Cap. 3 Proteínas Envolvendo Oxigênio
Objetivos
Identificar as estruturas e as propriedades físico-químicas das metaloproteínas transportadoras de
oxigênio
Reconhecer a importância dessas metaloproteínas para os sistemas vivos
. Propriedades vibracionais e geométricas das espécies dioxigênio.
Espécie (O-O) (cm-1) d(O-O) (Å)
O2+ 1905 1,12
O2 1580 1,21
O2- 1097 1,33
O22- 802 1,49
Diagrama ilustrando as mudanças estruturais e de estado de spin que ocorrem pela ligação do O2 na Fe-
porfirina. (a) Spin-alto FeII e (b) Spin-baixo FeIII.
Dados termodinâmicos para a redução do O2 e
do grupo Heme
Reação Eo’ (V vs. NHE) 4H+ + O2 + 4e- 2H2O +0,82
2H+ + O2 + 2e- H2O2 +0,27
H+ + O2 + e- HO2 -0,45
Hb.(Fe3+) + e- Hb.(Fe2+) +0,17
Principais proteínas envolvendo O2: Hemoglobina, hemeretrina, Galactose
Oxidase, Hemocianina, Tirosinase, Catecol oxidase
Hemoglobina (Hb) e Mioglobina (Mb)
Mb armazena O2 no tecido celular enquanto que a Hb transporta O2 no
plasma sanguíneo. Mb e Hb ligam O2 no estado reduzido (FeII) e os
termos oxi- e deoxi-Mb e Hb se referem a proteína no estado oxidado e reduzido, com e sem oxigênio, respectivamente. O2 é um forte oxidante
em pH 7 ( Eo’ = +0,82 V ).
Hemeretrina (Hr)
Se diferencia da Hemoglobina (Hb) e Mioglobina (Mb) por não apresentar grupos heme. É um
transportador de oxigênio em algumas classes de invertebrados marinhos como o Spinculids e
Golfingia gouldii
Sua afinidade pelo oxigênio é levemente menor quando comparada à Hemoglobina, e não é encontrada cooperatividade na reação de
oxigenação.
Estrutura da forma azidomethemeretrina
Estruturas propostas para as formas oxi e deoxi-Hr e um possível mecanismo para a sua interconversão.
Galactose oxidase
(GAO) é uma metaloenzima mononuclear de cobre, secretada por alguns fungos, como o Dactyllium dendroids e o Polyporus circinatus,
que catalisa a oxidação de vários álcoois primários aos correspondentes aldeídos com a redução acoplada do oxigênio
molecular a peróxido de hidrogênio
A função fisiológica precisa da GAO até o momento não é bem clara, porém tem sido sugerido que o H2O2 produzido é aparentemente usado no processo de degradação de lignina.
RCH2OH+O2RCHO+H2O2 (1)
RCHO + H2O + O2RCO2H+H2O2 (2)
apoenzima pH 7.0 (água)
pH 4.5 (acetato)
Cu2+-Tir
+e--e- Cu2+-Tir
+e--e- Cu+-Tir (3)
(GAOox) (GAOsemi) (GAOred)
Formas UV-vis, ,() nm, M-1cm-1
RPEa
A// x10-4 cm-1
GAO ativa 444 (5194),810 (3211)b
GAO inativa 438 (1000),625 (1167)b
g// = 2,277,
g = 2,055,
A// = 175
GAO reduzidad
450 ( 500), 650 ( 500)d
Apo-GAO 450, 800e g = 2,0055f
O
CuIIN
N O
O
S
Tir-272
H
H
Cis-228
Tir-495
His-581
His-496
OH
O2
H2O2
O
CuIIN
N O
O
S
CHR
H
H
RCH2OH H2O
(i)
(ii)
O
CuIIN
N O
O
S
CHRH
H
(iii)
OH
O
S
OC
H
CuIIN
N R
H
(iv)
CuIN
N
HO
S
RO
C
H
(v)
Mecanismo molecular proposto para a GAO
Hemocianina (Hc)
A hemocianina é responsável pelo transporte de oxigênio em moluscos e artrópodes, sendo esta a metaloenzima de cobre do tipo III com mais
informações estruturais disponíveis na literatura. As formas oxidada e reduzida da hemocianina
tiveram suas estruturas resolvidas por difratometria de raios X.
