Kobber: Funksjoner

Kobber er en integrert komponent i et antall metalloproteiner og er essensiell for deres enzymfunksjon. De to oksidasjonsstatusene gjør det mulig for sporelementet å delta i elektronoverførende enzymreaksjoner. Som en kofaktor av metalloenzymer, kobber spiller rollen som mottaker og giver av elektroner og er dermed av stor betydning for oksidasjons- og reduksjonsprosesser.Kobber-avhengig enzymer tilhører for det meste klassen oksidaser eller hydroksylaser, som igjen tilhører gruppen oksidasoreduktaser med høyt redoks-potensial. Oksidaser er enzymer som overfører elektroner som frigjøres under oksydasjonen av et substrat til oksygenHydroksylaser er enzymer som introduserer en hydroksylgruppe (OH) i et molekyl via en oksidasjonsreaksjonskjemisk reaksjon der et stoff som skal oksideres donerer elektroner. De kobberholdige oksidoreduktaser er essensielle for følgende prosesser.

• Cellular energimetabolisme Og cellulær oksygen utnyttelse (respirasjonskjede), henholdsvis.
• Avgiftning henholdsvis nøytralisering av frie radikaler
• Jernmetabolisme og hemoglobin syntese - dannelse av rødt blod pigment (hemoglobin) av erytrocytter (røde blodlegemer) og hematopoiesis (dannelse av blodceller fra henholdsvis hematopoietiske stamceller og modning).
• Syntese av bindevev, pigmentet melanin og nevroaktivt peptid hormoner, Eksempel katekolaminer og enkefaliner (endogene pentapeptider fra klassen av opioide peptider).
• Myelindannelse - myelin utgjør myelinskjedene i nevroner (nervefibre), som tjener til å isolere elektriske aksoner av nevroner og er essensielle for overføring av eksitasjon

I tillegg påvirker kobber ulike transkripsjonsfaktorer og er dermed integrert i reguleringen av gen uttrykk.

