Koper: functies

Koper is een integraal onderdeel van een aantal metalloproteïnen en is essentieel voor hun enzymfunctie. Door de twee oxidatietoestanden kan het sporenelement deelnemen aan elektronenoverdrachtsenzymreacties. Als cofactor van metallo-enzymen, koper speelt de rol van ontvanger en donor van elektronen en is daarmee van groot belang voor oxidatie- en reductieprocessen.Koper-afhankelijk enzymen behoren meestal tot de klasse van oxidasen of hydroxylasen, die op hun beurt behoren tot de groep van oxidoreductasen met een hoog redoxpotentieel. Oxidasen zijn enzymen die elektronen overbrengen die vrijkomen tijdens de oxidatie van een substraat naar zuurstof.Hydroxylases zijn enzymen die een hydroxylgroep (OH) in een molecuul introduceren via een oxidatiereactie-chemische reactie waarbij een te oxideren stof elektronen afstaat. De koperhoudende oxidoreductasen zijn essentieel voor de volgende processen.

• Cellulair energiemetabolisme En cellulaire zuurstof gebruik (ademhalingsketen), respectievelijk.
• Ontgifting respectievelijk neutralisatie van vrije radicalen
• IJzer metabolisme en hemoglobine synthese - vorming van rood bloed pigment (hemoglobine) van erytrocyten (rode bloedcellen) en hematopoëse (vorming van bloedcellen uit respectievelijk hematopoëtische stamcellen en hun rijping).
• Synthese van bindweefsel, het pigment melanine en neuroactief peptide hormonen, zoals catecholamines en enkefalinen (endogene pentapeptiden uit de klasse van opioïde peptiden).
• Myeline-vorming - myeline vormt de myeline-omhulsels in neuronen (zenuwvezels), die dienen om de axonen van neuronen elektrisch te isoleren en essentieel zijn voor de overdracht van excitatie

Bovendien beïnvloedt koper verschillende transcriptiefactoren en is het dus geïntegreerd in de regulering van gen expressie.