Estrutura cristalina do sítio ativo da deoxi-hemocianina (A) e oxi-hemocianina (B).
Distância CuI...CuI = 3.8 0.4 Å Distância CuII...CuII = 3,5 Å
A atribuição do estado de oxidação do oxigênio está baseado em compostos modelo, principalmente no complexo [{Cu2[HB(3,5-iPr2C3HN2)3}2(O2)], (HB(3,5-
iPr2C3HN2) = hidridotris(3,5-diisopropil-1-pirazolil)borato) apresentado por Kitajima e colaboradores, e em estudos espectroscópicos da metaloenzima propriamente dita. As
técnicas de espectroscopia eletrônica, RPE, Raman ressonante e magnetoquímica comprovam que os dois
centros metálicos contém um íon peróxido coordenado em ponte na forma -2:.
A utilização de compostos modelo auxiliando na resoluçãodo sítio ativo da metaloenzima
Estrutura de um modelo para a oxi-hemocianina; [{Cu2[HB(3,5-iPr2C3HN2)3}2(O2)]
Normalmente, compostos de Cu(II): uma banda pouco intensa devido a transições d-d na faixa de 600-700 nm.
Espectro eletrônico da forma oxi-hemocianina é dominado por bandas intensas em torno de 345 nm (=20000 M-1 cm-1) e 570 nm (=1000 M-
1 cm-1) atribuídas a transições de transferência de carga do tipo ligante metal do íon peróxido para Cu(II).
Raman ressonante apresenta uma banda na região de 750 cm-1 atribuída ao estiramento vibracional O-O do íon peróxido coordenado.
Diamagnetismo devido ao forte acoplamento antiferromagnético entre
os dois íons Cu(II) (-2J > 600 cm-1), o que resulta em ausência no espectro de RPE.
TirosinaseA tirosinase é uma monooxigenase encontrada em microorganismos,
plantas e animais que catalisa a hidroxilação de monofenóis a o-difenóis e a oxidação de catecóis a o-quinonas conforme mostrado abaixo:
F u n ç ã o d e c r e s o l a s e
O 2O H O H
O HA H 2
+ H 2 O + A
F u n ç ã o d e c a t e c o l a s e o u c a t e c o l o x i d a s e
O 2O H
O H
O
O
+ H 2 O2 2
- Estrutura de raios-X para o sítio ativo da tirosinase não disponível.
- Comparações das propriedades RPE, UV-Vis,CD e RR da tirosinase com aquelas da hemocianina revelam grande
semilaridade, o que sugere que a tirosinase também contém no seu sítio ativo um composto binuclear de cobre que forma um
aducto estável com o íon peróxido.
- Estudos de EXAFS da tirosinase Neurospora crassa revelam uma distância metal-metal de 3,6 Å para a espécie oxi-tirosinase e 3,4 Å
para a forma met-tirosinase, respectivamente.
- A forma met-tirosinase, corresponde a uma espécie binuclear de cobre(II) que não contém o íon peróxido coordenado e é
caracterizada por transições fracas na região de 600-700 nm e pelo forte acoplamento antiferromagnético que leva a ausência no
espectro de RPE.
Mecanismo proposto por Solomon et al.
N
Cu
O
N
N
O
OCu
N
N
O2
OH
deoxi
N
NCu
O
ON
2+Cu
oxi
CuN
NO
Cu
O
N
N
H+
OH
OO
NN
NCu
O
ON
Cu
H+
OHHO
OH
CuN
NCu
N
N
met
H2O
O O
+
H2O
O O
+
H+
3
OHHO
H+
2
H+
2
CuN
N+Cu
N
N +
2+
2+
2+
2+
2+
2+2+
2+ 2+
Catecol Oxidase
Catalisa a oxidação de catecóis às correspondentes o-quinonas, sem apresentar
atividade sobre tirosinas. As quinonas resultantes são altamente reativas e se auto-
polimerizam formando o pigmento escuro melanina
Recentemente, as estruturas cristalinas das formas oxidada e reduzida da catecol oxidase
isolada da batata doce foram determinadas por cristalografia de raios X
. Estrutura cristalina do sítio ativo da forma oxidada da catecol oxidase
Forma oxidada: dois centros de Cu(II) com geometria pirâmide trigonal
CuII.....CuII = 2,9 Å. Forma reduzida: CuI...CuI = 4,4 Å, perda da ponte
hidróxido. CuB assume uma geometria quadrada planar com um sítio de coordenação livre.
