Proteína de ferro-xofre

As proteínas de ferro-xofre son proteínas caracterizadas pola presenza de centros ou clusters de ferro-xofre que conteñen centros con dous, tres e catro ións ferro ligados a sulfuro en estados de oxidación variables. Os centros de ferro-xofre encóntranse en diversas metaloproteínas, como as ferredoxinas, así como na NADH deshidroxenase, hidroxenases, coencima Q – citocromo c redutase, sucinato – coencima Q redutase e nitroxenase.S. J. Lippard, J. M. Berg “Principles of Bioinorganic Chemistry” University Science Books: Mill Valley, CA; 1994.  . Os centros de ferro-xofre son mellor coñecidos polo su papel nas reaccións de oxidación-redución de transporte de electróns en mitocondrias e cloroplastos. Os complexos I e II da fosforilación oxidativa teñen múltiples centros Fe–S. Teñen ademais outras moitas funcións como a catálise, como se ilustra coa aconitase, xeración de radicais como se exemplifica cos encimas dependentes da SAM, e a doazón de xofre na biosíntese de ácido lipoico e biotina. Ademais, algunhas proteínas de Fe–S regulan a expresión xénica. As proteínas Fe–S son vulnerables ao ataque por óxido nítrico bioxénico, formando complexos dinitrosil ferro. Na maioría das poteínas de Fe–S, os ligandos terminais sobre o Fe son tiolatos, mais hai excepcións.

A frecuente presenza destas proteínas nas rutas metabólicas da maioría dos organismos levou a algúns científicos a teorizar que os compostos de ferro-xofre tiveron un papel significativo na orixe da vida na teoría do mundo de ferro-xofre.

 Motivos estruturais 

En case todas as  proteínas de Fe–S, os centros de Fe son tetraédricos e os ligandos terminais son centros de xofre de tipo tiolato de residuos cisteinil. Os centros sulfuro son de coordinación 2 ou 3. Os tres tipos máis comúns de centros ou clusters Fe–S son:

 Centros 2Fe–2S 

miniatura|220px|Centros 2Fe–2S
O sistema polimetálico máis simple é o centro ou cluster [Fe2S2], que está constituído por dous ións ferro unidos por dous ións sulfuro e coordinados por catro ligandos cisteína (nas ferredoxinas Fe2S2) ou por dúas  cisteínas e dúas histidinas (nas proteínas de Rieske). As proteínas oxidadas conteñen dous ións Fe3+, mentres que as proteínas reducidas conteñen un ión Fe3+ e outro Fe2+. Estas especies poden estar en dous estados de oxidación: (FeIII)2 e FeIIIFeII. O dominio de ferro xofre CDGSH está tamén asociado cos centros 2Fe-2S.

 Centros 4Fe–4S 

Un motivo común presenta catro ións ferro e catro ións sulfuro situados nos vértices dun centro con forma de cubo. Os centros de Fe están tipicamente coordinados ademais con ligandos cisteinil. As proteínas de transferencia de electróns [Fe4S4] (ferredoxinas [Fe4S4]) poden ser subdivididas en ferredoxinas de baixo potencial (o tipo bacteriano) e de alto potencial (HiPIP). As ferredoxinas de baixo e alto potencial están relacionadas polo seguinte esquema redox:


Nas HiPIP o centro oscila entre os estados [2Fe3+, 2Fe2+] (Fe4S42+) e [3Fe3+, Fe2+] (Fe4S43+). Os potenciais para esta parella redox van de 0,4 a 0,1 V. Nas ferredoxinas bacterianas, o par de estados de oxidación é [Fe3+, 3Fe2+] (Fe4S4+) e [2Fe3+, 2Fe2+] (Fe4S42+). Os potenciais para esta parella redox van de −0,3 a −0,7 V. As dúas familias de centros 4Fe–4S comparten o estado de oxidación Fe4S42+. A diferenza observada nas parellas de oxidación atribúese á cantidade de enlaces de hidróxeno, que afectan aos ligandos tiolato da cisteína. Outra parella redox que é aínda máis redutora que as ferredoxinas bacterianas atopámola na nitroxenase.

