Proteínas Envolvendo Oxigênio

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.

O2+

ν(O-O) (cm-1) (Å) O) 1905

1,12

O2

1580

1,21

O2-

1097

1,33

802

1,49

Espécie

O22-

d(O-

Diagrama ilustrando as mudanças estruturais e de estado de spin que ocorrem pela ligação do O2 na Feporfirina. (a) Spin-alto FeII e (b) Spin-

Dados termodinâmicos para a redução do O2 e do grupo Heme

Reação vs. NHE)   4H+ + O2 + 4e- → 2H2O +0,82 2H+ + O2 + 2e- → H2O2 H+

+ O2 +

Hb.(Fe3+)

+

e- → HO2

Eo’

(V

+0,27 -0,45

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 oxie deoxi-Mb e Hb se referem a proteína no estado

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

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 H O produzido é aparentemente RCH (1) 2 2 2OH+O 2→RCHO+H2O2 usado no processo de degradação de lignina. RCHO + H2O + O2→RCO2H+H2O2 (2)

apoenzima

pH 7.0 (água)

pH 4.5 (acetato)

2+

•

Cu -Tir (GAOox)

+e-e-

Formas GAO ativa GAO inativa

2+

Cu -Tir (GAO semi)

+e-e-

Cu+-Tir (GAO red)

( 3)

UV-vis, λ, RPEa (ε) nm, A x10-4 // -1 -1 M cm-1 444cm (5194), 810 438 g// = b (3211) (1000), 2,277, 625 g⊥ = b (1167) 450 (≤ 2,055,

GAO reduzida 500), d Apo-GAO 650 450,(≤ d 500) 800e

A// = 175 g= 2,0055f

Mecanismo molecular proposto para a GAO Tir-495 Cis-228

S

O His-581

His-496

N

O Cu

H2O

RCH2OH Tir-272

N

(i)

II

N

S

O O Cu

O H

II

N

H O CHR

H

H (ii)

H2O2

(v) O2

S

OH N

N

CuI N

O

O CuII

C H

S

OH

HO R

N (iv)

(iii)

S

OH N

HO Cu

N

II

O

C H

R

H O CHR

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 deoxihemocianina (A) e oxi-hemocianina (B).

Distância CuI...CuI = 3.8 ± 0.4 ÅDistância CuII...CuII = 3,5 Å

A utilização de compostos modelo auxiliando na resolução do sítio ativo da metaloenzima 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(3,5iPr2C3HN2) = hidridotris(3,5-diisopropil-1pirazolil)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 2

Estrutura de um modelo para a oxihemocianina; [{Cu2[HB(3,5iPr C HN ) } (O )]

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 (ε=20000 M-1 cm-1) e 570 nm (ε=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.

Tirosinase A 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: Função de cresolase OH

OH

O2

H 2O

+

AH2

OH

Função de catecolaseou catecol oxidase OH 2

OH

O2

O 2

+

O

H 2O

+

A

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

O

O 3H

N N

+

2+

Cu

O

N

2+

Cu

2H

+

N

O

+ H2O

N N

Cu

O

N

2+

2+

OH

HO

O

O

Cu

N

N

OH

N

met

N 2+

Cu

O O

2+

N

N

Cu

N

H

O

2+

Cu

O

+

oxi OH

HO

OH

2H

O2

+

+ H 2O O N N

O 2+

Cu

OH

H+ 2+

N

Cu

N

O

O

N

+

Cu

N

+

N

Cu

N deoxi

Mecanismo proposto por Solomon et al.

2+

N

Cu

N

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

H O

N N N

N

Cu N N

H H O

N N Cu

N N

CuII-OH-CuII

N

N

N

N N

N

Cu N N

Cu N N CuI-CuI

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

N N N

N

O

O

HO

OH

- H+ H2O

OH

CuA(I)

+ O2

CuB(I)

CuA(II)

- H2O + 2 H+

- H+

HO

CuB(II)

O

OH

OH CuA(II)

O

-

-

O-

O

O

-

- H2O

CuB(II)

Mecanismo proposto para a oxidação de catecóis catalisada pela catecol oxidase. Os ligantes N-doadores foram

Modelos Estruturais Relevantes para Metaloenzimas de Cobre – Karlin et al Py

Py

Cu Py

Py

(CH2)n

Py

Py N

Py

O

O

Cu

N

Py

λ=440 nm (ε=2000 M-1 cm-1), 525 nm (ε= 11500 M-1 cm-1), 590 nm (ombro, 7600 M-1 cm-1) CuII...CuII = 4,36 Å ⇒ 1.3 Å comparado com

