Pengaruh Enzim dalam Managemen Dioksigen

Enzim adalah suatu protein besar yang mengkatalis reaksi-reaksi biokimia,

terkadang laju reaksi meningkat dengan faktor-faktor sebesar 1012 melebihi model

reaksi yang sesuai, seperti kebanyakan protein mereka sebenarnya adalah polipeptida.

Enzim memiliki berat molekul yang sangat besar dan substrat untuk reaksi enzimatik

umumnya kecil sehingga hanya dapat berinteraksi dengan sebagian kecil dari enzim.

Dalam struktur enzim, bagian ini disebut sisi aktif dan sering dalam bentuk celah, atau

kantung. Metalloenzim adalah enzim dengan ion logam yang berfungsi sebagai pusat

aktif. Enzim diberi nama setelah reaksi yang mereka lakukan, contohnya ATP-ase

menghidrolisis ATP, hidrolase melakukan hidrolisis katalis asam dan oksidase yang

terlibat dalam reaksi redoks.

Salah satu syarat untuk hidup enzim adalah pemeliharaan molekul dalam

keadaan tereduksi meskipun mereka terpapar suasana oksidasi. Persyaratan lebih lanjut

adalah produksi energi yang diperoleh dengan respirasi dimana dioksigen direduksi

menjadi air. Hal ini dapat dikatalisis oleh sitokrom c oksidase seperti dijelaskan pada

bab sebelumnya. Dioksigen dapat direduksi melalui serangkaian transfer suatu elektron

(Gambar 5.1). Anion superoksida dan peroksida merupakan oksidator kuat dan

memberikan ancaman untuk kehidupan, oleh karena itu perlu untuk dihilangkan. Dua

metode utama yang tersedia untuk menghilangkan hidrogen peroksida yaitu

disproporsionasi dan reduksi.

Gambar. 5.1 Reduksi oksigen (direproduksi dengan izin dari Gauthier-Vilas).

Pertama yaitu dikatalisis oleh katalase dan yang terakhir oleh peroksidase-kedua spesies

ini adalah enzim haemprotein. dismutase superoksida (SODs) mengkatalisis reaksi

berikut      

2O2- + O2 H2O2 + O2

dengan hidrogen peroksida yang dihasilkan kemudian dihilangkan oleh katalase.

5.1 Dismutase Superoksida

Salah satu keberadaan dismutase superoksida yaitu sebagai metalloenzim inti

tunggal atau inti ganda. Struktur kristal sinar-X dari besi inti tunggal (contohnya,

Pseudomonas ovalis) dan mangan (contohya, Bacillus thearothermophilus) SOD dan

dari tembaga-seng BESOD inti heterogen telah dipecahkan.

Struktur sisi koordinasi dalam komponen inti tunggal sama dan menunjukkan

logam dari 4-koordinasi dengan tiga residu histidin dan satu residu tirosin (Gambar 5.2)

geometrinya dapat digambarkan sebagai bipiramida trigonal yang terdistorsi dengan

satu sisi kiri apikal yang kosong (bagian entatik). Tidak ada molekul air yang tersedia

dan jarak terdekat dengan atom besi berikutnya sejauh 18A. Sebaliknya pada Mn SOD

terisolasi.

Gambar. 5.2 Representasi skematis dari sisi SODs inti tunggal.

dari Thermus thermophilus, adanya kehadiran molekul air di sisi apikal.

Mekanisme kerja dari SODs inti tunggal tidak jelas, tetapi untuk sistem besi dapat

terjadi rangkaian seperti berikut:

             LFe (II) + O2O2 + LFe (III)

             LFe (III) + H2O2O2 + LFe (II) + 2H +

Struktur Cu-Zn BESOD (Gambar 5.3) menunjukkan bahwa koordinasi pada

tembaga(II) piramida square terdistorsi dengan tiga histidin, satu molekul air dan

jembatan residu imidazolate dari His-61 yang terbagi dengan seng. Zn bergeometri

tetrahedral, koordinasi akan menjadi sempurna dengan penambahan dua histidin dan

residu aspartat. Pemisahan tembaga(II)-Zn adalah 5,4A. Ion tembaga merupakan pusat

katalitik dan ion Zn memiliki peran penyokong struktural. Hal ini dapat ditunjukkan

dengan menghilangkan logam untuk mendapatkan apoprotein dan membangunnya

kembali dengan logam yang berbeda. Setiap derivatif yang mempertahankan tembaga (II)

di sisi asal hampir tetap beraktivitas penuh dan tidak ada derivatif aktif dimana

tembaganya telah diganti.

