Металлопротеины

Металлопротеи́ны (металлопротеи́ды) — сложные белки, в молекулу которых прочно координированы один или несколько ионов металлов. Металл может входить в состав либо простетической группы (гем, молибденовый кофактор и др.), либо координироваться напрямую остатками аминокислот (чаще всего цистеином, гистидином, аспартатом, глутаматом).

Металлопротеины составляют примерно 30–40 % всех известных белков и выполняют ключевые функции: транспорт кислорода, катализ реакций, перенос электронов, хранение металлов, регуляция генов и защита от окислительного стресса.

Классификация

Металлопротеины обычно классифицируют по типу содержащегося металла и типу координационной группы.

Металл	Основные группы и примеры белков
Железо (Fe)	Гем-содержащие: гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза, пероксидаза Железо-серные кластеры: ферредоксины, комплекс I дыхательной цепи Негемовое железо: гемэритрин, рибонуклеотидредуктаза
Медь (Cu)	Гемоцианин (транспорт O₂ у моллюсков и ракообразных) Цитохром-c-оксидаза, церулоплазмин, супероксиддисмутаза Cu/Zn
Цинк (Zn)	Карбоангидраза, алкогольдегидрогеназа, цинковые пальцы (факторы транскрипции)
Молибден (Mo)	Молибденовый кофактор (Mo-co): ксантиноксидаза, нитратредуктаза, сульфитоксидаза
Марганец (Mn)	Фотосистема II (водоокисляющий комплекс), марганцевая супероксиддисмутаза
Никель (Ni)	Уреаза, гидрогеназы
Кобальт (Co)	Витамин B₁₂-зависимые ферменты (метилмалонил-КоА-мутаза, метионинсинтаза)

По биологической функции

• Транспорт и хранение кислорода: гемоглобин, миоглобин, гемоцианин, гемэритрин
• Перенос электронов: цитохромы, ферредоксины, голубые медьсодержащие белки
• Ферменты (металлоферменты): карбоангидраза, супероксиддисмутаза, нитрогеназа, уреаза
• Хранение и транспорт металлов: ферритин, трансферрин, металлотионеины
• Регуляция экспрессии генов: белки с «цинковыми пальцами»

Эволюционное разнообразие транспортных белков кислорода

Одна и та же биологическая задача — обратимого связывания кислорода в разных группах животных решается с помощью разных металлов:

• Железо в геме — гемоглобин и миоглобин у позвоночных и многих беспозвоночных → кровь красная.
• Медь — гемоцианин у большинства моллюсков и членистоногих (крабы, осьминоги, пауки и др.) → кровь синяя в оксигенированной форме.
• Негемовое железо — гемэритрин у некоторых морских червей (сипункулид, приапулид, брахиопод) → кровь розово-фиолетовая.

Такое разнообразие демонстрирует конвергентную эволюцию транспортных систем кислорода на основе разных металлопротеинов.