Cu
O
Cu
H
NN
NN
N
N N
NNN
N
N
Cu
N
N
N
N
N
N OH H
N
N
Cu
NN
N N
CuII-OH-CuII CuI-CuI
Mecanismo proposto para a oxidação de catecóis catalisada pela catecol oxidase. Os ligantes N-doadores
foram omitidos por clareza.
CuA(I)
H2O
CuB(I) CuA(II) CuB(II)
OH
HO OH
H2O
H+
-
-
O2+
O O
-
- H2O
+ 2 H+
HO OHO O
- H+
CuA(II) CuB(II)O
O
-
-
O-OH
Modelos Estruturais Relevantes para Metaloenzimas de Cobre – Karlin et al
OO
Py
Py
Cu
Py
N
Py
Py
Cu
Py
N
Py
N Cu
Py
OO
Py
Cu N
Py
(CH2)n
(n=3-5)
=440 nm (=2000 M-1 cm-1), 525 nm (= 11500 M-1 cm-1), 590 nm (ombro, 7600 M-1 cm-1)CuII...CuII = 4,36 Å 1.3 Å comparado com tirosinase devido ao modo de coord. do peróxido
Cu...Cu = 3,37 Å), porém esta distância foi estimada por EXAFS e assim o modo de coordenação do peróxido não fica completamente esclarecido
O2
N N
RR
CuIN N
RR
RR
NN
H B
N N
RR
H
NN
R R
CuII
O
O
R R
NNCuII
RR
N N
NN
RR
B
RR
NN
H B
R = fenil, isopropilModelo para a oxi-hemocianina
Oxi-hemocianina [{Cu2[HB(3,5-Pri2C3HN2)3}2(O2)]
Diamagnético Diamagnético
580 nm(1000 M-1cm-1), 340nm(20000 M-1 cm-1)
551 nm(790 M-1cm-1), 349nm(21000 M-1cm-1)
(O-O) = 744-752 cm-1 (O-O) = 741 cm-1
Cu...Cu = 3,5 – 3,7 Å Cu...Cu = 3,56 Å
Modelo estrutural obtido por Neves et. Al (Inorg. Chem. Commun. 1999, 2, 334
para o intermediário tirosinase – fenol durante o processo de oxidação de
catecóis
C(34)
C(35)
C(33)
C(36)
N(32)C(23)
C(9)
C(31)
O(20)C(24)
C(22)
O(7)
C(8)C(43)
C(25)
C(44)
C(37)
O(6)
C(21)
Cu(2)
N(42)
C(26)
C(45)
C(27)
O(1)
Cu(1)
N(5)
C(41)
C(3)
C(46)
C(13)
N(12)
N(1)
C(47)
C(4)
C(14)
C(2)
C(11)
C(15)
C(17)
C(16)
Complexos Dinucleares de Cobre como Modelos Estruturais e
Funcionais para as Catecóis Oxidases
Ademir Neves e Colaboradores em:
Inorg. Chem. Commun. 1999, 2, 334Inorg. Chem. 2002, 41, 1788-1794.
CAPÍTULO 3 - Planejamento dos ligantes e complexos
LIGANTES
COMPLEXOS BINUCLEARES DE COBRE(II)
O
NN
CuCu
Npy / O fenol
Npy N py
Npy / O fenol
NOH
N
N
N
N
OH
H2BTPPNOL
NOH
N N
N
OH OH
H3BBPPNOL HTPPNOL
N
N
NN
N
OHN
H3BBPPNOL: N,N’-bis(2-hidroxibenzil)-N,N’-bis(2-piridilmetil)-2-ol-1,3-propanodiamina
+CHO
OH
MeOH
NaBH4
MeOH
H3BBPNOL
2-OH-SALPN
2
H H
NH2H2N
OH
OH
N
OH OH
N
OH
N
OH
N
OH
OH
N
OH
N
OH
H3BBPNOL
NOH
NN+ Cl.HCl H2O
(Et)3N
2N
N
OH OH
H3BBPPNOL
Neves, A. ; Erthal, S. M. et al. Inorg. Chim. Acta 1992, 197,121.
