Meď: Funkcie

meď je neoddeliteľnou súčasťou mnohých metaloproteínov a je nevyhnutný pre ich enzýmovú funkciu. Jeho dva oxidačné stavy umožňujú stopovému prvku účasť na enzýmových reakciách prenášajúcich elektróny. Ako kofaktor metaloenzýmov meď zohráva úlohu prijímača a donora elektrónov, a má preto veľký význam pre oxidačné a redukčné procesy.meďdependentný enzýmy väčšinou patria do triedy oxidáz alebo hydroxyláz, ktoré zasa patria do skupiny oxidoreduktáz s vysokým redoxným potenciálom. Oxidázy sú enzýmy že prenosové elektróny uvoľnené počas oxidácie substrátu na kyslík.Hydroxylázy sú enzýmy ktoré zavádzajú hydroxylovú skupinu (OH) do molekuly oxidačnou reakciou - chemickou reakciou, pri ktorej látka, ktorá sa má oxidovať, daruje elektróny. Oxidoreduktázy obsahujúce meď sú nevyhnutné pre nasledujúce procesy.

• Bunkový energetický metabolizmus A bunkové kyslík využitie (dýchací reťazec), resp.
• Detoxikácia respektíve neutralizácia voľných radikálov
• Metabolizmus železa a hemoglobín syntéza - tvorba červenej krv pigment (hemoglobín) z erytrocyty (červené krvinky) a krvotvorba (tvorba krviniek z krvotvorných kmeňových buniek a ich zrenie).
• Syntéza spojivové tkanivopigment melanín a neuroaktívny peptid hormóny, Ako sú katecholamíny a enkefalíny (endogénne pentapeptidy z triedy opioidných peptidov).
• Tvorba myelínu - myelín tvorí myelínové obaly v neurónoch (nervové vlákna), ktoré slúžia na elektrickú izoláciu axónov neurónov a sú nevyhnutné na prenos excitácie.

Meď navyše ovplyvňuje rôzne transkripčné faktory a je tak integrovaná do regulácie gen výrazom.

