in Table 3 and Figure 2.
For carbornic anhydrase systems derived from Ni(II), Mn(II), Cr(III) and Fe(III), the addition of Zn(II) results in rapid, although not necessarily, complete formation of Zn(II)CA.
The interpretation is more complex.
One cannot simply correlate this behavior with relatively small stability constants for MCA .
The formation of MCA may be slow, as is the case with Ni(II)CA(16), and the subsequent addition of Zn2+ to the M-apoCA mixture results in the develops because the MCA did not have sufficient time to form to an appreciable extent.
The second possibility to be considered is the rapid exchange rate of M of Zn2+ from the metalloenzyme.
The activity associated with Mn(II)CA after the addition of Zn2+ is undoubtedly a result of both slow formation of Mn(II)CA as well as fast exchange of Mn2+ from the metalloproteion by Zn2+ (17), Certainly, kinetic interpretations must be considered along with thermodynamics in describing the behavior of metallocarbonic anhydrases.
Based solely on the experimental evidence contained herein, on can conclude that Zn(II), CO(II), Cu(II), and Cd(II) bind at the active site of apoCA, while the coordination of Ni(II), Cr(III), and Fe(II), if at the active site, are either slow, or susceptible to facile exchange with Zn(II), or both
___________________________________________________________________________
One can establish if a given metal ion is coordinated to the enzyme at the active site by relying on various other spectroscopic techniques that are not necessarily recommended for this study. For example, when considering colored metal ions, one might compare the visble absorption spectrum of the metal ion-apoCA system to that of the simple aquated metal ion (1c,7). Other systems, such as Cu(II)CA, Mn(II) and VO(IV)CA can be examined with epr to provide convincing evidence of direct metal ion coordination at the active site (15)
¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ Conclusions
The catalyzing potential of carbonic anhydrase is lost upon removal of the divalent zinc ion. This capability can be restored by reintroducing Zn2+ to the apoenzyme. Although several other metal ions can bind to the protein at the active site, only the Zn(II) or Co(II) coordination restores significant biochemical activity. Two metal ion characteristics that appear to have a direct bearing on this behavior are(1) size and (2) the propensity for assuming a distorted tetrahedral geometry.
Acknowledgment
Partial support from Willamette University through an Atkinson Summer Research Grant is gratefully acknowledged, along with a grant-in-aid from sigma Xi.
_____________________________________________________________________________________________________________
สารประกอบเชิงซ้อนของ Cu2+, Ni2+, Cd2+, Mn2+, Cr3+, Fe3+ทั้งหมดเป็นไอออนโลหะ ซึ่งสามารถอธิบายได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้ เช่น ขั้นตอนในการเติม Zn2+ใน Carbonic anhydrases จะเกิดความเฉื่อยและจะสามารถตรวจหา p-NPA ได้บางส่วนเท่านั้น ไอออนโลหะเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วและมีมากเกินพอในการให้ apo-enzyme และไม่สามารถแลกเปลี่ยน Zn2+ ได้บนปฏิกิริยาของ p-NPA และค่าของ Cu(II)CA และ Cd(II)CA จะเป็นไปตามตารางที่ 2 และรูปภาพที่ 2
สำหรับระบบของ Carbonic anhydrases ที่ได้มาจาก Ni2+, Mn2+, Cr3+ และ Fe3+ ปฏิกิริยาการเติมของ Zn2+ จะได้ผลลัพธ์ที่รวดเร็วแต่ไม่จำเป็นต้องสมบูรณ์มากเท่ากับ Zn(II)CA
ในสารประกอบที่มีความซับซ้อนมากขึ้นนั้นจะต้องพิจารณาในหลายประการ คือ
1. พฤติกรรมของสารจะไม่คงที่และมีความเสถียรน้อย ข้อมูลของ MCA แสดงให้เห็นว่า Ni(II)CA และหลังจากปฏิกิริยาการเติมของ Zn2+ จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ของ p-NPA ที่ดีขึ้น
2. อัตราการแลกเปลี่ยนที่รวดเร็วของ Zn2+ จาก Metalloenzyme โดยปฏิกิริยาการเติม Zn2+ จะทำให้การเกิดปฏิกิริยานั้นช้าลง เช่นเดียวกันกับการแลกเปลี่ยนที่รวดเร็วของ Mn2+ จาก Metalloprotein โดย Zn2+
3. การพิจารณาจลนศาสตร์และอุณหพลศาสตร์ในการอธิบายพฤติกรรมของ Metallocarbonic anhydrases
จากการทดลองสามารถสรุปได้ดังนี้
Zn2+, Co2+, Cu2+ และ Cd2+ บริเวณ active site ของ apoCA ในขณะที่ โลหะอะตอมกลางของ Ni2+, Cr2+ และ Fe3+ บน active site นั้นจะเกิดปฏิกิริยาช้าหรือมีการแลกเปลี่ยนด้วย Zn2+ หรือทั้งสองอย่าง
สามารถสร้างไอออนโลหะอะตอมกลางเพื่อให้การทำงานของเอนไซม์บน active site นั้นทำงานได้โดยการอาศัยเทคนิคทางสเปกโตสโกปี เทคนิคที่ไม่จำเป็นสำหรับการศึกษานี้ ตัวอย่าง เช่น เมื่อพิจารณาไอออนโลหะสีไปเปรียบเทียบการดูดซับจากสเปกตรัมในช่วงคลื่นวิสสิเบิ้ล
ระบบ ion-apoCA และระบบอื่น ๆ เช่น Cu(II)CA, Mn(II)CA และ VO(IV)CA สามารถทดสอบได้ด้วยอิเล็กตรอนพาราแมกนีติกเรโซแนนซ์เพื่อให้มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือได้
สรุปผลการวิจัย
ศักยภาพของตัวเร่งที่มี เอนไซม์ Carbonic anhydrases จะหายไปเมื่อมีการกำจัดของไอออนประจุคู่ของสังกะสี ซึ่งความสามารถนี้สามารถเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับของสาร Zn2+ ได้ เพื่อให้ได้ ส่วนประกอบโปรตีนร่วมกับ coenzyme เป็นเอ็นไซม์ที่สมบูรณ์ แม้ว่าหลายโลหะอื่นๆ จะสามารถจับกับโปรตีนที่ตำแหน่งที่ว่องไวต่อปฎิกิริยาซึ่งมีเพียง Zn 2+ หรือ Co 2+ ที่เป็นโลหะอะตอมกลาง ที่เกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่สำคัญ แบ่งเป็นสองลักษณะของไอออนโลหะที่ปรากฏจะมีผลกระทบโดยตรงต่อปฏิกิริยาคือ (1) ขนาดและ (2) ขึ้นอยู่กับ tetrahedral geometry
การยอมรับ
การสนับสนุนบางส่วนจากมหาวิทยาลัยวิลลาแมทท์ผ่านการวิจัยแอตกินสันในฤดูร้อน แกรนท์ได้รับการยอมรับอย่างมากพร้อมกับได้ทุนในการช่วยเหลือจากซิกม่าจิน