Cupru: Funcții

Cupru este o componentă integrală a unui număr de metaloproteine ​​și este esențială pentru funcția enzimatică a acestora. Cele două stări de oxidare ale acestuia permit oligoelementului să participe la reacțiile enzimei de transfer al electronilor. Ca cofactor al metaloenzimelor, cupru joacă rolul de receptor și donator de electroni și are astfel o mare importanță pentru procesele de oxidare și reducere.Cupru-dependent enzime aparțin în mare parte clasei oxidazelor sau hidroxilazelor, care la rândul lor aparțin grupului de oxidoreductaze cu potențial redox ridicat. Oxidazele sunt enzime care transferă electronii eliberați în timpul oxidării unui substrat în oxigen.Hidroxilazele sunt enzime care introduc o grupare hidroxil (OH) într-o moleculă printr-o reacție de oxidare-reacție chimică în care o substanță care urmează să fie oxidată donează electroni.Oxidoreductazele care conțin cupru sunt esențiale pentru următoarele procese.

  • Celular metabolismul energetic Și celular oxigen utilizarea (lanțul respirator), respectiv.
  • Detoxifierea respectiv neutralizarea radicalilor liberi
  • Metabolismul fierului și hemoglobină sinteză - formarea roșu sânge pigment (hemoglobină) de eritrocite (celule roșii din sânge) și hematopoieză (formarea celulelor sanguine din celulele stem hematopoietice și respectiv maturarea acestora).
  • Sinteza de țesut conjunctiv, pigmentul melanină și peptida neuroactivă hormoni, Cum ar fi catecolamine și encefaline (pentapeptide endogene din clasa peptidelor opioide).
  • Formarea mielinei - mielina alcătuiește tecile de mielină din neuroni (fibre nervoase), care servesc la izolarea electrică a axonilor neuronilor și sunt esențiale pentru transmiterea excitației

În plus, cuprul afectează diferiți factori de transcripție și este astfel integrat în reglarea genă expresie.