N

Cu

O O

Cu

Py

N

Py (n=3-5)

Cu...Cu = 3,37 Å), porém esta distância foi estimada por EXAFS e assim o modo de coordenação do peróxido não fica completamente

R

R

R

R

N N H B

N N R R

N N

R

O2 H B

R R

R = fenil, isopropil

Oxi-hemocianina Diamagnético

CuII

N N R R

N N

N N

R

N N CuI

R

O O

R

N N

CuII

B

N N

R R

R

R Modelo para a oxi-hemocianina

[{Cu2[HB(3,5Pri2C3HN2)3}2(O2)]

Diamagnético

580 nm(1000 M551 nm(790 M-1cm1 1 cm-1), ), 349nm(21000 M340nm(20000 M-1 1ν(O-O) cm-1) = 741 cm-1 ν(O-O) = 744-752 cm-1) cm-1 Cu...Cu = 3,5 – Cu...Cu = 3,56 Å

H

C(35) C(27)

C(26)

C(2)

C(21)

C(25)

C(22)

C(16)

C(34)

N(1)

C(3)

C(17)

C(23)

C(24)

C(36)

O(1)

C(15)

C(31)

C(33)

C(37) N(5) C(47)

N(32)

O(20) C(11)

C(4)

C(41)

Cu(2)

Cu(1)

C(46)

N(12) N(42) C(14)

C(13)

O(6)

O(7) C(8)

C(43)

C(45) C(44)

C(9)

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

Complexos Dinucleares de Cobre como Modelos Estruturais e Funcionais para as Catecóis Oxidases Ademir Neves e Colaboradores em:

Inorg. Chem. Commun. 1999, 2, 334 Inorg. Chem. 2002, 41, 1788-1794.

CAPÍTULO 3 - Planejamento dos ligantes e complexos LIGANTES OH

OH

OH N

N

N N

OH

N N

N N

OH

N

H3BBPPNOL

N

N

Cu Npy / O fenol

N O

OH HTPPNOL

COMPLEXOS BINUCLEARES DE COBRE(II)

Npy

N

N

H2BTPPNOL

N

N

N py

Cu Npy / O fenol

N

CAPÍTULO 3 - Síntese dos ligantes

H3BBPPNOL: N,N’-bis(2-hidroxibenzil)-N,N’-bis(2-piridilmetil)-2-ol-1,3-propanodiamina H2N

NH2 OH

CHO +

2

OH

OH MeOH

OH

N

N OH

2-OH-SALPN OH

OH

OH

OH NaBH4

N

MeOH

N

HN

OH

NH OH

H3BBPNOL OH

H3BBPNOL + 2

N

(Et)3N Cl.HCl

OH

N

N

H2O

OH

N

H3BBPPNOL

Neves, A. ; Erthal, S. M. et al. Inorg. Chim. Acta 1992, 197,121.

N

CAPÍTULO 3 - Síntese dos ligantes

H2BTPPNOL: N-(2-hidroxibenzil)-N,N’,N’-tris(2-piridilmetil)-2-ol-1,3-propanodiamina O

O NK

Cl

+

N

T=130ºC

O

O

(A)

O

MeOH refluxo

HAYASHI, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 11220.

EtOH/H2O 1 ) NH2NH2.H2SO4 Et3N

N NH2

N

N

OH

2)

O

N HN

N

O N

N

HCl

OH

(C)

O

N N

(B)

1) MeOH OH CHO 2) NaBH4

HO

1) N N N

N

NH OH

(D)

OH

2)

Cl.HCl

base

N

MeOH/∆

N

N

N OH

H2btppnol

N

CAPÍTULO 3: Síntese dos ligantes

HTPPNOL: N,N,N’,N’-tetraquis(2-piridilmetil)-2-ol-1,3-propanodiamina

NH2

H2 N OH

+ 4

N

NaOH Cl.HCl

N

H2 O

N

N OH

N

HTPPNOL

Chan, M. K., Armstrong W. H J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 9121.