Gambar. 5.3 situs heterobimetallik di Cu-Zn BESOD (direproduksi dengan izin dari

Elsevier).

Mekanisme yang diusulkan untuk aktivitas enzimatik dari BESOD (Gambar 5.4)

mengharuskan bahwa superoksida menggantikan molekul air dalam tembaga(II). Ikatan

superoksida mereduksi tembaga(II) menjadi tembaga(I) dengan pembelahan simultan dari ikatan

antara tembaga dengan His-61. Dioksigen dilepaskan dan superoksida kedua berikatan dengan

tembaga(I). Posisi satu atom O untuk membentuk ikatan hydrogen dengan diprotonasi oleh

imidazole dari His-61. Transfer elektron dari tembaga(I) dipasangkan dengan transfer proton dari

His-61 yang membentuk tembaga-hidroperoksida yang mengambil hidrogen kedua dari sisi aktif

air untuk melepaskan hidrogen peroksida.

     Gambar. 5.4 Mekanisme yang diusulkan untuk pergerakan dari BESOD.

Pengamatan yang menarik adalah bahwa besi dan mangan SODs berada di prokariotik

(organisme dimana intinya tak diketahui) dan Cu-Zn BESOD pada eukariotik (organisme dimana

inti diketahui). Hal ini adalah gambaran penggantian dari enzim besi yang beresiko menjadi

enzim tembaga yang aman.

Sejumlah kompleks tembaga(II) yang dijembatani oleh imidazolat telah disintesis oleh

Stephen Lippard dan rekan kerjanya. Pusat dicopper yang dipilih sebagai contoh adalah

Cu2BESOD yang memiliki aktivitas yang sama dengan Cu-ZnBESOD. Nilai dari kompleks yang

disintetis ditunjukkan dalam sifat magnetiknya. Kedua atom tembaga (II) dalam enzim

homodinuklear merupakan anti ferromagnetik yang digabungkan (J = -26cm-1) dan dalam model

ini nilainya bervariasi dari 0 sampai -87cm-1 . Sebagai contoh ditunjukkan, [Cu (pip)] 2 (imid) 3+

dan [(TMPT)2Cu2 (imid) (ClO4) 2]+ nilainya masing-masing -26,9 dan -25,8 cm-1.

Gambar struktur

5.2 Peroksidase dan katalase

Peroksidase dan katalase digunakan dalam penghilangan peroksida, keduanya

mempunyai kesamaan yang kuat tidak hanya pada fungsi, tetapi juga dalam perlakuan

mekanismenya.

H2O2 + SubH2 2H2O + Sub peroksidase

H2O2 + H2O2 2H2O + O2 katalase

Haem peroksidase dan katalase

Peroksidase tanaman lobak, (HRP), yang terdapat dalam akar tanaman lobak memiliki

sisi aktif yaitu atom besi (III) dari protoporfirin IX. Sisi koordinasi kelimanya ditempati oleh

atom nitrogen dari histidin dan sisi keenamnya kosong atau mengandung molekul air. Besi (III)

merupakan jenis spin tinggi pada pH rendah dan spin rendah pada pH tinggi.