Metaloenzimele dependente de Cu și funcțiile acestora

Caeruloplasminul Caeruloplasminul este o globulină alfa-2 cu un singur lanț, cu un conținut de carbohidrați de 7%. O singură moleculă de caeruloplasmină conține șase atomi de cupru, care sunt prezenți predominant în forma lor 2-valentă în sistemele biologice și sunt esențiali pentru funcția oxidativă a enzimei în intervalul de pH 5.4-5.9. Caeruloplasminul prezintă mai multe funcții: Ca legare și transport proteine, caeruloplasminul conține 80-95% din cupru plasmatic și îl distribuie în diferite țesuturi și organe, după cum este necesar. În plus, este implicat în transportul de de fier (Fe) și mangan (Mn) în sânge plasmă. Prin legarea cuprului liber, de fier și mangan ioni, caeruloplasminul previne formarea radicalilor liberi. Acestea din urmă reprezintă foarte reactive oxigen molecule sau compuși organici care conțin oxigen, cum ar fi superoxid, hiperoxid sau hidroxil. În formă liberă, atât cupru, de fier și mangan sunt elemente foarte agresive care au efect prooxidant. Se străduiesc să smulgă electroni dintr-un atom sau moleculă, creând radicali liberi, care la rândul lor smulg și electroni din alte substanțe. Astfel, într-o reacție în lanț, există o creștere constantă a radicalilor în organism - oxidativ stres. Radicalii liberi pot dăuna, printre altele, acizi nucleici - ADN și ARN -, proteine, lipide și acizi grași, colagen, elastină, precum și sânge nave. Ca urmare a legării Cu, Fe și Mn, caeruloplasminul previne astfel de leziuni celulare oxidative și vasculare. În plus, caeruloplasminul prezintă funcții enzimatice. Catalizează reacții multiple de oxidare și este implicat astfel în metabolismul fierului. Caeruloplasmina este, de asemenea, denumită feroxidază I din acest motiv. Sarcina sa esențială este de a converti oligoelementul fier din bivalentul său (Fe2 +) în forma sa trivalentă (Fe3 +). În acest scop, cuprul conținut de enzimă extracte electronii din fier și îi acceptă, schimbându-și astfel starea de oxidare din Cu2 + în Cu +. Prin oxidarea fierului, caeruloplasminul permite Fe3 + să se lege de plasmă transferină, o proteină de transport responsabilă de furnizarea de fier către celulele corpului. Numai sub forma Fe-transferină fier poate ajunge la eritrocite (celule roșii din sânge) sau celule - și să fie disponibile acolo pentru hemoglobină sinteză. Hemoglobina este pigmentul din sânge roșu care conține fier eritrocite (celulele roșii din sânge). Faptul că transportul fierului către celulele corpului, în special către eritrocite, este afectat de deficitul de cupru arată importanța caeruloplasminei și a funcției sale. În cele din urmă, metabolismul fierului și cuprului este strâns legat. Pe lângă fier, Cu -caeruloplasminul oxidează și alte substraturi, cum ar fi p-fenilendiamina și derivații săi dimetilici. Superoxid dismutază (SOD) Există mai multe forme de superoxid dismutază. Poate fi cupru, zinc- și dependent de mangan. Zn-SOD se găsește exclusiv în citosolul celulelor, Mn-SOD se găsește în mitocondriile, iar Cu-SOD se găsește în citosolul majorității celulelor corpului, inclusiv în eritrocite, precum și în plasma sanguină. Enzima își poate dezvolta activitatea în mod optim în compartimentele corespunzătoare numai dacă cuprul, zinc sau manganul sunt prezente în cantități suficiente.Superoxid dismutaza este o componentă esențială a endogenului antioxidant sistem de protecție. Prin reducerea radicalilor liberi prin transferul de electroni, acționează ca un eliminator de radicali, prevenind oxidarea sensibililor molecule.SOD catalizează conversia radicalilor superoxizi în hidrogen peroxid și oxigen. Cuprul conținut în SOD transferă electroni la radicalul superoxid. hidrogen molecula de peroxid este ulterior redusă la de apă prin catalază sau seleniu-glutation peroxidază dependentă, făcându-l inofensiv. Dacă radicalii superoxizi nu sunt detoxificați, pot conduce la peroxidarea lipidelor, membrana și leziunile vasculare și, ulterior, la bolile „legate de radicali” - boli radicale - cum ar fi ateroscleroza (arterioscleroză, întărirea arterelor), coronarian inimă boală (CHD), boli tumorale, diabet mellitus și boli neurodegenerative precum Boala Alzheimer și boala Parkinson. Citocrom c oxidază Citocrom c oxidază este o proteină transmembranară din membrana mitocondrială internă a celulelor somatice. Enzima este formată din mai multe subunități, cu o grupă hem și un ion de cupru care formează situsul activ catalitic. Grupurile hemo conținând fier și ionii Cu de citocrom c oxidază sunt esențiale pentru reacțiile de oxidare și reducere. În consecință, funcția oxidazei este limitată în cazurile de cupru pronunțat sau deficit de fierCa un complex enzimatic mitocondrial, citocrom c oxidaza reprezintă o componentă esențială a lanțului respirator. Lanțul respirator, numit și fosforilare oxidativă, este ultima etapă a glicolizei (glucoză degradare) și astfel integrat în metabolismul energetic. Se compune dintr-un lanț de reacții succesive de oxidare și reducere care servesc la sintetizarea ATP din ADP - adenozină difosfat - și fosfat. ATP este produsul final real al glicolizei și furnizează energie tuturor tipurilor de procese metabolice celulare sub forma unei legături difosfat bogate în energie. Citocrom c oxidaza este localizată ca complex IV la capătul lanțului respirator și este responsabil atât pentru oxidarea oxigenului și producerea de energie sub formă de ATP. Ambele etape de reacție sunt cuplate printr-un mecanism care nu este încă cunoscut. Într-o primă etapă, subunitatea II a citocromului c-oxidază, centrul metalic redox activ Cu, acceptă electronii din citocromul c, care anterior a fost încărcat cu electroni de citocromul c-reductază. , complexul III al lanțului respirator. În plus, citocrom c oxidaza elimină protonii (H +) din matricea mitocondrială - interiorul unui mitocondrion. Centrul activ catalitic al oxidazei leagă oxigenul, de care sunt transferați electronii și protonii. Oxigenul este astfel redus la de apă.Într-un al doilea pas, citocrom c oxidaza folosește energia eliberată în timpul reducerii oxigenului la de apă pentru a pompa protoni din matricea mitocondrială prin membrana mitocondrială internă în spațiul intermembranar. Prin acest transport de protoni, oxidaza menține gradientul de protoni care există între spațiul intermembranar și matrice. Gradientul electrochimic de protoni între membrane este, de asemenea, numit gradient de pH, deoarece cantitatea de protoni reflectă pH-ul. Reprezintă o concentrare gradient, unde se află mitocondriile în condiții normale, H + concentrare este ridicat în spațiul interstițial al membranei - pH acid - și scăzut în matrice - pH bazic. Astfel, conform legilor termodinamicii, există o forță motrice a protonilor în spațiul intermembranar spre matricea mitocondriei. Citocrom c oxidaza transportă protonii împotriva a concentrare gradient, adică de la concentrație scăzută la mare de H +. Acest proces este activ și poate avea loc numai cu furnizarea de energie. Gradientul H + de la membrana mitocondrială internă este esențial pentru metabolismul energetic a tuturor organismelor cunoscute și este o condiție esențială pentru sinteza ATP. ATP sintaza - complexul V al lanțului respirator - este responsabilă pentru producerea de energie sub formă de ATP. Ca proteină transmembranară, formează un tunel între interiorul mitocondriunea și spațiul dintre membrana interioară și exterioară. Această enzimă utilizează energia necesară pentru producerea de ATP din ADP și fosfat din gradientul de protoni. Astfel, protonii pompați în spațiul intermembranar prin fluxul oxidazei „în jos” prin tunelul ATP-sintază către gradientul din matricea mitocondrială. Acest flux de protoni generează o mișcare de rotație în molecula ATP sintază. Prin intermediul acestei energii cinetice, transferul unui fosfat se produce reziduuri la ADP, rezultând formarea de ATP. Fără transportul activ al protonilor (pompa de protoni) în spațiul intermembranar de citocrom c oxidază, gradientul protonului se va prăbuși, ATP sintaza nu ar mai putea produce ATP și corpul celula ar „muri de foame” din cauza proceselor metabolice deficitare. Pe lângă metabolismul energiei celulare, citocromul c-oxidază este esențial pentru formarea fosfolipide care formează stratul de mielină al tecilor de mielină din neuroni - fibre nervoase. Alte metaloenzime dependente de Cu și funcțiile acestora.