CAPÍTULO 3 - Síntese dos ligantes
H2BTPPNOL: N-(2-hidroxibenzil)-N,N’,N’-tris(2-piridilmetil)-2-ol-1,3-propanodiamina
CAPÍTULO 3 - Síntese dos ligantes
NH2NH2.H2SO4Et3N
EtOH/H2O1
HCl2
)
)
OH
CHO
1)
2)
MeOH
NaBH41)
2)
N
NHN
N
O
O
OH
NH2
OH
NHOH
NCl.HCl
MeOH/ OHN
NN
NN
HO
H2btppnol
base
O
ClNK
O
O
+N
O
OO
N
NN
N
NN
OH
N
NN
(A)
(B)(C)
(D)
T=130ºC
MeOHrefluxo
HAYASHI, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 11220.
HTPPNOL: N,N,N’,N’-tetraquis(2-piridilmetil)-2-ol-1,3-propanodiamina
Chan, M. K., Armstrong W. H J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 9121.
N
N
OHNN
+ Cl.HCl H2O
N
HTPPNOL
OH
H2N NH24
NaOH N N
CAPÍTULO 3: Síntese dos ligantes
CAPÍTULO 3 - Síntese dos complexos
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO)(H2O)2]Cl2.2H2O (1)
Analise elementar de CHN para C31H38N4O7Cl2Cu2.2H2O:
Calculado: C, 45.92; H, 5.22; N, 6.91.
Encontrado: C, 45.80; H, 5.31; N, 6.76.
Condutividade molar = 180 -1 cm2mol-1.
Bandas no IV / cm-1: (O-H) 3358; a(COO-) 1564; s(COO-) 1458; (C=N, C=C) 1610,
1502, 1444; (O-H) 1384; (C-O) 1268; (C-H Arom.) 756.
(C2H5)4NCl.H2O
H2OH2O
Cu CuO
NN
O ON
O
N
OH H
2+
(Cl-)2H3BBPPNOLCu(CH3COO)2.H2O
MeOH
CAPÍTULO 3: Síntese dos complexos
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO)(-ClO4)]ClO4· H2O·EtOAc (2)
CH3COONa.3H2O
OH
Cu CuO
NN
N N
OH
O O
O O
Cl
O O
MeOH
Cu(ClO4)2.6H2OH3BBPPNOL
+
ClO4-
Analise elementar de CHN para C35H44N4O16Cl2Cu2:
Calculado: C, 43.13; H, 4.55; N, 5.75.
Encontrado: C, 43.11; H, 4.63; N, 5.68.
Condutividade molar = 306 -1 cm2mol-1.
Bandas no IV / cm-1: (O-H) 3386; a(COO-) 1562; s(COO-) 1458; (C=N, C=C)
1612, 1446; (O-H) 1384; (C-O) 1264; (ClO4-) 1112, 1080; (C-H Arom.) 762.
CAPÍTULO 3 Síntese dos complexos
[Cu2(Hbtppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (4)
NaClO4
H2BTPPNOL Cu(CH3COO)2.H2O
Cu CuO
NN
N
OH N
NOO MeOH
2+
(ClO4-)2
Análise Elementar de CHN para Cu2C30N5O12H33Cl2:
Calculado: C: 42,21%; H: 3,90%; N: 8,20%.
Encontrado: C: 41,49%; H: 3,88%; N: 8,13%.
Condutividade molar = 306 -1 cm2mol-1.
Bandas no IV / cm-1: (O-H) 3240; a(COO-) 1554; s(COO-) 1442; (C=N, C=C) 1610,
1506, 1482; (O-H) 1368; (C-O) 1264; (ClO4-) 1092; (C-H Arom.) 764.
CAPÍTULO 3: Síntese dos complexos
[Cu2(tppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (5)
NaClO4
HTPPNOL Cu(CH3COO)2.H2O
Cu CuO
NN
N
N
N
NOO MeOH
2+
(ClO4-)2
Análise Elementar de CHN para Cu2C29N6O11H32Cl2:
Calculado: C: 41,54%; H: 3,85%; N: 10,02%.
Encontrado: C: 41,66%; H: 3,92%; N: 10,54%.
Condutividade molar = 300 -1cm2mol-1.