N N

CAPÍTULO 3 - Síntese dos complexos

[Cu2(H2bbppnol)(µ-CH3COO)(H2O)2]Cl2.2H2O (1) 2+

H3BBPPNOL

Cu(CH3COO)2.H2O

N

N

OH

OH

O

(C2H5)4NCl.H2O MeOH

Cu N H2O

Cu O

O

(Cl-)2

N H2O

Analise elementar de CHN para C31H38N4O7Cl2Cu2.2H2O: Calculado: Encontrado:

C, 45.92; H, 5.22; N, 6.91. C, 45.80; H, 5.31; N, 6.76.

Condutividade molar = 180 Ω-1 cm2mol-1. Bandas no IV / cm-1: ν(O-H) 3358; νa(COO-) 1564; νs(COO-) 1458; ν(C=N, C=C) 1610, 1502, 1444; δ(O-H) 1384; ν(C-O) 1268; δ(C-H Arom.) 756.

CAPÍTULO 3: Síntese dos complexos

[Cu2(H2bbppnol)(µ-CH3COO)(µ-ClO4)]ClO4· H2O·EtOAc (2) + N

H3BBPPNOL

Cu(ClO4)2.6H2O

N

OH

CH3COONa.3H2O MeOH

OH

O Cu N

Cu O

O

O

N

ClO4-

O Cl O

O

Analise elementar de CHN para C35H44N4O16Cl2Cu2: Calculado: Encontrado:

C, 43.13; H, 4.55; N, 5.75. C, 43.11; H, 4.63; N, 5.68.

Condutividade molar = 306 Ω-1 cm2mol-1. Bandas no IV / cm-1: ν(O-H) 3386; νa(COO-) 1562; νs(COO-) 1458; ν(C=N, C=C) 1612, 1446; δ(O-H) 1384; ν(C-O) 1264; ν(ClO4-) 1112, 1080; δ(C-H Arom.) 762.

CAPÍTULO 3 Síntese dos complexos

[Cu2(Hbtppnol)(µ-CH3COO)](ClO4)2 (4) 2+ N

N

OH

H2BTPPNOL

NaClO4 MeOH

N

O

Cu(CH3COO)2.H2O

Cu N

Cu O

O

(ClO4-)2

N

Análise Elementar de CHN para Cu2C30N5O12H33Cl2: Calculado: Encontrado:

C: 42,21%; H: 3,90%; N: 8,20%. C: 41,49%; H: 3,88%; N: 8,13%.

Condutividade molar = 306 Ω-1 cm2mol-1. Bandas no IV / cm-1: ν(O-H) 3240; νa(COO-) 1554; νs(COO-) 1442; ν(C=N, C=C) 1610, 1506, 1482; δ(O-H) 1368; ν(C-O) 1264; ν(ClO4-) 1092; δ(C-H Arom.) 764.

CAPÍTULO 3: Síntese dos complexos

[Cu2(tppnol)(µ-CH3COO)](ClO4)2 (5) 2+ N

HTPPNOL

Cu(CH3COO)2.H2O

N

N

NaClO4 MeOH

N

O Cu N

Cu O

O

(ClO4-)2

N

Análise Elementar de CHN para Cu2C29N6O11H32Cl2: Calculado: Encontrado:

C: 41,54%; H: 3,85%; N: 10,02%. C: 41,66%; H: 3,92%; N: 10,54%.

Condutividade molar = 300 Ω-1cm2mol-1. Bandas no IV / cm-1: ν(O-H) 3426; νa(COO-) 1556; νs(COO-) 1448; ν(C=N, C=C) 1606, 1476; ν(C-O) 1264; ν(ClO4-) 1088; δ(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)(µ-CH3COO) (H2O)2]Cl2.2H2O (1) C16

C15

C26

C25

C9 C11

C21

O2

O1 C14 C12

C13 C36

C24

O4

O3

C22

C8 C1

C35

C2

O5

C34

C33

N1

C32

Cu2

Cu1

N31

C46

C44 N2

C42

C7 C4

C3 O1W

C45

N41

C6 C5

C23

O2W

C43

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% Sistema Cristalino: Monoclínico Grupo Espacial:P21/c Dimensões da cela unitária: a = 15,050(3) Å, b = 22,447(5) Å, c = 11,843(2) Å α = γ = 90 º, β = 100,71(3)º

CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (1)

[Cu2(H2bbppnol)(µ-CH3COO) (H2O)2]Cl2.2H2O (1) Espectro Eletrônico

N

N

OH

OH

O Cu

sólido água acetonitrila

Cu

663nm 664 nm (ε =193 M-1 cm-1) 669 nm (ε =364 M-1 cm-1) 448 nm (ε =285 M-1 cm-1) N

