The nitrogen cycle, including the metal cofactors in each enzymatically catalyzed step

1. The nitrogen cycle, including the metal cofactors in each enzymatically catalyzed step Morel & Price (2003) Science 300,944

2. Primary metal requirements for C, N, and P acquisition and assimilation by marine phytoplankton Morel & Price (2003) Science 300,944

3. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

4. Oligoelementos Hierro Proteínas hemínicas Grupo hemo (Fe-protoporfirina IX) Mioglobina y hemoglobina Citocromos (a, b, c, d, f, P-450, etc) Oxigenasas, peroxidasas y óxido-reductasas Grupo sirohemo Sulfito y nitrito reductasas

5. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

6. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

7. Pulmones Tejidos CO2 CO2 CO2 CO2 H2O H2O H+ H+ HCO3- HCO3- Cl- Cl- HCO3- HCO3-

8. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

9. Pulmones Tejidos O2 O2 HbH+-CO2 HbH+-CO2 O2 O2 CO2 CO2 H+ H+ Hb-O2 Hb-O2 CO2 CO2

10. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

11. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

12. Oligoelementos Hierro Proteínas no hemínicas Agrupaciones Fe-S Ferredoxina y Rubredoxina Ferritina y Transferrina Oxigenasas, Hidrogenasa y Nitrogenasa Agrupaciones híbridas (Fe-S-O) Función no asignada (ciclo N?, protección frente al estrés oxidativo?)

13. S Fe Fe S [2Fe–2S] S Fe Fe Fe S S S Fe S S Fe Fe Fe S [ 3Fe–3S] [ 4Fe–4S] Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

14. Iron Sulfur Centers 2Fe.2S iron sulfur center from Rieske protein of the bc1-complex Two 4Fe.4S iron sulfur centers ferredoxin

15. Iron Sulfur Centers Rees & Howard (2003) Science 300, 929-931

16. Hybrid Cluster Proteins (HCPs) The hybrid cluster containsboth -S and -O bridges between pairs of iron atoms Aragao et al. (2003) J Biol Inorg Chem 8, 540

17. Biological Iron Transport Agents All multi-cellular and essentially all single-celled organisms require iron for growth, even though the biological availabilityof iron is extremely limited by the insolubility of iron hydroxide. To overcome this difficulty, microbes synthesizelow-molecularweight chelating agents called siderophores which bind and solubilize iron. These ferric siderophorecomplexes are then transported into the bacteria by specific receptor proteins. In mammals, dietary iron is absorbed and bound to the iron transport protein transferrin. In cells, iron is stored by the protein ferritin. http://www.cchem.berkeley.edu/~knrgrp/iron.html

18. Siderophores Competition for iron between a host and bacteria is one of the most important factors determining the course of a bacterial infection. Different organisms utilize structurally varied siderophores to also competitively bind iron and gain selective growth advantages. http://www.nd.edu/~mmiller1/page2.html

19. Ferritin: Iron Storage Mammalian ferritins are 24-mers assembled from two types of polypeptide chain which providethe molecule with different functions. H(eavy) chains catalyse the first step in iron storage, the oxidation of iron(II). L(ight) chains promote the nucleation of the mineral ferrihydrite enablingstorage of iron(III) inside the protein shell.

20. Transferrin Iron Transport Protein Database of Macromolecular Movements

21. Oligoelementos Cobre Tipo 1. Disposición tetraédrica Proteínas azules de cobre: plastocianina, azurina, amicianina, etc. Tipo 2. Complejo plano-cuadrado Nitrito reductasa Superóxido dismutasa Amino oxidasa Galactosa oxidasa

22. Oligoelementos • Cobre • Tipo 3. Centro dinuclear: dos pirámides trigonales opuestas • Hemocianina (transporte de oxígeno) • Tirosinasa (hidroxilación de fenoles)

23. Oligoelementos Cobre Tipo 4. Centro trinuclear (mixto tipos 2 y 3) Ascorbato oxidasa Ceruloplasmina (transporte de Cu) Lacasa (oxidación de fenoles)

24. Ceruloplasmin (PDB: 1kcw) There are six copper atoms: three are monocluclear (Type I); the three others form a trinuclear cluster (see above).