Bandas no IV / cm-1: (O-H) 3426; a(COO-) 1556; s(COO-) 1448; (C=N, C=C)
1606, 1476; (C-O) 1264; (ClO4-) 1088; (C-H Arom.) 768.
MURTHY, N. N., KARLIN, K. D., BERTINI, I. et al.J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2156
CAPÍTULO 3 - Estrutura Cristalina do Complexo (1)
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO) (H2O)2]Cl2.2H2O (1)
Sistema Cristalino: MonoclínicoGrupo Espacial:P21/c Dimensões da cela unitária: a = 15,050(3) Å, b = 22,447(5) Å, c = 11,843(2) Å
= = 90 º, = 100,71(3)º
Cu(1)-O(5) 1,885(8) Å
Cu(1)-O(3) 1,947(10) Å
Cu(1)-N(31) 1,993(11) Å
Cu(1)-N(1) 2,024(11) Å
Cu(1)-O(1) 2,433(10) Å
Cu(1)-O(1W) 2,695(17) Å
Cu(1)-Cu(2) 3,40 Å
Cu(1)-O(5)-Cu(2) 127,9º
R1 = 9,15%e wR2 = 31,88%
C23
C24
C2
C22
C1
C13
C25
C7
C14
C12
C6
C5
C21
N2
C26
C4
N1
O2
C15
C11
C3
O1
C16
O5
C42 C43
Cu2Cu1
C32
N41
C33
C44
N31
C46
O4
O1W
C45
O2W
O3
C34
C8C36
C35
C9
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO) (H2O)2]Cl2.2H2O (1)
sólido 663nmágua 664 nm ( =193 M-1 cm-1) acetonitrila 669 nm ( =364 M-1 cm-1) 448 nm ( =285 M-1 cm-1)
Espectro Eletrônico
Espectro de RPE
H2OH2O
Cu CuO
NN
O ON
O
N
OH H
g|| = 2,235g= 2,062A|| = 185 x 10-4 cm-1
2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
Inte
nsid
ade
Campo [G]
Espectros de RPE ( espectro experimental e espectro simulado) do complexo (1) em acetonitrila a 77 K.
g|| > g > 2,04
geometria octaédrica alongada ou piramidal de base quadrada
CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (1)
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO) (H2O)2]Cl2.2H2O (1)
Propriedades MagnéticasH2OH2O
Cu CuO
NN
O ON
O
N
OH H
J = -25 cm-1
g = 2,1xp = 5,7 %
Acoplamento antiferromagnético
CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (1)
0 50 100 150 200 250 300 350
2000
4000
6000
8000
10000
[ 1
0-6 c
m3 /
mol
]
T [ K ]
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
eff
[B ]
CAPÍTULO 3: Estrutura Cristalina do Complexo (4)
[Cu2(Hbtppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (4)
Sistema Cristalino: MonoclínicoGrupo Espacial:P21 Dimensões da cela unitária: a=13,127(3) Å, b=14,134(3) Å, c=19,120(4) Å = = 90 º, = 102,48(3)º
Cu(2)-N(32) 2,211(12) Å
Cu(1)-O(1)-Cu(2) 130,4(5)º Cu(1)-Cu(2) 3,425(3)Å
C(34)
C(35)
C(33)
C(36)
N(32)C(23)
C(9)
C(31)
O(20)C(24)
C(22)
O(7)
C(8)C(43)
C(25)
C(44)
C(37)
O(6)
C(21)
Cu(2)
N(42)
C(26)
C(45)
C(27)
O(1)
Cu(1)
N(5)
C(41)
C(3)
C(46)
C(13)
N(12)
N(1)
C(47)
C(4)
C(14)
C(2)
C(11)
C(15)
C(17)
C(16)
Cu...Cu = 3,5 – 3,7 Å – na Hc
sólido 676nm; 928 nmágua 680 nm ( =175 M-1 cm-1) ; 912 nm ( =179 M-1 cm-1) acetonitrila 687 nm ( =179 M-1 cm-1); 858 nm ( =146 M-1 cm-1);
428 nm ( = 61M-1 cm-1)
Espectro Eletrônico
Espectro de RPE
g|| = 2,135g= 2,040A|| = 130 x 10-4 cm-1
Espectros de RPE ( espectro experimental e espectro simulado) do complexo (4) em acetonitrila a 77 K.