Setelah terjadi reaksi dengan hidrogen peroksida, besi mengalami oksidasi pada dua

elektron untuk HRP-I hijau yang kemudian akan berkurang satu elektron pada setiap langkah

menuju ke HRP-II merah. Sulit untuk mengungkap mekanisme dari HRP sebagai bukti

spektroskopi kolektif yang menunjukkan bahwa kedua HRP-I dan HRP-II mengandung spin

rendah jenis oxoiron (IV) yang jenisnya hampir tidak dikenal dalam kimia dari besi. Reaksi ini

juga menunjukan bahwa HRP-I memiliki kation radikal porfirin. Skema untuk reaksi peroksidase

digambarkan pada Gambar. 5.5. Selain komponen-komponen pada skema tersebut terdapat juga

jenis ketiga yaitu HRP-II [P-Fe(II)O2] yang merupakan analogi dari oxymioglobin yang

dihasilkan ketika peroksidase yang diperlakukan dengan kelebihan peroksida hidrogen.

Skema kerja

Struktur kristal dari ragi Sitokrom C Peroksidase (CCP) telah menunjukkan bahwa sisi

aksial ditempati oleh histidin dan air. CCP bereaksi dengan peroksida untuk memotong ikatan O-

O dan menghasilkan senyawa I yang analog untuk HRP-I. Senyawa I kemudian dikurangi dalam

dua langkah berturut-turut oleh sitokrom c. Seperti dalam intermediat HRP yang melibatkan besi

(IV) abstraksi elektron terjadi dari rantai samping asam amino daripada porfirin heme tersebut.

Dalam struktur senyawa I kepadatan elektron didekat pola besi menegaskan saran dari data

EXAFS bahwa ada interaksi yang kuat antara Fe (IV)=O (-1,67 Å).

Tipe lain dari peroksidase haem-besi adalah kloroperoxidase yang mengkatalisis oksidasi

ion klorida dalam halogenasi dari berbagai substrat yang memanfaatkan sebuah intermediate

oxoiron (IV).

Cl- + H2O2 ClO- + H2O

Struktur kristal katalase dari hati sapi menunjukkan bahwa atom besi (III) mempunyai

lima koordinasi dengan residu tirosin dan menempati satu posisi aksial dan posisi aksial yang

kedua kosong. Meskipun struktur lengkap dari perlakuan mekanisme katalasenya tidak jelas.

Max Perutz teringat dengan pertanyaan David Keilin ; "Hemoglobin, peroksidase dan

katalase semua berisi haem yang sama. Apa yang memberi mereka sifat-sifat yang sangat

berbeda? Akan tetapi saya tidak mengerti. Seandainya saya tahu saya akan menjawab, sifat yang

membedakan mungkin karena efek elektrostatik yang berbeda yang digunakan pada haem oleh

protein yang berbeda. Didalam semua haemprotein, haembesi melekat ke protein dengan asam

amino residu histidin dalam hemoglobin dan peroksidase, tirosin dalam katalase, sistein dalam

sitokrom P-450 dan sehingga hal itu menarik untuk dipikirkan bahwa sifat yang berbeda

berkaitan dengan perbedaan kerapatan elektron pada logam dan efek elektrostatik yang berbeda

yang disebabkan oleh lingkungan protein yang berbeda.

Vanadium bromoperoksidase

Vanadium bromoperoksidase (V-BrPA) telah diisolasi dari ganggang coklat dan merah.

Mereka mengkatalisis reaksi oksidasi dari bromida oleh peroksida hidrogen dan pembentukan

secara bersama ikatan karbon-halogen, atau jika tidak ada substrat organik, generasi dioksigen

tunggal terjadi dari disproporsionasi bromida yang dibantu oleh peroksida hidrogen. Berbeda

dengan haloperoksidase haembesi yang sesuai, produksi dioksigen hanya terjadi dalam anion

bromida atau iodida. Selektivitas oksidasi halida dari V-BrPO pertama kali dianggap terbatas

pada bromida atau iodida tetapi sekarang diketahui bahwa V-BrPO dapat mengkatalisis reaksi

oksidasi klor dengan hidrogen peroksida yang mengarah ke klorinasi dari substrat organik yang

dipilih.

