Überblick
Nach dem Element Eisen ist Zink mit ca. 2 g pro 70 kg Körpergewicht das zweithäufigste 3d-Metall im menschlichen Organismus, eine bedeutende Rolle spielt es auch für viele andere Lebewesen (Bertini et al.; Prince; Williams; Vahrenkamp; Vallee, Auld). Das Element kommt unter physiologischen Bedingungen nur zweifach ionisiert vor; aufgrund der abgeschlossenen d-Schale (d10-Konfiguration) ist das Ion Zn2+ in Komplexverbindungen diamagnetisch und farblos. Entfällt dadurch einerseits die Möglichkeit von leichter elektronischer Anregung am Metall selbst, so findet sich andererseits Zink(II) in der Natur nie von (farbigen) Tetrapyrrol-Liganden koordiniert, obwohl synthetische Komplexe dieses Typs sehr stabil sind. Zink-enthaltende Proteine konnten folglich erst mit verbesserten analytischen Methoden seit etwa 1930 eindeutig nachgewiesen werden; heute sind schon über 200 Vertreter bekannt (vgl. Tab. 12.1). Unter diesen befinden sich zahlreiche essentielle Enzyme, die den Aufbau (Polymerasen, Ligasen, Transferasen) und den Abbau (Hydrolasen) von Proteinen, Nukleinsäuren, Lipid-Molekülen, Porphyrin-Vorstufen und anderen wichtigen bio-or-ganischen Verbindungen katalysieren oder regulieren. Weitere Funktionen betreffen das Fixieren bestimmter, Geschwindigkeits- und/oder Stereoselektivität-beeinflussen-der Konformationen von Proteinen in Oxidoreduktasen sowie die strukturelle Stabilisierung im Insulin, in der Cytochrom c-Oxidase, in Hormon/Rezeptor-Komplexen oder auch in Transkriptions-regulierenden Faktoren für die Übertragung genetischer Information. Es ist daher nicht verwunderlich, daß Zinkmangel zu gravierenden pathologischen Erscheinungen führt (Bruce-Smrrh) und daß die schwereren Homologen Cadmium und Quecksilber nicht zuletzt durch Verdrängen des Zn2+ aus seinen Enzymen toxisch wirken (s. Kap. 17.3 und 17.5).
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Literatur
I. Bertini, C. Luchinat, W. Maret, M. Zeppezauer (Hrsg.): Zinc Enzymes, Birkhäuser, Boston, 1986
R.H. Prince, Adv. Inorg. Chem. Biochem. 22 (1979) 349: Some aspects of the bioinorganic chemistry of zinc
R.J.P. Williams, Polyhedron 6 (1987) 61: The biochemistry of zinc
H. Vahrenkamp, Chem. Unserer Zeit 22 (1988) 73: Zink, ein langweiliges Element?
B.L. Vallee, D.S. Auw, Biochemistry 29 (1990) 5647: Zinc coordination, function, and structure of zinc enzymes and other proteins
B.L. Vallee, D.S. Auld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 (1990) 220: Activated-site zinc ligands and activated H 2 O of zinc enzymes
D. Bryce-Smmi, Chem. Br. 25 (1989) 783: Zinc deficiency — the neglected factor
B.C. Cunningham, S. Bass, G. Fuh, J.A. Wells, Science 250 (1990) 1709: Zinc mediation of the binding of human growth hormone fo the human prolactin receptor
E.I. Ochiai, J. Chem. Educ. 65 (1988) 943: Uniqueness of zinc as a bloelement
J.M. Berg, D.L. Merkle, J. Am. Chem. Soc. 111 (1989) 3759: On the metal ion specificity of “zinc finger” proteins
R.T. Fernley, Trends Biochem. Sci. 3 (1988) 356: Non-cytoplasmic carbonic anhydrases
A. Was, K.K. Kannan, P.C. Bergsten, I. Waasa, K. Fridborg, B. Strandberg, U. Carlbom, L. Jarup, S. Lovgren, M. Petef, Nature, New Biol. (London) 235 (1972) 131: Crystal structure of human carbonic anhydrase c
D.N. Silverman, S. Lindskog, Acc. Chem. Res. 21 (1988) 30: The catalytic mechanism of carbonic anhydrase: Implications of a rate-limiting protolysis of water
A. Vedani, D.W. Huhta, S.P. Jacober, J. Am. Chem. Soc. 111 (1989) 4075: Metal coordination, H-bond network formation, and protein-solvent interactions in native and complexed human carbonic anhydrase I: A molecular mechanics study
K.M. Merz, R. Hoffmann, M.J.S. Dewar, J. Am. Chem. Soc 111 (1989) 5636: Mode of action of carbonic anhydrase
O. Jacob, R. Cardenas, O. Tapia, J. Am. Chem. Soc. 112 (1990) 8692: An ab initio study of transition structures and associated products in [ZnOHCOd, (ZnHCO 3 1-1 2 O]’, and [Zn(NH 3 ) 3 HCO3]’ hypersurfaces. On the role of zinc in the catalytic mechanism of carbonic anhydrase
R. Breslow, D. Berger, D.-L. Huang, J. Am. Chem. Soc. 112 (1990) 3686: Bifunktional zinc-imidazole and zinc-thiophenol catalysts
J.Y. Liang, W.N. Lipscomb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 (1990) 3675: Binding of substrate CO 2 to the active site of human carbonic anhydrase ll: A molecular dynamics study
D.W. Christianson, W.N. Lipscomb, Acc. Chem. Res. 22 (1989) 62: Carboxypeptidase
A D.C. Rees, J.B. Howard, P. Chakrabarti, T. Yeates, B.T. Hsu, K.D. Hardman, W.N. Lipscomb in (w), S. 155: Crystal structures of metallosubstituted carboxypeptidase A