25. Cu trafficking in S. cerevisiae Finney & O’Halloran (2003) Science 300, 931

26. Oligoelementos Tipo 5. CuA (dinuclear) y CuB (mononuclear) Citocromo c oxidasa (complejo IV) CuB CuA

27. Cytochrome c oxidase – Complex IV Subunit III (in blue) with an embedded phospholipid. Subunit IV (green, unique to this enzyme) Subunit I (yellow) - Subunit II (purple) Antibody fragment (cyan) used to drive crystallization. Cytochrome Oxidase Home Page http://www-bioc.rice.edu/~graham/CcO.html

28. Complex IV The copper A center in subunit II Iwata et al.(1995) Nature376, 660-669

29. Complex IV:The cytochrome a3-CuBbinuclear center Iwata et al.(1995) Nature376, 660-669

30. Oligoelementos • Molibdeno • Cofactor de molibdeno (MoCo) • Xantina oxidasa • Xantina deshidrogenasa • Nitrato reductasa (fotosintética) • Sulfito reductasa (animales y bacterias) • Aldehído oxidasa (mamíferos) • CO2 reductasa (bacterias) • Cofactor de hierro y molibdeno (MoFeCo) • Nitrogenasa (bacterias)

31. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

32. Nitrogenase

33. Oligoelementos • Manganeso • Complejo fotooxidante del agua (OEC) • Lectinas (proteínas que unen polisacáridos) • Piruvato carboxilasa • Superóxido dismutasa • Cobalto • Cianocobalamina (o vitamina B12) • Enzimas que participan en reacciones de • transferencia de hidrógeno y grupos metilo

34. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

35. Mn PSII from cyanobacteria Cyt c-549

36. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

37. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

38. ..\..\PcMolecule Lite\Mols\Vitamin B12.mcm

39. Oligoelementos • Cinc • Regulador de la actividad de enzimas • Estabilizador de proteínas y polinucleótidos • En enzimas: • Anhidrasa carbónica • Aldolasa • Fosfatasa alcalina • Deshidrogenasas • Polimerasas de DNA y RNA • Peptidasas y proteinasas \biomodel\model1\INICIO.HTM

40. Structure of Zn(II)b-lactamase (3bc2) The Zn(II) is tetrahedrally coordinated by His86, His88, His149 and awater/hydroxide molecule Dal Peraroet al. (2002) JBIC 7, 704-712

41. Oligoelementos • Níquel • Ureasa • CO deshidrogenasa • Vanadio • Hemovanadina (en la sangre de los tunicados) • Regulador de ATPasas y fosfatasas • En enzimas: • Bromoperoxidasa (algas pardas y rojas) • Nitrogenasa (sustituye al molibdeno)

42. Oligoelementos • Wolframio • Aldehído óxido-reductasas (termófilos) • Cromo • En el factor de tolerancia a la glucosa (potencia la • acción de la insulina)

43. CH OH 2 ( CH OH ( 3 CH C H 2 2 CH 3 CH 3 O riboflavina ( vitamina B ) 2

44. ..\..\PCM2L\Mols\FAD.mcm Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99) ..\PcMolecule Lite\Mols\FAD.mcm

45. Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa Editorial Rueda, Madrid (1998-99)

46. Oligoelementos • No metales y semimetales • Selenio • Como seleno-cisteína en: • Glutatión peroxidasa • Reductasas y deshidrogenasas • Silicio • Esqueleto de SiO2 de las diatomeas • Boro • Estabiliza las estructuras de los heterocistos (células • fijadoras de N2 en cianobacterias filamentosas)

47. Synechocystis sp. PCC 6803 Anabaena sp. PCC 7119 Cyanobacteria Pseudanabaena sp. PCC 6903

48. Metales en biología Metaloproteínas no enzimáticas Transporte de dioxígeno (hemoglobina y mioglobina) Transferencia de electrones (citocromos) Función estructural de los iones metálicos (proteínas con Zn que regulan la expresión génica) Metaloenzimas Enzimas hidrolíticos (anhidrasa carbónica) Enzimas redox de dos electrones (deshidrogenasas) Enzimas redox multielectrónicos (nitrito reductasa) Reorganizaciones (aconitasa, en el ciclo de Krebs)

49. Metales en biología Comunicación Magnetita para la navegación magnética en animales Na+, K+ y Ca2+ en la transducción de señales celulares Interacción con los ácidos nucleicos Na+ y Mg2+ en la estabilización de las estructuras de DNA y RNA Transporte y almacenamiento Transferrina (transporte) y ferritina (almacenamiento) en animales Ceruloplasmina para el transporte de Cu Metalotioneína para eliminación de tóxicos como Cd o Pb Sideróforos para la entrada de Fe en bacterias

50. Metales en Medicina Mercurio Tratamiento de la sífilis Hierro Tratamiento de la anemia Magnesio Tratamiento de desórdenes intestinales Oro Contra la artritis reumatoide Titanio Implantes (dentales, p.e.) Tecnecio-99 Marcador radioisotópico Cisplatino Quimioterapia: Anticancerígeno Ac-225 y Bi-213 Radioterapia: Generadores de partículas alfa como terapia contra el cáncer