Wednesday, May 16, 2007

Química bioinorgánica del Manganeso

El manganeso II se encuentra en una gran variedad de enzimas tales como la piruvato carboxilasa y la oxaloacetato descarboxilasa, donde funciona principalmente como un ácido de Lewis, además se encuentra presente en la superóxido dismutasa que ha sido aislada de una variedad de organismos y en la diamina oxidasa. El manganeso es requerido para la evolución fotosintética del oxígeno. También aparentemente, juega un papel importante en muchos procesos metabólicos como el crecimiento de los huesos, tolerancia a la glucosa, reproducción y desarrollo del oído interno. El manganeso participa en varios procesos biológicos incluyendo: desproporción del peróxido, síntesis de desoxyribonucleótidos, excreción de nitrógeno vía el ciclo de la urea, metabolismo de la energía en thiobacilli, producción fotosintética de dioxígeno a partir de agua, etc. La mayoría de los sistemas enzimáticos contienen un par de iones Mn puenteados por ligante en el sitio activo, y en el caso de la oxidasa de agua, es un sitio tetranuclear de Mn. Es intuitivo que la actividad de Mn en el sitio catalítico de las enzimas debe depender de las propiedades intrínsecas del manganeso en sí y de la manera en que las enzimas controlan la reactividad a través de la coordinación. Es particularmente importante la preferencia de enlace, la cinética de intercambio de ligantes, propiedades redox y de transferencia de electrones así como la acidez de lewis.

Aunque los complejos de manganeso han sido caracterizados en 8 estados de oxidación formales (desde 0 hasta +7), para las enzimas sólo están permitidos los estados +2, +3 y +4. El Mn+2 generalmente prefiere unirse a 6 ligantes arreglándose en una geometría octaédrica para minimizar las repulsiones entre los ligantes. Para ligantes neutros y pequeños se puede expandir a # de coordinación 7 dando como resultado una geometría de bipirámide trigonal. El Mn+3 y el Mn+4 prefieren coordinarse a 6 átomos pequeños como por ejemplo los de la segunda fila de la tabla periódica (N, O, F). El Mn+3 también puede pentacoordinarse y dar complejos con geometría de pirámide de base cuadrada.

La capacidad del manganeso para participar en reacciones de intercambio de ligantes es relevante para el intercambio de sustratos en las manganoenzimas. El mecanismo de intercambio es más asociativo que disociativo, reflejando así la facilidad con la que el manganeso puede expandir su # de coordinación a 7. En el caso del Mn+3, como presenta una gran distorsión de Jahn- Teller, el intercambio de ligantes no es equivalente.

Entre las principales manganoenzimas se encuentran la superóxido dismutasa y la piruvato carboxilasa. Una mutasa es un tipo de enzima que inicia la reorganización de los átomos en una molécula y la función primaria de la SOD es convertir al radical libre superóxido (O2) en peróxido de hidrógeno, un radical libre menos dañino. Entre los radicales libres, el superóxido es el más poderoso y peligroso. Esto es porque debido a su estructura química requiere 3 electrones para reequilibrarse.

M(n+1)+ − SOD + O2− → Mn+ − SOD + O2
Mn+ − SOD + O2− + 2H+ → M(n+1)+ − SOD + H2O2.
Donde M = Cu (n=1); Mn (n=2); Fe (n=2); Ni (n=2).
La piruvato carboxilasa es una enzima del ciclo de Krebs que en la gluconeogénesis permite la formación de fosfoenol piruvato a partir de piruvato, es la reacción reversa de la piruvato cinasa. Esta reacción, es endergónica y necesita energía. Para ello primero hay que convertir al piruvato en oxaloacetato que es un intermediario de alta energía cuya descarboxilación exergónica provee la energía necesaria para la síntesis de fosfoenol piruvato. La piruvato carboxilasa cataliza la primera reacción (conversión a oxaloacetato), la segunda la cataliza la fosfoenol piruvato carboxicinasa (formación de fosfoenol piruvato). El proceso se lleva a cabo en dos etapas, activación del CO2 y carboxilación

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