Enzimă Localizare Funcţie
Ferroxidaza II Plasma Oxidarea Fe2 + la Fe3 +.
Dopamina ß-hidroxilaza Medulare suprarenale, sistemul nervos central Sinteza catecolaminelor, cum ar fi dopamina, epinefrina și norepinefrina Hidroxilarea tirozinei la L-dopa, precursorul neurotransmițătorului dopamină, care la rândul său poate fi transformat în epinefrină și norepinefrină Efect antioxidant - neutralizarea radicalilor liberi
Tirozinaza Piele, medulla renală și alte țesuturi Oxidarea tirozinei pentru a forma melanină în melanocite, care determină pigmentarea ochilor, părului și pielii Hidroxilarea tirozinei la L-dopa, precursorul neurotransmițătorului dopamină, care la rândul său poate fi transformat în adrenalină și noradrenalină
Lizil oxidaza Cartilaj, os, piele și alte țesuturi Țesut conjunctiv și formarea oaselor Desaminarea lizină și hidroliză Reticularea elastinei și colagen microfibrile - formarea țesuturilor conjunctive puternice și la fel de elastice, în special a sângelui nave si inimă.
Tiol oxidaza Epitelie, cornee (partea anterioară a pielii ochiului exterior) și alte țesuturi Formarea punților disulfură, de exemplu în cheratină - proteină structurală responsabilă pentru stabilitatea și forma celulelor
Uratoxidaza - uricaza Ficatul, splina și rinichii Degradarea acidului uric în alantoină, produsul final al descompunerii bazelor purinice
Aminoxidaza mitocondriile Oxidarea aminelor primare, cum ar fi histamina, tiramina, dopamina, serotonina și putrescina, la aldehide
Monoamin oxidază Sistemul nervos central și alte țesuturi din periferia corpului Metabolismul neurotransmițătorilor epinefrină, norepinefrină și dopamină Desaminarea catecolaminelor, inclusiv defalcarea neurotransmițătorului serotonină - aceasta este baza utilizării inhibitorilor MAO ca antidepresive