Penelitian EPR telah menunjukkan bahwa logam memberikan sifat seperti vanadium(V),

ketika logam direduksi menjadi vanadium (IV) yang menyatakan bahwa enzim kehilangan

aktivitas brominatingnya. Studi EXAFS menunjukkan bahwa dalam daerah oktahedral terdistorsi

dengan dua atom nitrogen histidin dan satu kelompok okso yang terikat dengan logam, tiga sisi

yang tersisa yang kemungkinan dapat ditempati oleh tiga atom oksigen dari asam amino yang

belum ditentukan. Skema untuk reaksi yang terjadi dapat dilihat (Gambar 5.6). Namun sifat yang

tepat dari 'intermediate' tidak terbentuk dan peran yang tepat dari logam belum diketahui.

Skema kerja

Vanadium dapat bertindak sebagai katalis transfer elektron atau katalis asam Lewis,

selain itu mungkin juga vanadium merupakan peroksida dan bukan logam yang terlibat dalam

reaksi.

5.3 Oksidase dan oksigenase

Oksidase mengkatalisis transfer elektron untuk dioksigen yang direduksi menjadi

superoksida, peroksida, atau air. Oksigenase mengkatalisis reaksi di mana atom-atom dioksigen

dimasukkan ke dalam substrat organik. Dalam monooksigenase atom oksigen yang pertama

dimasukkan, yang kedua atom oksigen direduksi dalam air, dan dalam dioksigenase kedua atom

oksigen dimasukkan ke dalam substrat. Dioksigen, inert secara kinetik dan membutuhkan

aktivasi dengan cara mengikat pusat logam yang bervalensi rendah, contohnya besi(II) atau

tembaga(I). Kontrol transfer densitas elektron dari logam ke dioksigen ditentukan oleh peran

biologis metalloprotein atau metalloenzim, hal ini menentukan apakah akan berfungsi sebagai

pembawa oksigen, oksidase, atau dalam reaksi hidroksilasi oksigenase.

Oksidase

Haemoksidase, sitokrom c oksidase, oksidasi lakase tembaga biru dan oksidasi askorbat telah

dijelaskan pada Bab 4. Reaksi-reaksi diatas semuanya mengalami pengurangan empat-elektron

dioksigen dalam air dan bersamaan dengan reaksi oksidasi substrat oleh enzim tembagaenzim

tembaga. Askorbat oksidase mengoksidasi L-askorbat menjadi dehidroaskorbat, dan lakase tetapi

kurang spesifik dan juga mengoksidasi berbagai substrat khususnya p-fenol menjadi kuinon.

Terdapat tembaga non-blue oksidase yang lainnya. Amina oksidase mengkatalisis

deaminasi oksidatif dari amina biologi menghasilkan aldehida, hidrogen peroksida, dan amonia.

RCN2NH2 + O2 RCHO + H2O2 + NH3

Sisi tembaga telah ditunjukkan oleh EPR mengandung setidaknya dua atom nitrogen,

kemungkinan berasal dari histidin, tetapi tidak dipungkiri juga bahwa tembaga sebenarnya

mengaktifkan oksigen. Galaktosa oksidase mengkatalisis reaksi oksidasi dari alkohol primer ke

aldehid yang sesuai dengan mereduksi dioksigen menjadi hidrogen peroksida. Sisi tembaga

(Gambar 5.7), seperti diungkapkan menggunakan kristalografi Sinar-X oleh Simon Phillips dan

rekan kerjanya, hal ini tidak biasa dan cukup berbeda dari yang ditemukan untuk enzim oksidatif

tembaga oksidasi askorbat dan dismutase superoksida. Atom tembaga(II) (Tipe II)

dikoordinasikan oleh dua histidines pada posisi ekuatorial (pada 2.11 dan 2.15Å), dua tirosin

(satu aksial pada 2.69Å dan satu ekuatorial pada 1.94Å), dan anion asetat (pada 2.27Å) di

lingkungan piramida square terdistorsi. Anion asetat (yang timbul dari penggunaan buffer asetat

pada pH 7,0) dapat ditempati kembali oleh molekul air pada pH 7,0 yang merupakan wilayah pH

di mana oksidasi ini aktif. Molekul air ini merupakan c 2.8Å dari tembaga dan geometri yang

sangat menyimpang ini dapat menyebabkan situasi entatik menuju serah-terima elektron yang

lancar pada reaksi redoks antara tembaga(II) dan tembaga(I) setelah penambahan substrat.

