Southern Bloting

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Anidrase Carbônica na Saúde e na Doença

Uma vez que esta enzima produz e usa prótons e íons bicarbonato, a anidrase carbônica desempenha um papel-chave na regulação do pH e no balanço de fluidos em diferentes partes do nosso corpo. Em nosso estômago desempenha um papel na secreção de ácidos, enquanto a mesma enzima ajuda a tornar o suco pancreático alcalino e a saliva neutra. O transporte dos prótons e íons de bicarbonato produzidos no rim e olhos influencia o conteúdo de água das células nestes locais. Assim, a anidrase carbônica executa diferentes funções em locais específicos, e sua ausência ou mau funcionamento pode conduzir a estados patológicos, que vão desde a perda de ácido produzido no estômago à insuficiência renal.

Quando ocorre um acúmulo do fluido que mantém a forma dos olhos, este fluido geralmente pressiona o nervo óptico e pode danificá-lo. Esta condição é denominada glaucoma. Recentemente, os inibidores de anidrase carbônica estão sendo utilizados para tratar o glaucoma. O bloqueio desta enzima muda o equilíbrio líquido nos olhos do paciente, reduzindo a formação de líquido, aliviando assim a pressão. A estrutura do PDB de entrada 1CNW mostra como tal inibidor (uma sulfonamida) colorido em verde na figura está ligado à anidrase carbônica humana (isoenzima II). Note que este inibidor liga-se perto do sítio ativo e rompe as interações da água vinculadas ao íon zinco, bloqueando a ação da enzima. Infelizmente, o uso prolongado de esta droga pode afetar a enzima presente mesmo em outros tecidos e levar a efeitos colaterais, como danos nos rins e fígado.

[pic 3]

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Explorando a Estrutura

A anidrase carbônica alfa tem sido bem estudada, levando a uma compreensão de como a enzima funciona. A figura da esquerda mostra a estrutura da anidrase carbônica II obtida pela entrada do PDB 1CA2. Note a grande folha beta no centro da estrutura colorida em amarelo. O sítio ativo situa-se no fundo de uma fenda da enzima, onde um átomo de zinco está ligado, mostrado por uma esfera cinza. Os átomos de nitrogênio de três histidinas – de números 94, 96 e 119 (coloridas em amarelo) - diretamente coordenam o zinco. Estes aminoácidos são altamente conservados em todas as isoenzimas. Átomos da treonina 199 e glutamato 106 (em magenta) interagem indiretamente por meio da água ligada, mostrada como uma esfera em vermelho. Note que estes resíduos, além da histidina 64 (também colorida em magenta) ajudam a carregar o zinco com um íon hidroxila. Algumas das isoenzimas possuem diferenças em estes e outros resíduos, o que pode explicar a diferença na atividade da enzima.

[pic 4]

O zinco é a chave para esta reação enzimática. A água ligada ao íon zinco é efetivamente dividida em um íon hidrogênio e uma hidroxila. Uma vez que o zinco é positivamente carregado de íons, ele estabiliza o íon hidroxila carregado negativamente, de modo que está pronto para se ligar ao dióxido de carbono.

Uma aproximação das cadeias laterais de aminoácidos ao local ativo e íon zinco é mostrada nas duas figuras acima à direita. A figura de cima mostra um íon hidroxila, mostrado como uma esfera vermelha, ligada ao íon zinco no arquivo PDB de entrada 1CA2. O zinco conduz a transferência desta hidroxila ligada ao dióxido de carbono, formando um íon bicarbonato. A figura inferior mostra uma estrutura intermediária, onde o íon bicarbonato, mostrada em esferas vermelhas e brancas, acaba se formando e ainda está ligado à enzima (entrada do PDB 1CAM). Note que a cadeia lateral de aminoácidos 199 é modelada como uma alanina nesta estrutura. A histidina 64 realiza oscilações em direção e contra a direção do íon zinco em cada ciclo de ação enzimática, ajudando o zinco para recarregar com um novo íon hidroxila. As duas posições deste resíduo, mostradas na figura inferior do lado direito, representam o seu movimento durante a ação da enzima. Logo que o zinco é recarregado com uma nova molécula de água e o íon bicarbonato é liberado, a enzima está pronta para atuar sobre outra molécula de dióxido de carbono.