Nové objevy v metaloproteomice rozšiřují spektrum biogenních prvků

V živých soustavách nacházíme biogenní elementy. Patří sem řada prvků periodické soustavy převážně s nízkou atomovou hmotností. Podle zastoupení a důležitosti pro živý organismus je dělíme na makroelementy a mikroelementy. Mezi makroelementy patří 11 prvků, které však tvoří až 99,9% hmotnosti živých organismů. Největší zastoupení mají prvky C, O, H a N, které tvoří až 95 % živé hmoty. Zbývajícími makroelementy jsou S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl – 7 prvků, které tvoří asi 4,9% podíl živé hmoty.

Mezi mikroelementy řadíme prvky, které jsou v živých organismech jen ve velmi malých množstvích, ale jsou nepostradatelné pro funkci některých enzymů a jimi řízených biologických procesů. Mezi klasické mikroelementy patří například jód, měď, železo, selen a další. Kromě nich se v organismech vyskytují prvky, jejichž úloha není dosud spolehlivě a jednoznačně prozkoumána, které jsou však v dávkách často menších než několik desítek nanogramů na gram potravy nezbytné pro normální životní funkce. Mezi tyto ultramikroelementy patří např. arzen, bor, fluor, mangan, molybden, nikl, křemík nebo vanad. Jejich procentuální zastoupení v živých organismech je tak malé, že mluvíme o stopových prvcích. Jejich úloha je zatím z velké části neznámá nebo se o ní spekuluje na základě teoretických úvah. Stopové prvky kovového charakteru bývají součástí metaloproteinů, molekul v nichž je kov vázán na molekulu proteinu.

Metaloproteiny hrají klíčovou úlohu v řadě biochemických pochodů. Například proteiny obsahující Fe a Cu se podílí na dýchání, proteiny s Mg hrají klíčovou úlohu ve fotosyntéze apod. Není snadné určit množství a biologický význam těchto stopových kovů. Podrobná analýza obsahu stopových prvků v živých organismech pomocí různých spektrometrických metod a chromatografií na mikroorganismu Pyrococcus furiosus zjistila, že z 343 zachycených kovových proteinových derivátů jich 158 neodpovídalo žádnému známému metaloproteinu. Nově objevené deriváty obsahovaly kobalt, železo, nikl, wolfram a zinek (v 83 případech) a olovo, mangan, molybden, uran a vanad (v 75 případech). Čištění osmi ze 158 nečekaných nálezů prokázalo čtyři nové proteiny obsahující nikl a molybden, čtyři pak olovo a uran. Analýza bakterií Escherichia coli a Sulfolobus solfataricus odhalila specifickou vazbu dalších neočekávaných kovů na proteiny. Vznikl tak zcela nový obor, metaloproteomika, která studuje proteiny, v nichž se vyskytují kovové ionty. V roce 1995 byl Markem Wilkinsem označen soubor proteinů produkovaných genomem nějakého organismu jako proteom. O deset let později se v souvislosti s metaloproteomikou objevuje termín metaloproteom, který lze chápat jako soubor všech metaloproteinů produkovaných genomem nějakého organismu. Objevy, které tento nový obor přinesl, podstatným způsobem rozšířily spektrum prvků důležitých pro život a metaloproteomika se ukázala být velkou nadějí pro další objevy v mikrobiologii, biochemii a toxikologii (Chem. Biol. 117, 793–794, 2010/8).