Selanjutnya D-galaktosa, substrat, dapat menggantikan air dan mengikatnya pada posisi

ekuatorial.

Monooksigenase

Aktivitas monooksigenase dapat terjadi pada mono- atau sisi logam inti ganda; hal ini

diperlihatkan oleh sitokrom P-450, enzim haem mononuclear, tirosin, enzim tembaga inti ganda,

dan metana monooksigenase, sebuah enzim non-haem besi inti ganda.

Sitokrom P-450

Sitokrom P-450 ini merupakan enzim haem yang bertindak sebagai mono-oksigen dan

menggunakan dioksigen untuk mengkatalisis reaksi hidroksilasi aromatik dan alifatik serta

berbagai reaksi-reaksi oksidasi lainnya. Nama enzim berasal dari fakta bahwa penambahan

karbon monoksida memiliki pita serapan pada panjang gelombang 450nm. Reaksi ini

membutuhkan donor hidrogen seperti NADH atau flavin, dengan dilambangkan oleh AH2.

Sitokrom P-450 terdiri dari gugus haem dengan besi terkoordinasi terhadap protein oleh

sebuah sulfur pada gugus sistein. Hal ini telah ditunjukkan melalui struktur kristal atau bentuk

kapur barus yang terikat pada sitokrom P-450 dari Psedomonas putida. Dalam keadaan dasar,

besi dalam keadaan spin rendah dan harus mendapat suatu ligan tambahan, kemungkinan air, di

sisi koordinasi keenam yang kemudian hilang untuk membentuk lima koordinat aktif senyawa

besi(III) spin tinggi yang bereaksi dengan substrat. Besi(III) kemudian direduksi menjadi besi(II)

dan pada sisi ini dapat mengikat bioksigen sekali untuk memberikan oksikompleks diamagnetik

mirip dengan oksimioglobin. Penambahan satu elektron kedua super-oksokompleks ini diikuti

dengan pemutusan heterolitik dari ikatan O-O (perokso). Satu oksigen yang hilang sebagai air

dan bentuk lainnya seperti sebuah perferryl intermediet yang terlibat dalam oksidasi dua elektron

dari substrat untuk menghasilkan produk dan regenerasi besi(II) pada sisi enzim (Gambar 5.8)

Area yang sulit pada skema ini yaitu pada mekanisme pembelahan ikatan O-O. Produk

pertama dari pembelahan ini dapat menjadi kompleks perferryl ditampilkan dalam skema atau

bisa juga kation porfirin radikal seperti pada [Fe(IV)(O2-)P]+. Kesulitan dari mengelusidasi

mekanisme ini berkaitan dengan kurangnya aktivitas Fe(IV) dan Fe(V) dalam sistem kimia selain

haemprotein. Pembelajaran tentang model dihidroksilasi alkana oleh iodosilbenzen dan porfirin

besi telah dikonfirmasi kebenarannya dari perferryl intermediet; model strukturalnya juga telah

ditunjukkan pada sisi aktif besi (III) (Gambar 5.9).

Tirosinase

Tirosinase secara luas ditemukan di mikroorganisme, tumbuhan dan hewan dimana tirosinase

bertindak sebagai katalis monooksigen o-hidroksilasi dari Monofenol pada o-bifenol, dan

sebagai katalis oksidasi dua-elektron pada oksidasi o-bifenol menjadi o-kuinon. Peristiwa

pembentukan disebut aktivitas kresolase dan peristiwa terakhir adalah aktivitas katesolase. Bukti

ilmiah dan spektroskopi membuktikan bahwa tirosinase memiliki sisi aktif tipe III pasangan

binuclear yang sangat mirip dengan yang penah ditemukan di haemocyanins.

Suatu mekanisme untuk aktivitas katalitik tirosinase telah dikemukakan oleh Edward

Solomon dan rekan kerjanya (Gambar 5.10) Deoksitirosinase bereaksi dengan dioksigen untuk

memberikan oksitirosinase; substrat fenolik kemudian membentuk koordinat aksial ke salah satu

atom tembaga dioksitirosinase tersebut. Kemudian ada sebuah perubahan melalui lima-

koordinat disertai dengan orto-hidroksilasi dari fenol, kehilangan air dan koordinasi dari produk

bifenol. Transfer elektron intramolekul menghasilkan produk orto-benzokuinon dan

menghasilkan kembali deoksitirosinase.