g|| > g > 2,04
geometria octaédrica alongada ou piramidal de base quadrada
CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (4)
[Cu2(Hbtppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (4)
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
Inte
nsid
ade
Campo [G]
Cu CuO
NN
N
OH N
NOO
Propriedades Magnéticas
J = + 18,4 cm-1
Jinter = -2,3 cm-1
g = 2,1
Acoplamento ferromagnético
CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (4)
[Cu2(Hbtppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (4)
O O
O
Sobreposição dos orbitais magnéticos para o complexo (4) mostrando a natureza não-complementar das interações.
dx2-y2 dz2
dx2-y2
dz2
dxy
dxz, dyz
D4hOh
Octaédrico Octaédrico distorcido(alongado)
Bipirâmide trigonal
dz2
dxy,dx2-y2
dxz, dyz
D3h
Piramidal base quadrada
C4V
dxz, dyz
dxy
dz2
dx2-y2
0 50 100 150 200 250 300
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
[1
0-6 c
m3 /
mo
l]
T [K]
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
eff [ B
]
CAPÍTULO 3: Complexo (5)
[Cu2(tppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (5)
Cu Cu
O
O ON
N
NN
N
N
MURTHY, N. N., KARLIN, K. D., BERTINI, I. et al.J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2156
Cu(1)-O(1)(alcooxido) 1,898 Å
Cu(1)-O(2)(acetato) 1,935 Å
Cu(1)-N(1) 2,029 Å
Cu(1)-N(2) 2,007 Å
Cu(1)-N(3) 2,157 Å
Cu(1)-Cu(2) 3,417 Å
Cu(1)-O(1)-Cu(2) 128,8º
MURTHY, N. N., KARLIN, K. D comunicação pessoal
CAPÍTULO 3: Eletroquímica
Potenciais de redução, em V vs. NHE, para os complexos (1) a (5).
Complexo Ered1 a Ered2 b (E)1,2 c
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO)(H2O)2]Cl22H2O (1) -0,527 -0,713 0,186
[Cu2(H2bbppnol)(- CH3COO)(-ClO4)]ClO4H2OEtOAc (2) -0,458 -0,742 0,284
[Cu2(Hbbppnol)(H2O)4](ClO4)2 2CH3OH (3) -0,559 -0,677 0,118
[Cu2(Hbtppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (4) –0,89 V –1,11 0,220
[Cu2(tppnol)(-CH3COO)](ClO4)2 (5) –0,615 V –0,917 0,302
a refere-se ao processo Cu(II)-Cu(II) Cu(II)-Cu(I); b refere-se ao processo Cu(II)-Cu(I) Cu(I)-Cu(I);c (E)1,2 = (Ered2 – Ered1)
CAPÍTULO 3: Estudos de Equilíbrio Químico
Hn-1C + H+ HnC Ka1 = [H2C]/[HC][H+] Ka2 = [HC]/[C][H+]
Curva de distribuição das espécies para o complexo (1) em função de –log[H+] para uma solução aquosa contendo 1 x 10-3 M de complexo.
Tabela 2 – Valores dos log das constantes de protonação (pKa) para os complexos (1), (4) e (5), T = 25ºC e 0,100M KCl.
Espécies em solução aquosa pKa1 pKa2
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO)(H2O)2]Cl2 (1) 5,70 7,42
[Cu2(Hbtppnol)(- CH3COO)(H2O)2 ](ClO4)2 (4) 6,32 7,96
[Cu2(tppnol)(- CH3COO)(H2O)2](ClO4)2 (5) 6,82 8,15
%
CAPÍTULO 3: Estudos de Equilíbrio Químico
2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.40 2.455.6
6.0
6.4
6.8
7.2
7.6
8.0
8.4
pKa
Distância (Cu-Ligante axial) média (A)
Correlação entre os valores de pKa e as distâncias médias Cu-ligante axial para os complexo (1), (4) e (5).