H2O

O

O

N

H2O

Espectro de RPE 3000 2000

g|| = 2,235 g|| > g⊥ g⊥ = 2,062 A|| = 185 x 10-4 cm-1

Intensidade

1000 0 -1000 -2000 -3000

> 2,04

-4000 2400

2600

2800

3000

3200

Campo [G]

3400

3600

geometria octaédrica alongad ou piramidal de base quadrad

Espectros de RPE ( espectro experimental e ⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅ espectro simulado) do complexo (1) em

CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (1)

[Cu2(H2bbppnol)(µ-CH3COO) (H2O)2]Cl2.2H2O (1) N

N

OH

Propriedades Magnéticas

Cu N

8000

2.0

6000

1.5

4000

1.0

2000

0.5

0

50

100

150

T [K]

200

250

300

350

µ eff [ µ B ]

2.5

-6

3

χ [ 10 cm / mol ]

H2O

10000

OH

O Cu O

O

N H2O

Acoplamento antiferromagnético

J = -25 cm-1 g = 2,1 xp = 5,7 %

CAPÍTULO 3: Estrutura Cristalina do Complexo (4)

[Cu2(Hbtppnol)(µ-CH3COO)](ClO4)2 (4) 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

Sistema Cristalino: Monoclínico Grupo Espacial:P21 Dimensões da cela unitária: a=13,127(3) Å, b=14,134(3) Å, c=19,120(4) Å α = γ = 90 º, β = 102,48(3)º

Cu...Cu = 3,5 – 3,7 Å – na Hc C(35)

C(27)

C(26)

C(2)

C(21)

C(22)

C(34)

N(1)

C(25)

C(3)

C(17)

C(23)

O(1)

C(24) C(11)

C(15)

C(4)

C(31)

C(33)

C(37)

N(5) C(47)

N(32)

O(20) C(16)

C(36)

C(41)

Cu(2)

Cu(1)

C(46)

N(12) N(42) C(13) C(14)

O(7)

O(6) C(8)

C(43)

C(45) C(44)

C(9)

CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (4)

[Cu2(Hbtppnol)(µ-CH3COO)](ClO4)2 (4) Espectro Eletrônico sólido água acetonitrila

N

N

OH

N

O Cu N

Cu O

O

N

676nm; 928 nm 680 nm (ε =175 M-1 cm-1) ; 912 nm (ε =179 M-1 cm-1) 687 nm (ε =179 M-1 cm-1); 858 nm (ε =146 M-1 cm-1); 428 nm (ε = 61M-1 cm-1)

3000

Espectro de RPE

2000

Intensidade

1000

g|| = 2,135 g|| > g⊥ g⊥ = 2,040 A|| = 130 x 10-4 cm-1

0 -1000 -2000

> 2,04

-3000 -4000 500

1000

1500

2000

2500

Campo [G]

3000

3500

geometria octaédrica alongad ou piramidal de base quadrad

Espectros de RPE ( espectro experimental e ⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅ espectro simulado) do complexo (4) em acetonitrila a 77 K.

CAPÍTULO 3: Caracterização do Complexo (4)

[Cu2(Hbtppnol)(µ-CH3COO)](ClO4)2 (4) Propriedades Magnéticas 180000

2.9

160000 2.8 140000 2.7

80000 60000

2.6

2.5

40000

Acoplamento ferromagnético

µeff [µB]

3

100000

-6

χ[10 cm / mol]

120000

J = + 18,4 cm-1 Jinter = -2,3 cm-1

2.4

20000 2.3

0 0

50

100

150

200

250

300

g = 2,1

T [K]

Oh

dx2-y2

dx2-y2

dz2

dxy

dxy

dz2

dxz, dyz

dxz, dyz

D4h

OctaédricoOctaédrico distorcido (alongado)

C4V

O

dz2

2-y2 dxy,dx

O dx2-y2

O dz2

dxz, dyz

Sobreposição dos orbitais magnéticos para o complexo (4) mostrando a natureza nãoBipirâmide trigonal complementar das interações.