Metana monooksigenase

Enzim metana monooksigenase (MMO) mengkatalisis perubahan metana menjadi metanol

pada bakteri metana metanotropik yang berfungsi sebagai sumber penghasil energi dan karbon.

CH4 + O2 + NADH + H+ CH3OH + H2O + NAD

Ada dua jenis MMO, sebuah ikatan membran yang mengandung tembaga dan enzim yang larut

dalam air yang mengandung besi non-haem. Pembelajaran EPR pada komponen hidroksilase dari

MMO pada Methylococcus capsulatus (bath) menunjukkan bahwa senyawa ini mengandung

pusat diiron yang pada awalnya dianggap sebagai salah satu dari jenis yang sama dengan

senyawa yang ditemukan di haemerythrins dan reduktase ribonukleotida B2. Namun

pembelajaran yang rinci tentang komponen hidroksilase yang melibatkan EXAFS, spektrometri

massa, dan kimia magnet yang menunjukkan bahwa ada perbedaan mencolok antara sisi diiron

pada sistem ini dan menunjukkan bahwa MMO tidak mengandung sebuah jembatan Fe-O-Fe.

Tipe baru jembatan Fe-Fe ditunjukkan adanya sebuah senyawa alkokso-, jembatan hidrokso

karboksilato-, atau monodentat, bersama-sama dengan satu, atau dua, jembatan karboksilat.

Struktur kristal sinar-X pada hidroksilase MMO dari M. capsulatus (Bath), diselesaikan

oleh Stephen Lippard dan rekan kerjanya, mengungkapkan bahwa geometri inti diiron memiliki

dua atom besi pseudo-oktahedral yang dipisahkan oleh panjang gelombang 3.4Å dan terkait oleh

dua protein non-jembatan ligan (Gambar 5.11).

Pertama adalah anion hidroksida dan yang kedua adalah anion asetat. Amonium asetat

terdapat dalam larutan buffer dari kristal yang tumbuh dan ligan ini mungkin tidak berkoordinasi

dengan sisi binuclear dalam sel. Diusulkan bahwa ruang yang ditempati oleh ligan asetat

mungkin menunjukkan oksidasi substrat, anion metoksida terlebih dahulu akan mengalami

protonasi dan melepaskan sisi aktifnya.

Mekanisme untuk aktivitas katalitik telah disajikan oleh Dalton Howard yang

menganggap adanya jembatan diiron hidrokso(III) unit (5.1) (Gambar 5.12). Elektron

dimasukkan ke dalam unit dan diiron(II) aktif unit (5.2) kemudian menambahkan dioksigen

untuk memberikan intermediet peroksida dengan stabilisasi ikatan hidrogen dari jembatan-

hidrokso(5.3). Donor proton terjadi pada oksigen luar ligan perokso yang mengarah pada

pembentukan air dan unit feril dapat ditulis dalam bentuk lain yaitu Fe(IV)-Fe(IV)O (5.4) atau

bentuk Fe(III)-Fe(V)O. Bentuk ini kemudian dapat menerima hidrogen dari metana yang

mengarah ke generasi metanol melalui donor -OH dari Fe(IV)-OH unit (5.6) dan regenerasi unit

diiron(III) yang asli.

Dioksigenase

Kandungan logam dioksigenase biasanya mengandung besi di lingkungan non-haem.

Contoh aktivitas enzim tersebut adalah pembelahan oksidatif 1,2-katekol oleh (a) jalur ekstra-

diol atau (b) jalur intradiol. Pola reaksi bisa dipantau oleh eksperimen label 18O. Katekol-1,2-

dioksigenase mengkatalisis perpecahan intradiol dari katekol oleh oksigen untuk memberikan

cis,cis- asam muconic, sehingga dapat menggabungkan kedua atom oksigen. Studi EXAFS telah

menyarankan bahwa besi(III) mempunyai enam koordinat yang memiliki dua histidin dan dua

ligan cis-tirosin bersama-sama dengan molekul air dan keenam ligan yang bisa dengan mudah

dipisahkan. Katekol mengikat enzim sebelum oksidasi dan berkoordinasi, kemungkinan

monodentat pada besi.

