Metal Ions as Lewis Acids

Reactions catalyzed by metal ions that do not change their oxidation states during the reaction are usually group transfer reactions, in which a group such as the phosphoryl group (−PO₃²⁻) is transferred. These enzymes usually use metal ions such as Zn²⁺, Mg²⁺, and Mn²⁺, and they range from true metalloenzymes, in which the metal ion is tightly bound, to metal-activated enzymes, which require the addition of metal ions for activity. Because tight binding is usually the result of specific metal–ligand interactions, metalloenzymes tend to be rather specific for a particular metal ion. In contrast, the binding of metal ions to metal-activated enzymes is largely electrostatic in nature; consequently, several different metal ions with similar charges and sizes can often be used to give an active enzyme.

Metalloenzymes generally contain a specific metal ion, whereas metal-activated enzymes can use any of several metal ions of similar size and charge.

A metal ion that acts as a Lewis acid can catalyze a group transfer reaction in many different ways, but we will focus on only one of these, using a zinc enzyme as an example. Carbonic anhydrase is found in red blood cells and catalyzes the reaction of CO₂ with water to give carbonic acid.

Although this reaction occurs spontaneously in the absence of a catalyst, it is too slow to absorb all the CO₂ generated during respiration. Without a catalyst, tissues would explode due to the buildup of excess CO₂ pressure. Carbonic anhydrase contains a single Zn²⁺ ion per molecule, which is coordinated by three histidine imidazole ligands and a molecule of water. Because Zn²⁺ is a Lewis acid, the pK_a of the Zn²⁺–OH₂ unit is about 8 versus 14 for pure water. Thus at pH 7–8, a significant fraction of the enzyme molecules contain the Zn²⁺–OH⁻ group, which is much more reactive than bulk water. When carbon dioxide binds in a nonpolar site next to the Zn²⁺–OH⁻ unit, it reacts rapidly to give a coordinated bicarbonate ion that dissociates from the enzyme:

Thus the function of zinc in carbonic anhydrase is to generate the hydroxide ion at pH 7.0, far less than the pH required in the absence of the metal ion.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

جولة تفقدية لمتابعة خطة تنظيم مداخل المعزّين المشاركين في عزاء ركضة طويريج

لتعزيز التعاون الأكاديمي والبحثي.. جامعة الكفيل توقع اتفاقيتي توأمة مع جامعتين عراقيتين

المجمَع العلميّ يواصل إقامة مجلسه العزائي بذكرى شهادة الإمام الحسين (عليه السلام) في النجف الأشرف

قسم حفظ النظام يواصل تنفيذ خطته لتنظيم سير المواكب والزائرين في شهر المحرم

المزيد

الآخبار الصحية

لهذا السبب.. إغلاق 25 مركزًا لعلاج الإدمان في مصر ؟

خلافا للاعتقاد الشائع.. علماء يكشفون أسرار بذور البطيخ ؟!

هذا ما يحدث لجسمك عند تناولك الطماطم بانتظام !

تعرف على أطعمة تسرّع "تعافي الجسم" من حروق الشمس

المزيد

الآخبار التكنلوجية

الثلوج تغطي الصحراء الأكثر جفافا في العالم!

بتلسكوب "ألما".. التقاط صورا غير مسبوقة لبدايات الكون !

هل هاتفك مراقب؟.. 5 علامات خطيرة تكشف التجسس عليك

دبي تطلق أول رحلة تجريبية للتاكسي الجوي

المزيد

مواضيع ذات صلة

كيمياء القصدير

تطبيقات الطبقات الثنائية الهيدروكسيد

تطبيقات عملية التبادل الأيوني

مواد التبادل الأيوني Ion exchanger

ظاهرة التبادل الايوني Ion Exchange

تاريخ التبادل الايوني Ion Exchange History

كيمياء البلاتين ومعقداته

كيمياء البلاديوم ومعقداته

طرائق تقدير النحاس

كيمياء النحاس ومعقداته

طرائق تقدير النيكل

كيمياء النيكل ومعقداته