Algúns centros 4Fe–4S únense a substratos e son, por tanto, clasificados como cofactores encimáticos. Na aconitase, o centro Fe–S únese ao aconitato no centro de Fe que carece de ligando tiolato. O centro non sofre reacción redox, mais serve como un catalizador ácido de Lewis que converte o citrato en isocitrato. En encimas de radical SAM, o centro únese e reduce a S-adenosilmetionina para xerar un radical, que está implicado en moitas biosínteses.

 Centros 3Fe–4S 

As proteínas poden conter tamén centros [Fe3S4], que presentan un ferro menos que os máis comúns [Fe4S4]. Tres ións sulfuro enlazan cada un dous ións de ferro, mentres que o cuarto ión sulfuro enlaza tres ións de ferro. Os seus estados de oxidación formais poden variar de [Fe3S4]+ (forma todo-Fe3+) a [Fe3S4]2− (forma todo-Fe2+). En varias proteínas de ferro-xofre, o centro [Fe4S4] pode ser convertido reversiblemente por oxidación e perda dun ión ferro a un centro [Fe3S4]. Por exemplo, a forma inactiva da aconitase posúe un [Fe3S4] e actívase pola adición de Fe2+ e un redutor.

 Outros centros Fe–S 

Existen outros sistemas polimetálicos máis complexos. Exemplos son os centros 8Fe e os 7Fe da nitroxenase. Na monóxido de carbono deshidroxenase e na [FeFe]-hidroxenase tamén existen centros Fe–S pouco comúns. En [NiFe] hidroxenases unidas a membrana tolerantes ao oxíxeno encóntrase un centro especial coordinado por 6 cisteínas de tipo [Fe4S3].

miniatura|Estrutura do centro ou cluster FeMoco na nitroxenase. O centro está ligado á proteína polos residuos de aminoácidos cisteína e histidina.

 Biosíntese 

A biosíntese de centros de Fe–S foi ben estudada.Johnson, M.K. and Smith, A.D. (2005) Iron–sulfur proteins in: Encyclopedia of Inorganic Chemistry (King, R.B., Ed.), 2nd edn, John Wiley & Sons, Chichester.
Onde se estudou máis extensamente a bioxénese dos centros de Fe-S foi nas bacterias Escherichia coli e Azotobacter vinelandii e no lévedo Saccharomyces cerevisiae. Ata agora identificáronse polo menos tres sistemas biosintéticos diferentes, chamados nif, suf, e isc, que se identificaron primeiramente en bacterias. O sistema nif é responsable dos centros presentes no encima nitroxenase. Os sistemas suf e isc son máis xerais.

O sistema isc de lévedos é o mellor descrito. Varias proteínas constitúen a maquinaria biosintética por medio da ruta isc. O proceso ocorre en tres grandes etapas:
Primeiro o centro Fe-S ensámblase nun armazón proteíco e despois transfírese o centro ou cluster preformado ás proteínas receptoas.
A primeira etapa deste proceso ocorre no citoplasma dos organismos procariotas ou nas mitocondrias dos eucariotas. Nos organismos superiores os centros Fe-S son despois transportados fóra da mitocondria para que se incorporen a encimas extramitocondriais. Estes organismos tamén posúen un conxunto de proteínas dedicadas ao transporte dos centros Fe-S e aos procesos de incorporación que non son homólogas ás proteínas atopadas en sistemas procariotas.

 Análogos sintéticos 
Os análogos sintéticos dos centros Fe–S naturais foron descubertos primeiramente por Holm e colegas. O tratamento de sales de ferro cunha mestura de tiolatos e sulfuro dá lugar a derivados como (Et4N)2Fe4S4(SCH2Ph)4].

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Química bioinorgánica
 Proteína de unión ao ferro
 Mitosoma

 Bibliografía 







 Ligazóns externas 

Exemplos de centros ferro-xofre

Categoría:Proteínas ferrosulfuradas
Categoría:Proteínas periféricas de membrana
Categoría:Estrutura das proteínas
Categoría:Compostos de ferro
Categoría:Compostos de xofre
Categoría:Metaloproteínas