Cu-avhengige metalloenzymer og deres funksjoner

Caeruloplasmin Caeruloplasmin er et enkeltkjedet alfa-2 globulin med et karbohydratinnhold på 7%. Et enkelt caeruloplasminmolekyl inneholder seks kobberatomer, som overveiende er tilstede i sin 2-valente form i biologiske systemer og er essensielle for den oksidative funksjonen til enzymet i pH-området 5.4-5.9. Kaeruloplasmin utviser flere funksjoner: Som en binding og transport protein inneholder caeruloplasmin 80-95% plasmakobber og distribuerer det til forskjellige vev og organer etter behov. I tillegg er det involvert i transport av jern (Fe) og mangan (Mn) i blod Ved å binde fritt kobber, jern og mangan ioner, forhindrer caeruloplasmin dannelsen av frie radikaler. Sistnevnte representerer svært reaktive oksygen molekyler eller organiske forbindelser som inneholder oksygen, så som superoksyd, hyperoksyd eller hydroksyl. I fri form, både kobber, jern og mangan er veldig aggressive elementer som har en prooxidant effekt. De strever for å snappe elektroner fra et atom eller molekyl, og skape frie radikaler, som igjen også snapper elektroner fra andre stoffer. I en kjedereaksjon er det således en jevn økning av radikaler i kroppen - oksidativ stresset. Frie radikaler er i stand til å skade bl.a. nukleinsyrer - DNA og RNA -, proteiner, lipider og fettsyrer, kollagen, elastin så vel som blod fartøy. Som et resultat av Cu-, Fe- og Mn-binding forhindrer caeruloplasmin slik oksidativ celle- og vaskulær skade. Videre utviser caeruloplasmin enzymatiske funksjoner. Det katalyserer flere oksidasjonsreaksjoner og er dermed involvert i jernmetabolisme. Caeruloplasmin er også referert til som ferroksidase I av denne grunn. Dens viktigste oppgave er å konvertere sporelementet jern fra dets toverdige (Fe2 +) til dets treverdige form (Fe3 +). For dette formålet, kobberet som finnes i enzymet ekstrakter elektroner fra jernet og aksepterer dem, og derved selv endrer oksidasjonstilstanden fra Cu2 + til Cu +. Ved oksiderende jern lar caeruloplasmin Fe3 + binde seg til plasma transferrin, et transportprotein som er ansvarlig for tilførsel av jern til kroppens celler. Bare i form av Fe-transferrin kan strykejern når erytrocytter (røde blodlegemer) eller celler - og gjøres tilgjengelig der for hemoglobin syntese. Hemoglobin er det jernholdige røde blodpigmentet av erytrocytter (røde blodlegemer). Det faktum at jerntransport til kroppens celler, spesielt til erytrocytter, er svekket av kobbermangel viser viktigheten av caeruloplasmin og dens funksjon. Til slutt er jern- og kobbermetabolisme nært knyttet sammen. I tillegg til jern, Cu -caeruloplasmin oksyderer også andre substrater, slik som p-fenylendiamin og dets dimetylderivater. Superoxide dismutase (SOD) Det er flere former for superoksiddismutase. Det kan være kobber-, sink-, og mangan-avhengig. Zn-SOD finnes eksklusivt i cytosol av celler, Mn-SOD finnes i mitokondrierog Cu-SOD finnes i cytosolen til de fleste kroppsceller, inkludert erytrocytter, så vel som i blodplasma. Enzymet kan bare utvikle sin aktivitet optimalt i tilsvarende rom hvis kobber, sink eller mangan er tilstede i tilstrekkelige mengder. Superoxide dismutase er en viktig komponent i det endogene antioksidant beskyttelsessystem. Ved å redusere frie radikaler gjennom overføring av elektroner, fungerer det som en radikal rensemiddel, og forhindrer oksidasjon av følsomme molekyler.SOD katalyserer omdannelsen av superoksydradikaler til hydrogen peroksid og oksygen. Kobberet i SOD overfører elektroner til superoksydradikalen. De hydrogen peroksydmolekyl blir deretter redusert til Vann ved katalase eller selen-avhengig glutationperoksidase, noe som gjør det ufarlig. Hvis superoksydradikaler ikke avgiftes, kan de føre til lipidperoksidering, membran- og vaskulær skade, og deretter til "radikale relaterte" sykdommer - radikale sykdommer - som åreforkalkning (arteriosklerose, herding av arteriene), koronar hjerte sykdom (CHD), svulstsykdommer, diabetes mellitus, og nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers sykdom og Parkinsons sykdom. Cytochrome c oxidase Cytochrome c oxidase er et transmembranprotein i den indre mitokondrielle membranen i somatiske celler. Enzymet består av flere underenheter, med en hemgruppe og et kobberion som danner det katalytiske aktive stedet. De jernholdige hemgruppene og Cu-ionene av cytokrom c oksidase er essensielle for oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner. Følgelig er oksidasefunksjonen begrenset i tilfeller av uttalt kobber eller jernmangelSom et mitokondrie enzymkompleks representerer cytokrom c oksidase en viktig komponent i luftveiskjeden. Åndedrettskjeden, også kalt oksidativ fosforylering, er det siste trinnet i glykolyse (glukose nedbrytning) og dermed integrert i energimetabolisme. Den består av en kjede av suksessive oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner som tjener til å syntetisere ATP fra ADP - adenosin difosfat - og fosfat. ATP er det faktiske sluttproduktet av glykolyse og gir energi til alle slags cellulære metabolske prosesser i form av en energirik difosfatbinding. Cytokrom c oksidase ligger som kompleks IV i enden av luftveiskjeden og er ansvarlig for både oksidasjon av oksygen og produksjon av energi i form av ATP. Begge reaksjonstrinnene er koblet via en mekanisme som ennå ikke er kjent. I et første trinn aksepterer underenhet II av cytokrom c oksidase, det redoks-aktive metallsenteret Cu, elektroner fra cytokrom c, som tidligere var lastet med elektroner av cytokrom c reduktase , kompleks III i luftveiskjeden. I tillegg fjerner cytokrom c oksidase protoner (H +) fra mitokondriell matrise - det indre av en mitokondrion. Det katalytisk aktive sentrum av oksidasen binder oksygen som elektronene og protonene overføres på. Oksygenet blir dermed redusert til VannI et andre trinn bruker cytokrom c oksidase energien som frigjøres under reduksjon av oksygen til Vann å pumpe protoner fra mitokondrie-matrisen over den indre mitokondrie-membranen inn i mellomrommet. Gjennom denne protontransporten opprettholder oksidase protongradienten som eksisterer mellom intermembranrommet og matrisen. Den elektrokjemiske protongradienten over membraner kalles også pH-gradienten fordi mengden protoner reflekterer pH. Det representerer en konsentrasjon gradient, hvor i mitokondrier under normale forhold, H + konsentrasjon er høyt i membranens interstitielle rom - sur pH - og lav i matrisen - grunnleggende pH. I henhold til termodynamikkens lover er det en drivkraft av protoner i mellomrommet mellom matokondrionens matrise. Cytochrome c oxidase transporterer protonene mot a konsentrasjon gradient, dvs. fra lav til høy H + -konsentrasjon. Denne prosessen er aktiv og kan bare finne sted med tilførsel av energi. H + -gradienten ved den indre mitokondrie-membranen er viktig for energimetabolisme av alle kjente organismer og er en viktig forutsetning for ATP-syntese. ATP-syntase - kompleks V i luftveiskjeden - er ansvarlig for produksjon av energi i form av ATP. Som et transmembranprotein danner det en tunnel mellom det indre av mitokondrionen og rommet mellom indre og ytre membran. Dette enzymet bruker energien som kreves for produksjon av ATP fra ADP og fosfat fra protongradienten. Dermed pumpes protoner inn i intermembranrommet ved oksidasestrømning "nedoverbakke" gjennom tunnelen av ATP-syntase mot gradienten i mitokondrie-matrisen. Denne protonstrømmen genererer en rotasjonsbevegelse i ATP-syntasemolekylet. Ved hjelp av denne kinetiske energien overføres en fosfat Det oppstår rester til ADP, noe som resulterer i dannelsen av ATP. Uten aktiv protontransport (protonpumpe) inn i mellomrommet av cytokrom c oksidase, ville protongradienten kollapse, ATP-syntase ville ikke lenger være i stand til å produsere ATP, og kroppen cellen ville "sulte i hjel" på grunn av mangelfull metabolske prosesser. I tillegg til cellulær energimetabolisme, er cytokrom c oksidase viktig for dannelsen av fosfolipider som danner myelinlaget til myelinskeden i nevroner - nervefibre. Andre Cu-avhengige metalloenzymer og deres funksjoner.