Piramidal base quadrada

D3h

CAPÍTULO 3: Complexo (5)

[Cu2(tppnol)(µ-CH3COO)](ClO4)2 (5) MURTHY, N. N., KARLIN, K. D., BERTINI, I. et al.J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2156

O

N N

N

Cu

Cu O

N

N

O N

Cu(1)-O(1)(alcooxido) Cu(1)-O(2)(acetato) Cu(1)-N(1) Cu(1)-N(2) Cu(1)-N(3) Cu(1)-Cu(2)

1,898 Å 1,935 Å 2,029 Å 2,007 Å 2,157 Å 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)1,2c

[Cu2(H2bbppnol)(µ -CH3COO)(H2O)2]Cl2⋅ 2H2O (1)

-0,527

-0,713

0,186

[Cu2(H2bbppnol)(µ - CH3COO)(µ -ClO4)]ClO4⋅ H2O⋅ EtOAc (2)

-0,458

-0,742

0,284

[Cu2(Hbbppnol)(H2O)4](ClO4)2⋅ 2CH3OH (3)

-0,559

-0,677

0,118

[Cu2(Hbtppnol)(µ -CH3COO)](ClO4)2 (4)

–0,89 V

–1,11

0,220

[Cu2(tppnol)(µ -CH3COO)](ClO4)2 (5)

–0,615 V

–0,917

0,302

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) a

CAPÍTULO 3: Estudos de Equilíbrio Químico

Hn-1C + H+

H nC

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 emsolução aquosa

pKa1

pKa2

[Cu2(H2bbppnol)(µ -CH3COO)(H2O)2]Cl2 (1)

5,70

7,42

[Cu2(Hbtppnol)(µ - CH3COO)(H2O)2 ](ClO4)2 (4)

6,32

7,96

[Cu2(tppnol)(µ - CH3COO)(H2O)2](ClO4)2 (5)

6,82

8,15

CAPÍTULO 3: Estudos de Equilíbrio Químico Complexo (1) N

N

OH

OH

O Cu

Cu

N

O

H2O

O

N

pKa1 = 5,70 pKa2 = 7,42

8.4 8.0

H2O

(5) (4)

7.6

(1 )

pKa

7.2

Complexo (4)

6.8 6.4

N

N

OH

N

O Cu

Cu

N

O

O

N

pKa1 = 6,32 pKa2 = 7,96

Complexo (5) N

N

N N

O Cu N

Cu O

H2O

O

N

H2O

5.6 2.15

2.20

2.25

2.30

2.35

2.40

2.45

Distância (Cu-Ligante axial) média (A)

H2O

H2O

6.0

pKa1 = 6,82 pKa2 = 8,15

Correlação entre os valores de pKa e as distâncias médias Cu ligante axial para os complexo (1), (4) e (5).

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 O

2+

-

+

COOMe N

N

Py I N Cu Py

Py

N CuI

O2

N Py

Cu

(O2) Py Py

CuI

N

N Cu

N

Py

Py

N

O Cu OH

Py

CuI

N

Py

II

CuII

N

N N

CuI

N

N

CuI

N

O

N

N

Py COOMe

Py

O2 2+

Py N OH

N Py

Py

- OH

Py

N

N CuII

N N

O

N

CuII O

COOMe

Karlin, K. et al J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 2121

+

N N

CuI

N N

O2

N CuI

O

N N

COOMe

Casella, L. et al Inorg. Chem. 1996, 35, 7516

CAPÍTULO 3 - Modelos funcionais para hemocianina, tirosinase e catecol oxidase

– ATIVIDADE CATECOLASE DAS ENZIMAS TIROSINASE E CATECOL OXIDASE: oxidação de substratos com a função catecol HO

O Cu

Cu O oxi

2+

2+

+

Cu .....Cu HO

HO

2+

Cu .....Cu

+

met

2+

O

O +

+

deoxi

OH

Reação modelo

+

met

Cu .....Cu HO

O

+ O

O + O2

OH

O

CAPÍTULO ➤ SÍNTESE DO COMPLEXO DE Cu(I) E INTERAÇÃO COM OXIGÊNIO + N

H2BTPPNOL

EtCN

[Cu(CH3CN)4]ClO4

+

N

OH

N

O

Argônio

Cu

Cu

N

ClO4-

N

CH3CN

CH3CN

O2 / -80ºC ou TA

+

2+ N

N

OH

O Cu

N N

(ClO4-)2

Cu

N

OH

H2O

N

TA

OH

N N

O Cu N

Cu

(O2)

N

Complexo (6)

verde

marrom

ClO4-

CAPÍTULO 3 - Síntese do complexo de Cu(I) e interação com oxigênio + N

+

N

OH O Cu

N

CH3CN

Cu

400

N

(O2)

