Měď: Funkce

Měď je nedílnou součástí řady metaloproteinů a je nezbytný pro jejich enzymovou funkci. Jeho dva oxidační stavy umožňují stopovému prvku účastnit se enzymových reakcí přenášejících elektrony. Jako kofaktor metaloenzymů měď hraje roli příjemce a donora elektronů, a má tedy velký význam pro oxidační a redukční procesy.Měď-závislý enzymy většinou patří do třídy oxidáz nebo hydroxyláz, které zase patří do skupiny oxidoreduktáz s vysokým redoxním potenciálem. Oxidázy jsou enzymy že přenosové elektrony uvolněné během oxidace substrátu na kyslík.Hydroxylázy jsou enzymy které zavádějí hydroxylovou skupinu (OH) do molekuly oxidační reakcí - chemickou reakcí, při které látka, která má být oxidována, daruje elektrony. Oxidoreduktázy obsahující měď jsou nezbytné pro následující procesy.

• Buněčný energetický metabolismus A buněčné kyslík využití (respirační řetězec).
• Detoxikace, respektive neutralizace volných radikálů
• Metabolismus železa a hemoglobin syntéza - tvorba červené krev pigment (hemoglobin) z erytrocyty (červené krvinky) a hematopoéza (tvorba krvinek z hematopoetických kmenových buněk a jejich zrání).
• Syntéza pojivové tkáněpigment melanin a neuroaktivní peptid hormonů, Jako katecholaminy a enkefaliny (endogenní pentapeptidy ze třídy opioidních peptidů).
• Tvorba myelinu - myelin tvoří myelinové pochvy v neuronech (nervová vlákna), které slouží k elektrické izolaci axonů neuronů a jsou nezbytné pro přenos excitace

Měď navíc ovlivňuje různé transkripční faktory a je tak integrována do regulace gen výraz.

