🫁 Karboangidraza (KA)
Zn²⁺ • Tetraedrik • CO₂ ↔ HCO₃⁻ • Proton tashish
📋 Karboangidraza — Zn²⁺ fermenti
Karboangidraza (KA) — Zn²⁺ ioni saqlovchi metalloferment. Asosiy reaksiyasi: CO₂ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + H⁺. Bu — eng tezkor fermentlardan biri (k_cat ~10⁶ s⁻¹). KA inson organizmida nafas olish, pH muvozanati, ko'z suyuqligi ishlab chiqarish va ko'plab boshqa jarayonlarda ishtirok etadi. Zn²⁺ — d¹⁰ konfiguratsiyali metall, geometriyasi tetraedrik, redoks faol emas.
Umumiy xususiyatlar
- • Metall: Zn²⁺ (d¹⁰, S=0, diamagnit)
- • Koordinatsion son: 4 (tetraedrik)
- • Ligandlar: 3×His (imidazol) + H₂O/OH⁻
- • Molekulyar massa: ~29 kDa (monomer)
- • Izoformalar: 15 ta (inson) — turli to'qimalarda
Fiziologik ahamiyati
- • Nafas olish: Qonda CO₂ ni HCO₃⁻ ga aylantiradi
- • pH muvozanati: HCO₃⁻/CO₂ bufer tizimi
- • Ko'z: Ko'z ichi suyuqligi sekretsiyasi
- • Buyrak: Kislota-asos muvozanati
- • Oshqozon: HCl sekretsiyasi
⚡ Katalitik mexanizm — Zn−OH nukleofil hujumi
Karboangidraza mexanizmi koordinatsion kimyonuqtai nazaridan juda chiroyli. Zn²⁺ ioni Lyuis kislotasi sifatida bog'langan suv molekulasining pK_a sini 15.7 dan ~7 gacha pasaytiradi. Hosil bo'lgan Zn−OH⁻ — kuchli nukleofil — CO₂ molekulasiga hujum qilib, Zn−HCO₃⁻ hosil qiladi. Keyin suv molekulasi bikarbonatni almashlab, sikl takrorlanadi.
pK_a ~7
Zn−OH₂ ning kislotaligi
Erkin suvda pK_a = 15.7 — Zn uni 10⁸ marta kuchliroq kislota qilgan!
~10⁶ s⁻¹
k_cat — aylanish soni
Har sekundda 1 million CO₂ molekulasi qayta ishlanadi
15.7 → 7
pK_a pasayishi
Zn²⁺ Lyuis kislotasi effekti — suvning protonini tortib oladi
Katalitik mexanizm — Zn−OH nukleofil hujumi
To'liq katalitik sikl (4 bosqich):
- Zn−OH₂ → Zn−OH⁻ + H⁺
Zn²⁺ suvni ionlashtiradi — pK_a ~7 (erkin suvda 15.7!). Metall Lyuis kislotasi sifatida suvning protonini oson ajratadi. - Zn−OH⁻ + CO₂ → Zn−HCO₃⁻
Zn−OH nukleofili CO₂ markazidagi C atomiga hujum qiladi. HCO₃⁻ Zn ga bog'lanadi. - Zn−HCO₃⁻ + H₂O → Zn−OH₂ + HCO₃⁻
H₂O molekulasi bikarbonatni siqib chiqaradi — ligand almashinish reaksiyasi. - His64 — proton tashuvchi: Faol markazdan protonni olib, buferga uzatadi. Bu proton o'tkazish yo'li orqali sodir bo'ladi.
Asosiy ko'rsatkichlar:
~10⁶ s⁻¹
~10 mM (CO₂)
~10⁸ M⁻¹s⁻¹ — diffuziya chegarasida!
💧 Proton o'tkazish yo'li — ikkinchi koordinatsion sfera
KB tushunchasi: Faqat birinchi koordinatsion sfera emas, ikkinchi koordinatsion sfera ham katalizda muhim rol o'ynaydi. His64 qoldig'i proton tashuvchi sifatida ishlaydi.
Proton yo'li ketma-ketligi:
Zn−OH₂ → Zn−OH⁻ + H⁺ → His64-H⁺ → H₂O ko'prigi (2-3 molekula) → bufer (HCO₃⁻, fosfat)
Bu — Grotthuss mexanizmi bo'yicha proton uzatish. Suv molekulalari zanjiri orqali proton "sakrab" o'tadi. His64 bu zanjirni boshlaydi va tugatadi.
✅ Asosiy xulosalar
- Karboangidraza — Zn²⁺ saqlovchi metalloferment, CO₂ ni HCO₃⁻ ga aylantiradi
- Zn²⁺ — d¹⁰, tetraedrik, redoks faol emas — ideal Lyuis kislotasi
- Zn²⁺ suvning pK_a sini 15.7 dan ~7 ga tushiradi — Zn−OH kuchli nukleofil
- Reaksiya diffuziya chegarasida — k_cat ~10⁶ s⁻¹
- Ingibitorlar (sulfanilamidlar) Zn ga bevosita bog'lanadi — dori vositasi sifatida