CH3CN

(marrom)

giso = 2,1071

TA

200

Intensidade

ClO4-

Cu

N

-80ºC ou TA

(amarelo)

marrom

N

O

800 600

N

OH

ClO4-

Cu

N

N

O2

N

0

2+

-200

N

-400

OH

-600 -800 -1000 2400

N

giso = 2,1071 2600

2800

N

O Cu N

3000

3200

OH

3400

Campo [G]

(ClO4-)2

Cu

H2O

N

Complexo (6)

(verde) 400

1.5

O2

0

g|| = 2,192; g⊥ = 2,085; A|| = 124 x 10-4 cm-1)

-200

-400

verde

2-

Cu(II)

1.0

Absorbância

Intensidade

200

marrom

verde

0.5

-600

-800 2400

2600

2800

3000

3200

3400

Campo [G]

0.0 400

500

600

700

800

900

λ / nm

Espectros de RPE em CH3CN a 77K.

Espectros eletrônicos em EtCN a TA.

CAPÍTULO 3 - Resultados e Discussão

1,5

Abs

➤ OXIDAÇÃO DO SUBSTRATO 3,5-DI-TERCBUTILCATECOL POR COMPLEXOS BINUCLEARES DE COBRE(II)

2,0

1,0

0,5

0,0 300

OH

400

OH

O

600

700

800

λ , nm

O + O2

500

400 nm (ε=1900 M-1cm-1)

EFEITO DO pH NA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO -7

4.0x10

Espécies

pKa1

pKa2

pKa cinético

[Cu2(H2bbppnol)(µ -CH3COO)(H2O)2]Cl2 (1)

5,70

7,42

7,8 ± 0,1

[Cu2(Hbtppnol)(µ - CH3COO)(H2O)2 ](ClO4)2 (4)

6,32

7,96

8,1 ± 0,1

[Cu2(tppnol)(µ - CH3COO)(H2O)2](ClO4)2 (5)

6,82

8,15

8,2 ± 0,1

3,5-DtBC1

10,35

14,7

-7

-1

v0 (M s )

3.0x10

-7

2.0x10

-7

1.0x10

0.0

4

5

6

7

pH

8

9

1

TYSON, C. A., MARTELL, A. E. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 3379 - 3386

Dependência da taxa de reação com o pH para a oxidação do 3,5-DtBC catalisada pelo complexo (1).

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 -7

2.6x10

-7

2.4x10

-7

2.2x10

-7

2.0x10

Eq. Michaelis-Menten

-7

1.8x10

-7

-1

vo (M s )

1.6x10

v = Vmáx [S] / (Km + [S])

-7

1.4x10

-7

1.2x10

-7

1.0x10

-8

8.0x10

-8

6.0x10

-8

4.0x10

1/v = Km/Vm[S] + 1/Vmax

-8

2.0x10 0.0 0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

[3,5-DtBC] (M)

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.

Parâmetros cinéticos para a oxidação do 3,5-DtBC catalisada por complexos binucleares de cobre(II) Complexo

Vmáx (Ms-1)

Km (M)

Kass (=1/Km)(M-1)

kcat (s-1)

kcat/KM (M-1s-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

2.45

12

Correlação entre parâmetros

estrutural: distância média Cu-ligante axial para os complexos (1), (4) e (5).

-1

-1

eletroquímico: (∆E)1,2 (= E(red)1 – E(red)2)

2.35

10

kcat/KM (M s )

cinético: k2 (=kcat/KM): eficiência catalítica

2.40

11

9

(1) 2.30

8

2.25

(4)

7

2.20

6 2.15

5

2.10

4

(5)

3 0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

(∆ E)1,2 (V vs. NHE)

0.28

0.30

2.05 0.32

Distância (Cu-ligante axial) média (A)

13

CAPÍTULO 3 - Oxidação do substrato 3,5-di-terc-butilcatecol por complexos binucleares de cobre(II) PROPOSTA DE MECANISMO PARA A REAÇÃO DE OXIDAÇÃO N

N

N

OH

OH

O Cu

Cu

N H2O

OH

O

II

pH 8 N

O

O

N

OH II

Cu

Cu

N

N

O

O

H2O

OH

OH

Complexo (1) OAc-

HO

O2

N

N

N

OH Cu

I

O

II

Cu

CuI

OH2

O

II

O O

OH

Cu

N

N

OH2

N

OH

OH

N

OH

N O

O