Cu-afhankelijke metallo-enzymen en hun functies

Caeruloplasmine Caeruloplasmine is een alfa-2-globuline met één keten met een koolhydraatgehalte van 7%. Een enkel caeruloplasmine-molecuul bevat zes koperatomen, die voornamelijk in hun 2-valente vorm aanwezig zijn in biologische systemen en essentieel zijn voor de oxidatieve functie van het enzym in het pH-bereik van 5.4-5.9. Caeruloplasmine vertoont verschillende functies: als binding en transport eiwit, caeruloplasmine bevat 80-95% plasmakoper en verdeelt het naar verschillende weefsels en organen indien nodig. Daarnaast is het betrokken bij het transport van ijzer (Fe) en mangaan (Mn) in de bloed plasma. door vrij koper te binden, ijzer en mangaan ionen, caeruloplasmine voorkomt de vorming van vrije radicalen. De laatste vertegenwoordigen zeer reactief zuurstof moleculen of organische verbindingen die zuurstof bevatten, zoals superoxide, hyperoxide of hydroxyl. In vrije vorm, zowel koper, ijzer en mangaan zijn zeer agressieve elementen die een pro-oxiderende werking hebben. Ze streven ernaar om elektronen uit een atoom of molecuul te rukken en zo vrije radicalen te creëren, die op hun beurt ook elektronen uit andere stoffen halen. Dus bij een kettingreactie is er een gestage toename van radicalen in het lichaam - oxidatief spanning​ Vrije radicalen kunnen onder meer schade toebrengen aan nucleïnezuren - DNA en RNA -, eiwitten, lipiden en vetzuren, collageen, elastine evenals bloed schepen​ Als gevolg van de binding van Cu, Fe en Mn voorkomt caeruloplasmine dergelijke oxidatieve cel- en vaatbeschadiging. Bovendien vertoont caeruloplasmine enzymatische functies. Het katalyseert meerdere oxidatiereacties en is dus betrokken bij ijzer metabolisme​ Caeruloplasmine wordt om deze reden ook wel ferroxidase I genoemd. Zijn essentiële taak is het omzetten van het sporenelement ijzer van zijn bivalente (Fe2 +) naar zijn driewaardige vorm (Fe3 +). Voor dit doel wordt het koper in het enzym gebruikt extracten elektronen uit het ijzer en accepteert ze, waardoor de oxidatietoestand verandert van Cu2 + naar Cu +. door ijzer te oxideren, zorgt caeruloplasmine ervoor dat Fe3 + zich aan plasma kan binden transferrine, een transporteiwit dat verantwoordelijk is voor de levering van ijzer aan de lichaamscellen. Alleen in de vorm van Fe-transferrine kan ijzer bereiken de erytrocyten (rode bloedcellen) of cellen - en daar beschikbaar voor worden gemaakt hemoglobine synthese. Hemoglobine is het ijzerhoudende rode bloedpigment van erytrocyten Het feit dat het ijzertransport naar de lichaamscellen, vooral naar erytrocyten, wordt verstoord door kopertekort, toont het belang van caeruloplasmine en zijn functie aan. tenslotte zijn ijzer- en kopermetabolisme nauw met elkaar verbonden. naast ijzer, Cu -caeruloplasmine oxideert ook andere substraten, zoals p-fenyleendiamine en zijn dimethylderivaten. Superoxide-dismutase (SOD) Er zijn verschillende vormen van superoxide-dismutase. Het kan koper zijn, zink-, en afhankelijk van mangaan. Zn-SOD wordt uitsluitend aangetroffen in het cytosol van cellen, Mn-SOD wordt aangetroffen in mitochondria, en Cu-SOD wordt aangetroffen in het cytosol van de meeste lichaamscellen, inclusief erytrocyten, en ook in bloedplasma. Het enzym kan zijn activiteit alleen optimaal ontwikkelen in de overeenkomstige compartimenten als koper, zink of mangaan zijn in voldoende hoeveelheden aanwezig. Superoxide-dismutase is een essentieel onderdeel van het endogene anti-oxidant beschermingssysteem. Door vrije radicalen te verminderen door de overdracht van elektronen, fungeert het als een radicalenvanger en voorkomt het de oxidatie van gevoelige moleculen.SOD katalyseert de omzetting van superoxide radicalen in waterstof peroxide en zuurstof. Het koper in SOD draagt ​​elektronen over aan de superoxide-radicaal. De waterstof peroxide molecuul wordt vervolgens teruggebracht tot water door catalase of selenium-afhankelijke glutathionperoxidase, waardoor het onschadelijk wordt. Als superoxide-radicalen niet worden ontgift, kunnen ze dat wel leiden tot lipideperoxidatie, membraan- en vaatbeschadiging, en vervolgens tot 'radicale' ziekten - radicale ziekten - zoals atherosclerose (arteriosclerose, verharding van de slagaders), coronair hart- ziekte (CHD), tumor ziekten, suikerziekte mellitus en neurodegeneratieve ziekten zoals Ziekte van Alzheimer en Parkinson​ Cytochroom c oxidase Cytochroom c oxidase is een transmembraaneiwit in het binnenste mitochondriale membraan van somatische cellen. Het enzym bestaat uit verschillende subeenheden, met een heemgroep en een koperion die de katalytische actieve plaats vormen. De ijzerhoudende heemgroepen en Cu-ionen van cytochroom c-oxidase zijn essentieel voor oxidatie- en reductiereacties. Dienovereenkomstig is de functie van het oxidase beperkt in gevallen van uitgesproken koper of ijzertekortAls mitochondriaal enzymcomplex vertegenwoordigt cytochroom c-oxidase een essentieel onderdeel van de ademhalingsketen. De ademhalingsketen, ook wel oxidatieve fosforylering genoemd, is de laatste stap van glycolyse (glucose degradatie) en dus geïntegreerd in energiemetabolisme​ Het bestaat uit een reeks opeenvolgende oxidatie- en reductiereacties die dienen om ATP uit ADP te synthetiseren - adenosine difosfaat - en fosfaat​ ATP is het eigenlijke eindproduct van glycolyse en levert energie aan allerlei cellulaire metabolische processen in de vorm van een energierijke difosfaatbinding. Cytochroom c oxidase bevindt zich als complex IV aan het einde van de ademhalingsketen en is verantwoordelijk voor zowel de oxidatie van zuurstof en de productie van energie in de vorm van ATP. Beide reactiestappen zijn gekoppeld via een mechanisme dat nog niet bekend is. In een eerste stap accepteert subeenheid II van cytochroom c-oxidase, het redox-actieve metaalcentrum Cu, elektronen van cytochroom c, dat eerder door cytochroom c-reductase met elektronen werd geladen. , complex III van de ademhalingsketen. Bovendien verwijdert cytochroom c-oxidase protonen (H +) uit de mitochondriale matrix - het inwendige van een mitochondrion. Het katalytisch actieve centrum van de oxidase bindt zuurstof, waarop de elektronen en protonen worden overgedragen. De zuurstof wordt zo gereduceerd tot waterIn een tweede stap gebruikt cytochroom c oxidase de energie die vrijkomt bij de reductie van zuurstof tot water om protonen uit de mitochondriale matrix over het binnenste mitochondriale membraan in de intermembraanruimte te pompen. Door dit protonentransport handhaaft oxidase de protongradiënt die bestaat tussen de intermembraanruimte en de matrix. De elektrochemische protongradiënt over membranen wordt ook wel de pH-gradiënt genoemd omdat de hoeveelheid protonen de pH weerspiegelt. Het vertegenwoordigt een concentratie gradiënt, waar in mitochondria onder normale omstandigheden is de H + concentratie is hoog in de interstitiële ruimte van het membraan - zure pH - en laag in de matrix - basische pH. Volgens de wetten van de thermodynamica is er dus een drijvende kracht van protonen in de intermembraanruimte naar de matrix van het mitochondrion. Cytochroom c oxidase transporteert de protonen tegen a concentratie gradiënt, dwz van lage naar hoge H + -concentratie. Dit proces is actief en kan alleen plaatsvinden met toevoer van energie. De H + -gradiënt op het binnenste mitochondriale membraan is essentieel voor de energiemetabolisme van alle bekende organismen en is een essentiële voorwaarde voor ATP-synthese. de ATP-synthase - complex V van de ademhalingsketen - is verantwoordelijk voor de productie van energie in de vorm van ATP. als transmembraaneiwit vormt het een tunnel tussen het inwendige van het mitochondrion en de ruimte tussen het binnen- en buitenmembraan. Dit enzym gebruikt de energie die nodig is voor de productie van ATP uit ADP en fosfaat van de protongradiënt. Zo worden protonen in de intermembrane ruimte gepompt door oxidase stromen "bergafwaarts" door de tunnel van ATP-synthase naar de gradiënt in de mitochondriale matrix. Deze protonenstroom genereert een rotatiebeweging in het ATP-synthasemolecuul. Door middel van deze kinetische energie kan de overdracht van a fosfaat residu aan ADP ontstaat, resulterend in de vorming van ATP. Zonder het actieve protonentransport (protonpomp) in de intermembrane ruimte door cytochroom c oxidase, zou de protongradiënt instorten, zou ATP-synthase niet langer ATP kunnen produceren, en het lichaam cel zou "verhongeren" als gevolg van de gebrekkige metabolische processen. Naast cellulair energiemetabolisme is cytochroom c-oxidase essentieel voor de vorming van fosfolipiden die de myelinelaag vormen van de myeline-omhulsels in neuronen - zenuwvezels. andere Cu-afhankelijke metallo-enzymen en hun functies.