(1)
(4)(5)
H2OH2O
Cu CuO
NN
O ON
O
N
OH H
Cu CuO
NN
N
OH N
NOO
H2OH2O
H2O H2O
Cu CuO
NNN
N
N
NOO
Complexo (1)
Complexo (4)
Complexo (5)
pKa1 = 5,70pKa2 = 7,42
pKa1 = 6,32pKa2 = 7,96
pKa1 = 6,82pKa2 = 8,15
CAPÍTULO 3 - Conclusões
Os ligantes empregados mostraram-se capazes de formar complexos binucleares de cobre(II) que servem de modelos estruturais para metaloenzimas de cobre tipo III:
simulam a distância metal-metal de 3,4 Å da forma met das enzimas;
apresentam a coordenação axial de grupo fenol protonados a centros de cobre(II) e representam os primeiros modelos estruturais para a coordenação axial do substrato fenólico a um dos centros de cobre sugerido quando a enzima tirosinase desempenha a função de cresolase;
Os complexos são capazes de fornecer grupo nucleófilo (OH), através da desprotonação das moléculas de água coordenadas ao metal, a pH próximo da neutralidade, sendo adequados para estudos de reatividade e podendo servir de modelos para metaloenzimas hidrolíticas;
Os complexos são adequados para o estudo de reatividade frente a substratos que necessitem da ação cooperativa de dois centros metálicos a distâncias em torno de 3 Å, p. ex. catecol.
CAPÍTULO 3 - Modelos funcionais para hemocianina, tirosinase e catecol oxidase
– ATIVIDADE CRESOLASE DA ENZIMA TIROSINASE: hidroxilação de anéis benzênicos que fazem parte do ligante ou de substratos contendo a função fenol
N
N
N
CuI
N
CuI N
N
O-
COOMe
CuI N
N
N
N
N
CuI
N
O
COOMe
O2
O
COOMe
CuI N
N
N
N
N
CuI
NO2
- OH-
COOMe
OO N
NCuIICuII
N
N
NN
2+ +
2++
N
N
Py
PyCuI
PyPyCuI
O2
Py
PyN
Cu
O
Cu
NPy
PyOHCu
Py Py
N N
PyPyCu
(O2)
N
N
Py
Py
PyPy
OH
II II
Karlin, K. et al J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 2121 Casella, L. et al Inorg. Chem. 1996, 35, 7516
– ATIVIDADE CATECOLASE DAS ENZIMAS TIROSINASE E CATECOL OXIDASE: oxidação de substratos com a função catecol
+
HO
HO
+
HO
HO
Cu .....Cu2+ 2+
met
Cu .....Cu2+ 2+
met
+ Cu .....Cu+ +
deoxi
O
O
O
O
+
O
Cu CuO
oxi
Reação modelo + O2
OH
OH O
O
CAPÍTULO 3 - Modelos funcionais para hemocianina, tirosinase e catecol oxidase
CAPÍTULO
SÍNTESE DO COMPLEXO DE Cu(I) E INTERAÇÃO COM OXIGÊNIO
marromverde
TA
Argônio
EtCN[Cu(CH3CN)4]ClO4+H2BTPPNOL
+
ClO4-
O2 / -80ºC ou TA
Cu CuO
NN
N
OH N
N(O2)
+
ClO4-
Cu CuO
NN
N
OH N
N
CH3CNCH3CN
2+
(ClO4-)2Cu Cu
O
NN
N
OH N
NOH H2O
Complexo (6)
CAPÍTULO 3 - Síntese do complexo de Cu(I) e interação com oxigênio
400 500 600 700 800 9000.0
0.5
1.0
1.5
Cu(II)O2
2-
verde
marrom
Abs
orbâ
ncia
/ nm
2400 2600 2800 3000 3200 3400-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
giso
= 2,1071
marrom
Inte
nsid
ade
Campo [G]
2400 2600 2800 3000 3200 3400-800
-600
-400
-200
0
200
400
verdeInte
nsid
ade
Campo [G]
Espectros de RPE em CH3CN a 77K. Espectros eletrônicos em EtCN a TA.
giso = 2,1071
g|| = 2,192; g= 2,085; A|| = 124 x 10-4 cm-1)
TA
(amarelo)(marrom)
(verde)
Complexo (6)
H2OOHN
NOH
N
N N
OCuCu (ClO4
-)2
2+
-80ºC ou TA
O2
(O2) N
NOH
N
N N
OCuCu
ClO4-
++
ClO4-
Cu CuO
NN
N
OH N
N
CH3CNCH3CN
CAPÍTULO 3 - Resultados e Discussão
OXIDAÇÃO DO SUBSTRATO 3,5-DI-TERC-BUTILCATECOL POR COMPLEXOS BINUCLEARES DE COBRE(II)
+ O2
OH
OH O
O
400 nm (=1900 M-1cm-1)
EFEITO DO pH NA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO
Dependência da taxa de reação com o pH para a oxidação do 3,5-DtBC catalisada pelo complexo (1).
