Hemocianina: modelos sintéticos

DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL SITIO ACTIVO DE HEMOCIANINA

MODELOS SINTÉTICOS
Los estudios orientados a determinar la estructura del sitio activo de la hemocianina (Hc), una proteína de cobre tipo 3, se realizaron a partir de modelos sintéticos a inicios de los años 1970.1 En base a la comparación de las propiedades espectroscópicas de estos con las correspondientes a la proteína fueposible inferir las características del sitio activo.
Posteriormente, la determinación fehaciente de la estructura de la proteína por medio de cristalografía de rayos X, técnica en la que resulta determinante la cristalización de la proteína en su conformación nativa, permitió conocer la estructura del sitio activo de la hemocianina en 19931. Sin embargo, el estudio de los modelos sintéticosse mantuvo activo debido a la importancia del cobre, y por tanto de sus complejos oxigenados, en catálisis oxidativa así como en potenciales aplicaciones industriales en la separación y almacenamiento de O2.2

Consideraciones en el desarrollo de modelos
El comportamiento del ión metálico en una proteína esta gobernado principalmente por la química del metal. Los análogos sintéticos se basanen la premisa de que la química del sitio activo depende mayormente del ambiente de coordinación inmediato del ión metálico3. Para la Hc, este ambiente consiste de ligandos donadores (anillos imidazol ) provenientes de los aminoácidos Histidina de las cadenas laterales de la proteína.

Figura 1: Sitio activo de oxihemocianina, formación del complejo dinuclear cobre-peroxo µ-η2: η2 (tomado deRef. 1 )
Dos factores controlan las propiedades del ión metálico en los sistemas biológicos: (i) la estereoquímica del sitio metálico y la naturaleza de los ligandos coordinados a este, y (ii) el ambiente de la proteína, que tiene una función crucial en el control de la reactividad del sitio activo. En algunos casos la proteína puede forzar al ión metálico a geometrías inusuales; el ambienteproteico puede ser el factor determinante en el control de la actividad de un gran número de metaloproteínas que poseen centros metálicos iguales3.
La síntesis de complejos modelo contribuye considerablemente al entendimiento de los aspectos estructurales, electrónicos y mecanísticos de los iones metálicos en las metaloproteínas, ya que tratan de imitar las propiedades específicas del sitio activo.Estos modelos sintéticos son usualmente destinados a servir como análogos electrónicos y estereoquímicos del sitio activo y poseen la ventaja de ser relativamente sencillos de caracterizar a un nivel muy detallado.3
Una de las dificultades encontradas en el diseño de modelos es que, a medida que pasa el tiempo, el objetivo puede cambiar debido a un conocimiento más avanzado. Si la estructuradel sitio activo es desconocido, el objetivo puede ser reproducir alguna propiedad de la metaloproteína en un compuesto de coordinación similar; pero si se conoce la estructura del sitio activo entonces el complejo debe reproducirla lo más posible.
Aunque la cristalografía de rayos X permite la elucidación de estructuras y provee un marco para investigaciones detalladas del mecanismo, losdetalles de la estructura electrónica del sitio activo son determinadas mediante métodos espectroscópicos. En este sentido, muchas metaloenzimas poseen características indicativas de estructuras electrónicas inusuales.
La síntesis de complejos modelo permite probar la reactividad intrínseca de la estructura del sitio activo, perturbarlo sistemáticamente y usar técnicas de alta resolución sin laslimitaciones y dificultades inherentes a las matrices proteicas. El objetivo es elucidar aspectos fundamentales de estructura, espectroscopia, magnetismo y estructura electrónica, reactividad y mecanismo químico; aspectos que no pueden ser proporcionados fácilmente mediante el estudio de la proteína. 3

Estudio de complejos modelo
Se han sintetizado numerosos complejos oxigenados de...