Metaloenzymy závislé na Cu a jejich funkce

Caeruloplasmin Caeruloplasmin je jednořetězcový alfa-2 globulin s obsahem sacharidů 7%. Jedna molekula caeruloplazminu obsahuje šest atomů mědi, které jsou v biologických systémech převážně přítomny ve 2-valentní formě a jsou nezbytné pro oxidační funkci enzymu v rozmezí pH 5.4 - 5.9. Kaeruloplazmin vykazuje několik funkcí: jako vazebný a transportní protein, caeruloplazmin obsahuje 80-95% plazmatické mědi a podle potřeby ji distribuuje do různých tkání a orgánů. Kromě toho se podílí na přepravě železo (Fe) a mangan (Mn) v krev plazma. Vazbou volné mědi, železo a mangan ionty, caeruloplazmin zabraňuje tvorbě volných radikálů. Ty představují vysoce reaktivní kyslík molekuly nebo organické sloučeniny obsahující kyslík, jako je superoxid, hyperoxid nebo hydroxyl. Ve volné formě, jak měď, železo a mangan jsou velmi agresivní prvky, které mají prooxidační účinek. Snaží se vytrhnout elektrony z atomu nebo molekuly a vytvořit volné radikály, které zase vytrhnou elektrony z jiných látek. V řetězové reakci tedy dochází k stálému nárůstu radikálů v těle - oxidačních stres. Volné radikály mohou mimo jiné poškodit nukleové kyseliny - DNA a RNA -, Proteinů, lipidy a mastné kyseliny, Kolagen, elastin stejně jako krev plavidla. V důsledku vazby Cu, Fe a Mn zabraňuje caeruloplazmin takovému oxidačnímu poškození buněk a cév. Kromě toho vykazuje caeruloplazmin enzymatické funkce. Katalyzuje více oxidačních reakcí a je tedy zapojen do metabolismus železa. Z tohoto důvodu se caeruloplasmin také označuje jako ferroxidáza I. Jeho základním úkolem je převést železo stopového prvku z jeho bivalentního (Fe2 +) na jeho trojmocnou formu (Fe3 +). Za tímto účelem měď obsažená v enzymu extrakty elektrony ze železa a přijímá je, čímž sám mění svůj oxidační stav z Cu2 + na Cu +. Caeruloplasmin oxidací železa umožňuje Fe3 + vázat se na plazmu transferin, transportní protein odpovědný za dodávání železa do buněk těla. Pouze ve formě Fe-transferin může žehlička dosáhnout erytrocyty (červené krvinky) nebo buňky - a tam budou k dispozici pro hemoglobin syntéza. Hemoglobin je železo obsahující červený krevní pigment erytrocyty Skutečnost, že transport železa do buněk těla, zejména do erytrocytů, je narušen nedostatkem mědi, ukazuje důležitost caeruloplazminu a jeho funkce. Nakonec je metabolismus železa a mědi úzce spojen. Kromě železa také Cu -kaeruloplazmin také oxiduje další substráty, jako je p-fenylendiamin a jeho dimethylderiváty. Superoxiddismutáza (SOD) Existuje několik forem superoxiddismutázy. Může to být měď, zinek-, a na manganu závislé. Zn-SOD se nachází výhradně v cytosolu buněk, Mn-SOD se nachází v mitochondrieCu-SOD se nachází v cytosolu většiny tělesných buněk, včetně erytrocytů, a také v krevní plazmě. Enzym může optimálně vyvinout svoji aktivitu v odpovídajících kompartmentech, pouze pokud měď, zinek nebo mangan jsou přítomny v dostatečném množství. Superoxiddismutáza je podstatnou složkou endogenního antioxidant systém ochrany. Redukcí volných radikálů přenosem elektronů působí jako lapač radikálů a brání oxidaci citlivých látek molekuly.SOD katalyzuje přeměnu superoxidových radikálů na vodík peroxid a kyslík. Měď obsažená v SOD přenáší elektrony na superoxidový radikál. The vodík molekula peroxidu se následně redukuje na voda katalázou nebo selen-závislá glutathionperoxidáza, čímž se stává neškodným. Pokud nejsou superoxidové radikály detoxikovány, mohou vést k peroxidaci lipidů, poškození membrán a cév a následně k „radikálovým“ chorobám - radikálním chorobám - jako je ateroskleróza (arterioskleróza, kalení tepen), koronární srdce nemoc (ICHS), nádorová onemocnění, cukrovka mellitus a neurodegenerativní onemocnění, jako je Alzheimerova nemoc a Parkinsonova nemoc. Cytochrom c oxidáza Cytochrom c oxidáza je transmembránový protein ve vnitřní mitochondriální membráně somatických buněk. Enzym se skládá z několika podjednotek, s hemovou skupinou a měděným iontem tvořícím katalytické aktivní místo. Hemové skupiny obsahující železo a ionty Cu cytochrom c oxidázy jsou nezbytné pro oxidační a redukční reakce. V souladu s tím je funkce oxidázy omezena v případech výrazné mědi nebo nedostatek železaJako komplex mitochondriálních enzymů představuje cytochrom c oxidáza základní složku dýchacího řetězce. Dýchací řetězec, nazývaný také oxidativní fosforylace, je posledním krokem glykolýzy (glukóza degradace) a tedy integrována do energetický metabolismus. Skládá se z řetězce postupných oxidačních a redukčních reakcí, které slouží k syntéze ATP z ADP - adenosin difosfát - a fosfát. ATP je skutečným konečným produktem glykolýzy a dodává energii všem druhům buněčných metabolických procesů ve formě difosfátové vazby bohaté na energii. Cytochrom c oxidáza se nachází jako komplex IV na konci dýchacího řetězce a je zodpovědná za obě oxidace kyslíku a výroba energie ve formě ATP. Oba reakční kroky jsou spojeny prostřednictvím mechanismu, který dosud není znám. V prvním kroku podjednotka II cytochrom c oxidázy, redox-aktivní centrum kovů Cu, přijímá elektrony z cytochromu c, který byl předtím nabitý elektrony cytochrom c reduktázou komplex III dýchacího řetězce. Kromě toho cytochrom c oxidáza odstraňuje protony (H +) z mitochondriální matrice - vnitřku mitochondrie. Katalyticky aktivní centrum oxidázy váže kyslík, na kterém jsou přenášeny elektrony a protony. Kyslík je tak redukován na vodaVe druhém kroku využívá cytochrom c oxidáza energii uvolněnou při redukci kyslíku na voda pumpovat protony z mitochondriální matrice přes vnitřní mitochondriální membránu do intermembránového prostoru. Prostřednictvím tohoto transportu protonů udržuje oxidáza protonový gradient, který existuje mezi intermembránovým prostorem a matricí. Elektrochemický protonový gradient přes membrány se také nazývá gradient pH, protože množství protonů odráží pH. Představuje a koncentrace gradient, kde v mitochondrie za normálních podmínek H + koncentrace je vysoko v intersticiálním prostoru membrány - kyselé pH - a nízké v matrici - bazické pH. Podle zákonů termodynamiky tedy existuje hnací síla protonů v mezimembránovém prostoru směrem k matici mitochondrie. Cytochrom c oxidáza transportuje protony proti a koncentrace gradient, tj. od nízké po vysokou koncentraci H +. Tento proces je aktivní a může probíhat pouze při dodávce energie. Gradient H + na vnitřní mitochondriální membráně je nezbytný pro energetický metabolismus všech známých organismů a je nezbytným předpokladem pro syntézu ATP. ATP syntáza - komplex V dýchacího řetězce - je zodpovědná za produkci energie ve formě ATP. Jako transmembránový protein tvoří tunel mezi vnitřkem mitochondrie a prostor mezi vnitřní a vnější membránou. Tento enzym využívá energii potřebnou k produkci ATP z ADP a fosfát z protonového gradientu. Protony tedy čerpaly do mezimembránového prostoru tokem oxidázy „z kopce“ tunelem ATP syntázy směrem k gradientu v mitochondriální matrici. Tento protonový tok generuje rotační pohyb v molekule ATP syntázy. Prostřednictvím této kinetické energie dochází k přenosu a fosfát dochází k rezidui na ADP, což vede k tvorbě ATP. Bez aktivního transportu protonů (protonové pumpy) do intermembránového prostoru cytochrom c oxidázou by se protonový gradient zhroutil, ATP syntáza by již nebyla schopna produkovat ATP a tělo buňka by „hladověla“ kvůli nedostatečným metabolickým procesům. Kromě buněčného energetického metabolismu je cytochrom c oxidáza nezbytná pro tvorbu Fosfolipidy které tvoří myelinovou vrstvu myelinových obalů v neuronech - nervových vláknech. Další metaloenzymy závislé na Cu a jejich funkce.