E.W. Petrillo, M.A. Ondetti, Med. Res. Rev. 2 (1982) 1: Angiotensin-converting enzyme inhibitors: Medicinal chemistry and biological actions
W. Lipscomb, Chem. Soc. Rev. 1 (1972) 319: Three-dimensional structures and chemical mechanisms of enzymes
M.W. Makinen in (w), S. 215: Assignment of the structural basis of catalytic action of carboxypeptidase A
M. Sander, H. Wrrzel, Biochem. Biophys. Res. Comms. 132 (1985) 681: Direct chemical evidence for an anhydride intermediate of carboxypeptidase A in ester and peptide hydrolysis
B.W. Marrhews, Acc. Chem. Res. 21 (1988) 333: Structural basis of the action of thermolysin and related zinc peptidases
S.K. Burley, P.R. David, A. Taylor, W.N. Lipscomb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 (1990) 6878: Molecular structure of leucine aminopeptidase at 2.7-A resolution
J.B. Bjarnason, A.T. Tu, Biochemistry 17 (1978) 3395: Hemorrhagic toxins from western diamondback rattlesnake (Crotalus atrox) venom: Isolation and characterization of five hemorrhagic toxins
J.T. Groves, J.R. Olson, Inorg. Chem. 24 (1985) 2715: Models of zinc-containing proteases. Rapid amide hydrolysis by an unusually acidic Zn 2 +-0H 2 complex
H.W. Wyckoff, M.D. Handschumacher, K.H.M. Murthy, J.M. Sowadski, Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 55 (1983) 453: The three dimensional structure of alkaline phosphatase from E. coli
F.Y.H. Wu, C.W. Wu in (w), S. 157: The role of zinc in DNA and RNA polymerases
D. Beyersmann in (w), S. 525: Zinc and lead in mammalian 5-aminolevulinate dehydratase
S. Hasnain, E.M. Wardell, C.D. Garner, M. Schlosser, D. Beyersmann, Biochem. J. 230 (1985) 625: Extended X-ray-absorption fine structure investigations of zinc in 5aminolevulinate dehydratase
J.D. Wuest (Hrsg.), Tetrahedron Symposia-in-Print Number 25, Tetrahedron 42 (1986) 941–1046: Formal transfers of hydride from carbon-hydrogen bonds
M. Zeppezauer in (w), S. 417: The metal environment of alcohol dehydrogenase: Aspects of chemical speciation and catalytic efficiency in a biological catalyst
H. Eklund, A. Jones, G. Schneider in (w), S. 377: Active site in alcohol dehydrogenase
G. Pfleiderer, M. Scharschmidt, A. Ganzhorn in (w), S. 507: Glycerol dehydrogenase — an additional Zn-dehydrogenase
P. Tse, R.K. Scopes, A.G. Wedd, J. Am. Chem. Soc. 111 (1989) 8793: Iron-activated alcohol dehydrogenase from Zymomonas mobilis: Isolation of apoenzyme and metal dissociation constants
E.S. Cedergren-Zeppezauer, in (w), S. 393: Coenzyme binding to three conformational states of horse liver alcohol dehydrogenase
H.W. Goedde, D.P. Agarwal, Enzyme 37 (1987) 29: Polymorphism of aldehyde dehydrogenase and alcohol sensitivity
B.L. Vallee in (w), S. 1: A synopsis of zinc biology and pathology
B. Mannervik, S. Sewn, L.E.G. Eriksson in (w), S. 518: Glyoxalase I — An enzyme containing hexacoordinate Zr?+ in its active site
K. Struhl, Trends Biochem. Sci. 14 (1989) 137: Helix-turn-helix, zinc-finger, and leucine-zipper motifs for eukaryotic transcriptional regulatory proteins
E. Wingender, K.H. Seifart, Angew. Chem. 99 (1987) 206: Transkription in Eukaryonten — die Rolle von Transkriptionskomplexen and ihren Komponenten
J.M. Berg, Prog. Inorg. Chem. 37 (1988) 143: Metal-binding domains in nucleic acid-binding and gene-regulatory proteins
A. Klug, D. Rhodes, Trends Biochem. Sci. 12 (1987) 464: “Zinc fingers”: A novel protein motif for nucleic acid recognition
A.J. Van Wijnen, K.L. Wright, J.B. Lian, J.L. Stein, G.S. Stein, J. Biol. Chem. 264 (1989) 15034: Human H4 histone gene transcription requires the proliferation-specific nuclear factor HiNF-D
T.Pan, J.E. Coleman, Biochemistry 87 (1990) 2077: GAL4 transcription factor is not a `zinc finger“ but forms a Zn(ll) 2 Cys6 binuclear cluster
G.D. Smith, D.C. Swenson, E.J. Dodson, G.G. Dodson, C.D. Reynolds, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81 (1984) 7093: Structural stability in the 4-zinc human insulin hexamer
U. Derewenda, Z. Derewenda, E.J. Dodson, G.G. Dodson, C.D. Reynolds, G.D. Smith
C.Sparks, D.C. Swenson, Nature (London) 338 (1989) 594: Phenol stabilizes more helix in a new symmetrical zinc insulin hexamer
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© 1991 B. G. Teubner Stuttgart
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Kaim, W., Schwederski, B. (1991). Zink: Enzymatische Katalyse von Aufbau- und Abbau-Reaktionen sowie strukturelle und genregulatorische Funktionen. In: Bioanorganishe Chemie. Teubner Studienbücher Chemie. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-322-94722-2_12
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