Katekol-2,3-dioksigenase adalah contoh dari suatu dioksigenase ekstradiol, senyawa

tersebut tidak berwarna dan EPR-sunyinya menyarankan keberadaan besi(II). Hal ini ditegaskan

oleh spektrum Mössbauer dan tidak dipengaruhi oleh pengikatan substrat, sehingga memberikan

pertanyaan apakah substrat benar-benar berikatan dengan logam.

Struktur kristal protocatechate-3,4-dioksigenase, yang mengkatalisis reaksi pembelahan

intradiol dari asam protocatechuic ke asam β-karboksi-cis,cis-muconic, telah dipecahkan dan

menunjukkan bahwa besi(III) berada dalam daerah bipiramidal trigonal terdistorsi. Besi terikat

oleh dua tirosin dan dua histidin dengan molekul pelarut di kelima sisinya. Satu tirosin dan satu

histidin menduduki posisi aksial. Model fungsional yang sangat reaktif untuk aktivitas

dioksigenase katekol telah dibangun oleh Lawrence Que dan rekan kerjanya, [Fe(III) (TPA)

DBC] BPh4, [TPA= tris-(2-piridimetil)amina dan DBC=3,5-t-butilkatekolat] (Gambar 5.13).

Struktur kompleks ini menyatakan pusat besi(III) oktahedral terdistorsi dengan ikatan oksigen

antara besi-katekol yang panjang. Reaksi kompleks dengan dioksigen ini memfasilitasi

pembelahan oksidatif katekol untuk menghasilkan senyawa (5.7) dan (5.8).

Peran enzim indole-2,3-dioksigenase berfungsi untuk menggambarkan penerapan yang

lebih luas dari dioksigenase sebagai enzim dari usus kecil kelinci menyebabkan pembelahan

cincin indol dalam asam amino triptofan dan indoleamines terkait lainnya.

5.4 Reduktase Ribonukleotida

Reduktase ribonukleotida (RR) mengkatalisis pengubahan ribonukleotida menjadi

deoksiribonukleotida di- atau trifosfat merupakan langkah pertama dalam sintesis DNA. E.coli

RR mengandung dua subunit a dan b, dan dua bentuk dimer a2 dan b2 masing-masing dikenal

sebagai B1 dan B2. Unit a berisi sisi pengikatan substrat tetapi kedua B1 dan B2 berkontribusi ke

situs aktif enzim. RRB2 berisi radikal bebas stabil, hal tersebut merupakan contoh pertama yang

ditemukan dalam protein dan EPR digunakan untuk mengkarakterisasi derivat-protein dari

radikal tirosil yang terletak di sekitar pusat besi dinuclear (galaktosa oksidase juga memiliki

radikal tirosin akhir untuk sisi aktif). Reaksi yang dikatalisis oleh RR telah diusulkan untuk

dilanjutkan melalui mekanisme radikal bebas yang melibatkan transfer siklik dari radikal yang

sudah ada ke substrat dan sebaliknya. Pusat diiron pada RRB2 memperlihatkan sifat spektral

yang erat dan mirip dengan yang ditemukan dalam Met-haemerythrin dan hal ini mudah untuk

mengusulkan dengan analogi, dimana sisi ini serupa dengan sisi bioktahedral yang dibangun.

Struktur kristal sinar-X mengoksidasi bentuk E.coli RRB2(Gambar 5.14) menegaskan bahwa

terdapat jembatan Fe-O-F, seperti pada Met-haemerythrin, dan menunjukkan bahwa ada dua

pusat besi(III) dinuclear, dipisahkan oleh-25Å, pada molekul dimer. Pusat dinuclear memiliki

lingkup ligan pertama yang didominasi pertama oksigen dan atom besi, dipisahkan oleh 3.3Å,

berbeda dengan Met-haemerythrin, dua kali lipat dijembatani oleh residu glutamat karboksilase

tunggal dan okso-ligan.