300 400 500 600 700 8000,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Abs
, nm
Espécies pKa1 pKa2 pKacinético
[Cu2(H2bbppnol)(-CH3COO)(H2O)2]Cl2 (1) 5,70 7,42 7,8 0,1
[Cu2(Hbtppnol)(- CH3COO)(H2O)2 ](ClO4)2 (4) 6,32 7,96 8,1 0,1
[Cu2(tppnol)(- CH3COO)(H2O)2](ClO4)2 (5) 6,82 8,15 8,2 0,1
3,5-DtBC1 10,35 14,71 TYSON, C. A., MARTELL, A. E. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 3379 - 3386
4 5 6 7 8 9
0.0
1.0x10-7
2.0x10-7
3.0x10-7
4.0x10-7
v 0 (M
s-1)
pH
CAPÍTULO 3 - Oxidação do substrato 3,5-di-terc-butilcatecol por complexos binucleares de cobre(II)
EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO NA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO
Dependência da velocidade de reação com a concentração de 3,5-DtBC para as reação de oxidação catalisadas pelos complexos binucleares de cobre(II): () 1, () 2, () 3, () 4, () 5 e () branco . As reação foram realizadas em metanol saturado com O2 / tampão aquoso TRIS pH 8,0 (30:1), [c] = 2,4 x 10-5 M, [3,5-DtBC] = 3,0 x 10-4 a 9,0 x 10-3 M a 25ºC.
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
0.0
2.0x10-8
4.0x10-8
6.0x10-8
8.0x10-8
1.0x10-7
1.2x10-7
1.4x10-7
1.6x10-7
1.8x10-7
2.0x10-7
2.2x10-7
2.4x10-7
2.6x10-7
v o (M
s-1)
[3,5-DtBC] (M)
Eq. Michaelis-Menten
v = Vmáx [S] / (Km + [S])
1/v = Km/Vm[S] + 1/Vmax
Parâmetros cinéticos para a oxidação do 3,5-DtBC catalisada por complexos binucleares de cobre(II)
Complexo Vmáx (M s-1) Km (M) Kass (=1/Km)(M-1) kcat (s-1) kcat/KM (M-1 s-1)
(1) 1,9 x 10-7 7,9 x 10-4 1,3 x 103 0,0079 10
(2) 1,4 x 10-7 8,4 x 10-4 1,2 x 103 0,0057 6,7
(3) 4,4 x 10-8 3,9 x 10-4 2,6 x 103 0,0018 4,7
(4) 1,9 x 10-7 9,5 x 10-4 1,0 x 103 0,0078 8,1
(5) 6,7 x 10-8 8,6 x 10-4 1,2 x 103 0,0028 3,3
Correlação entre parâmetros
cinético: k2 (=kcat/KM): eficiência catalítica
eletroquímico: (E)1,2 (= E(red)1 – E(red)2)
estrutural: distância média Cu-ligante axial para os complexos (1), (4) e (5). 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
k cat/K
M (
M-1 s
-1)
( E)1,2
(V vs. NHE)
2.05
2.10
2.15
2.20
2.25
2.30
2.35
2.40
2.45
(5)
(4)
(1)
Dis
tân
cia
(C
u-l
iga
nte
axi
al)
mé
dia
(A
)
PROPOSTA DE MECANISMO PARA A REAÇÃO DE OXIDAÇÃO
CAPÍTULO 3 - Oxidação do substrato 3,5-di-terc-butilcatecol por complexos binucleares de cobre(II)
O
O
N
N N
OCuCu
OH
N
OHII II
N
N N
OCuCu
OO
N
OH
O2
II
pH 8
HO OH
Complexo (1)
H2OH2O
Cu CuO
NN
N
OH
N
OH
O O
OH
O O
OH
OHII II
Cu CuO
NN
N
OH
N
OH
OH2 OH2
OAc-
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