The Bioinorganic Chemistry of Mammalian Metallothioneins

化学 生物无机化学 金属硫蛋白 背景(考古学) 金属蛋白 功能(生物学) 亲缘关系 金属化 生物化学 生物物理学 立体化学 细胞生物学 基因 生物 古生物学
作者
Artur Krężel,Wolfgang Maret
出处
期刊:Chemical Reviews [American Chemical Society]
卷期号:121 (23): 14594-14648 被引量:155
标识
DOI:10.1021/acs.chemrev.1c00371
摘要

The functions, purposes, and roles of metallothioneins have been the subject of speculations since the discovery of the protein over 60 years ago. This article guides through the history of investigations and resolves multiple contentions by providing new interpretations of the structure-stability-function relationship. It challenges the dogma that the biologically relevant structure of the mammalian proteins is only the one determined by X-ray diffraction and NMR spectroscopy. The terms metallothionein and thionein are ambiguous and insufficient to understand biological function. The proteins need to be seen in their biological context, which limits and defines the chemistry possible. They exist in multiple forms with different degrees of metalation and types of metal ions. The homoleptic thiolate coordination of mammalian metallothioneins is important for their molecular mechanism. It endows the proteins with redox activity and a specific pH dependence of their metal affinities. The proteins, therefore, also exist in different redox states of the sulfur donor ligands. Their coordination dynamics allows a vast conformational landscape for interactions with other proteins and ligands. Many fundamental signal transduction pathways regulate the expression of the dozen of human metallothionein genes. Recent advances in understanding the control of cellular zinc and copper homeostasis are the foundation for suggesting that mammalian metallothioneins provide a highly dynamic, regulated, and uniquely biological metal buffer to control the availability, fluctuations, and signaling transients of the most competitive Zn(II) and Cu(I) ions in cellular space and time.
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