Koordinasi geometri dari atom besi sangat berbeda dari yang ada dalam Met-

haemerythrin dan yang lainnya. Satu atom besi akhirnya dikoordinasikan oleh dua monovalen

glutamat, histidin, dan sebuah molekul air dalam geometri oktahedral reguler, sedangkan atom

besi kedua dikoordinasikan lebih lanjut dengan aspartat bidentat, sebuah molekul air dan sebuah

histidin. Kedua geometri ini memiliki ciri bipiramidal oktahedral dan trigonal karena khelat

aspartat dapat dianggap menduduki sebagai dua sisi donor dan memberikan oktahedron

terdistorsi, atau dimanfaatkan oleh satu sisi ekuatorial dari bipiramid trigonal. Tiga daerah

redoks yang mungkin untuk pusat besi dinuclear. Diiron(II) dan diiron(III) telah dikarakterisasi

dengan baik tetapi hanya baru-baru ini bahwa campuran valensi Fe(II) Fe(III) dinyatakan telah

terdeteksi.

Meskipun struktur kristal dalam bentuk penurunan RRB2 belum diselesaikan dengan

pembentukan kembali struktur kristal Mn(II) RRB2 (Gambar. 5,15) menunjukkan bahwa logam

yang dijembatani oleh dua karboksilat bidentat, Glu-115 dan Glu-238, dan tidak terdapat

jembatan-okso. Sisi diiron(II) di RRB2red kemudian diusulkan untuk menjadi serupa dan

mekanisme reduksi pada pusat diiron di RRB2oks telah disajikan (Gambar. 5.16). Ini melibatkan

protonasi jembatan-okso dan pergeseran karboksilat.

Sisi dinuclear dalam mengoksidasi bentuk ribonukleotida reduktase jelas menghadirkan

tantangan untuk pembuat model, tidak hanya dalam rekonstruksi jembatan ganda tetapi juga

dalam sintesis kompleks yang menunjukan tiga cara pengikatan yang berbeda (monodentat,

bidentat, dan jembatannya) untuk mendampingi empat karboksilase. Lawrence Que telah

menyajikan sebuah kompleks bis (μ-carbo-xylato-O,O') diiron(II), [Fe2

(O2CCH3)2¬(TPA)2(BPh4)2 (1)] TPA = tris (2-piridil metil)amina) (Gambar 5.17), yang

berinteraksi dengan dioksigen dalam hadirnya proton untuk memberikan kompleks diiron (III)

(μ-oxo) (μ-karboksilato-O,O'), dan berpendapat bahwa struktur kimia ini mungkin analog dengan

perubahan struktural yang terkait dengan sisi diiron dalam reduktase ribonukleotida.

Gambar. 5.14

Fig.5.15

Fig.5.16

Gambar. 5.17.

  Relevansi dari pusat diiron(II) bis (μ-carboxylato-O,O') sebagai motif struktural yang

disarankan oleh struktur kristal Mn(II)-RRB2 yang dibentuk kembali. Ada perbedaan antara

model struktur dari RRB2. Jembatan karboksilat yang digunakan sebagai penghubung adalah

model syn-anti dengan pemisahan intermetalik pada 4.3Å tetapi mereka menjadi seperti syn-syn

dalam protein, seperti penyusunan kembali mangan dalam protein dan di usulkan melalui

pemisahan intermetalik yang lebih pendek dari 3.3Å; kadar oksigen dan nitrogen dari pasangan

donor atom juga berbeda. Kurang lebih, model tersebut dapat dianggap sebagai reaktivitasnya

karena bereaksi dengan dioksigen untuk menghasilkan campuran-okso, jembatan-karboksilato

pada dimer teroksidasi (3) yang mirip dengan yang ditemukan di RRB2oks.

Hubungan struktural antara MMO dan RRB2 memberikan contoh yang menarik tentang

bagaimana alam dapat menggunakan fitur struktural terkait erat dengan perbedaan reaksi

katalisis kimia.