Metaloenzýmy závislé od Cu a ich funkcie

Caeruloplazmín Caeruloplazmín je jednoreťazcový alfa-2 globulín s obsahom sacharidov 7%. Jedna molekula caeruloplazmínu obsahuje šesť atómov medi, ktoré sú v biologických systémoch prevažne prítomné vo svojej dvojmocnej forme a sú nevyhnutné pre oxidačnú funkciu enzýmu v rozmedzí pH 2 - 5.4. Kaeruloplazmín vykazuje niekoľko funkcií: proteín, caeruloplazmín obsahuje 5.9-80% plazmatickej medi a podľa potreby ju distribuuje do rôznych tkanív a orgánov. Okrem toho sa podieľa na preprave železo (Fe) a mangán (Mn) v krv plazma. Viazaním voľnej medi, železo a mangán ióny, caeruloplazmín zabraňuje tvorbe voľných radikálov. Posledné uvedené predstavujú vysoko reaktívne kyslík molekuly alebo organické zlúčeniny obsahujúce kyslík, ako je superoxid, hyperoxid alebo hydroxyl. Vo voľnej forme obidve medi železo a mangán sú veľmi agresívne prvky, ktoré majú prooxidačný účinok. Usilujú sa vytrhnúť elektróny z atómu alebo molekuly a vytvárať tak voľné radikály, ktoré následne vytrhávajú elektróny aj z iných látok. Pri reťazovej reakcii teda dochádza k neustálemu nárastu radikálov v tele - oxidačných stres. Voľné radikály sú schopné poškodiť okrem iného nukleové kyseliny - DNA a RNA -, proteíny, lipidy a mastné kyseliny, kolagén, elastín rovnako ako krv plavidlá. Výsledkom väzby Cu, Fe a Mn je, že caeruloplazmín predchádza takémuto oxidačnému poškodeniu buniek a ciev. Okrem toho vykazuje caeruloplazmín enzymatické funkcie. Katalyzuje viacnásobné oxidačné reakcie, a preto sa podieľa na metabolizmus železa. Z tohto dôvodu sa caeruloplazmín označuje aj ako ferroxidáza I. Jeho základnou úlohou je previesť stopový prvok železo z jeho dvojmocného (Fe2 +) na jeho trojmocnú formu (Fe3 +). Z tohto dôvodu je meď obsiahnutá v enzýme extrakty elektróny zo železa a prijíma ich, čím sám mení svoj oxidačný stav z Cu2 + na Cu +. Vďaka oxidácii železa umožňuje caeruloplazmín Fe3 + viazať sa na plazmu transferín, transportný proteín zodpovedný za dodávanie železa do buniek tela. Iba vo forme Fe-transferín môže žehliť dosiahnuť erytrocyty (červené krvinky) alebo bunky - a tam sa sprístupnia pre hemoglobín syntéza. Hemoglobín je železo obsahujúce červený krvný pigment erytrocyty (červené krvinky). Skutočnosť, že transport železa do buniek tela, najmä do erytrocytov, je ovplyvnený nedostatkom medi, ukazuje dôležitosť caeruloplazmínu a jeho funkcie. Nakoniec je metabolizmus železa a medi úzko spojený. Okrem železa tiež Cu -kaeruloplazmín tiež oxiduje ďalšie substráty, ako je p-fenyléndiamín a jeho dimetylderiváty. Superoxiddismutáza (SOD) Existuje niekoľko foriem superoxiddismutázy. Môže to byť meď, zinok-, a závislé od mangánu. Zn-SOD sa nachádza výlučne v cytosóle buniek, Mn-SOD sa nachádza v mitochondriea Cu-SOD sa nachádza v cytozole väčšiny buniek tela, vrátane erytrocytov, ako aj v krvnej plazme. Enzým môže optimálne rozvíjať svoju aktivitu v zodpovedajúcich kompartmentoch, iba ak meď, zinok alebo mangán sú prítomné v dostatočnom množstve. Superoxiddismutáza je podstatnou zložkou endogénneho materiálu antioxidant systém ochrany. Redukciou voľných radikálov prenosom elektrónov pôsobí ako lapač radikálov a bráni oxidácii citlivých látok molekuly.SOD katalyzuje premenu superoxidových radikálov na vodík peroxid a kyslík. Meď obsiahnutá v SOD prenáša elektróny na superoxidový radikál. The vodík molekula peroxidu sa následne redukuje na voda katalázou alebo selén-závislá glutatiónperoxidáza, ktorá ho robí neškodným. Ak superoxidové radikály nie sú detoxikované, môžu viesť na peroxidáciu lipidov, poškodenie membrán a ciev a následne na choroby „spojené s radikálmi“ - radikálne choroby - ako je ateroskleróza (artérioskleróza, kôrnatenie tepien), koronárne srdce choroba (ICHS), nádorové ochorenia, cukrovka mellitus a neurodegeneratívne choroby ako napr Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba. Cytochróm c oxidáza je cytochróm c oxidáza je transmembránový proteín vo vnútornej mitochondriálnej membráne somatických buniek. Enzým sa skladá z niekoľkých podjednotiek, s hémovou skupinou a iónom medi tvoriacim katalytické aktívne miesto. Hemové skupiny obsahujúce železo a ióny Cu cytochróm c oxidázy sú nevyhnutné pre oxidačné a redukčné reakcie. Podľa toho je funkcia oxidázy obmedzená v prípade výraznej medi alebo nedostatok železa.Jako komplex mitochondriálnych enzýmov predstavuje cytochróm c oxidáza podstatnú zložku dýchacieho reťazca. Dýchací reťazec, nazývaný tiež oxidačná fosforylácia, je posledným stupňom glykolýzy (glukóza degradácia), a teda integrovaná do energetický metabolizmus. Skladá sa z reťazca postupných oxidačných a redukčných reakcií, ktoré slúžia na syntézu ATP z ADP - adenozín difosfát - a fosfát. ATP je skutočný konečný produkt glykolýzy a dodáva energiu všetkým druhom bunkových metabolických procesov vo forme energeticky bohatej difosfátovej väzby. Cytochróm c oxidáza sa nachádza ako komplex IV na konci dýchacieho reťazca a je zodpovedná za obidve oxidácia kyslíka a výroba energie vo forme ATP. Oba reakčné kroky sú spojené mechanizmom, ktorý zatiaľ nie je známy. V prvom kroku podjednotka II cytochróm c oxidázy, redoxaktívne kovové centrum Cu, prijíma elektróny z cytochrómu c, ktorý bol predtým nabitý elektrónmi cytochróm c reduktázou komplex III dýchacieho reťazca. Okrem toho cytochróm c oxidáza odstraňuje protóny (H +) z mitochondriálnej matrice - z vnútra mitochondrie. Katalyticky aktívne centrum oxidázy viaže kyslík, na ktorý sa prenášajú elektróny a protóny. Kyslík sa tak redukuje na vodaV druhom kroku využíva cytochróm c oxidáza energiu uvoľnenú pri redukcii kyslíka na voda pumpovať protóny z mitochondriálnej matice cez vnútornú mitochondriálnu membránu do medzimembránového priestoru. Prostredníctvom tohto transportu protónov oxidáza udržuje protónový gradient, ktorý existuje medzi medzimembránovým priestorom a matricou. Elektrochemický protónový gradient cez membrány sa tiež nazýva gradient pH, pretože množstvo protónov odráža pH. Predstavuje a koncentrácie sklon, kde v mitochondrie za normálnych podmienok H + koncentrácie je vysoké v intersticiálnom priestore membrány - kyslé pH - a nízke v matrici - zásadité pH. Podľa zákonov termodynamiky teda existuje hnacia sila protónov v medzimembránovom priestore smerom k matici mitochondrie. Cytochróm c oxidáza transportuje protóny proti a koncentrácie gradient, tj. od nízkej po vysokú koncentráciu H +. Tento proces je aktívny a môže prebiehať iba za prísunu energie. Gradient H + na vnútornej mitochondriálnej membráne je nevyhnutný pre energetický metabolizmus všetkých známych organizmov a je nevyhnutným predpokladom syntézy ATP. ATP syntáza - komplex V dýchacieho reťazca - je zodpovedná za produkciu energie vo forme ATP. Ako transmembránový proteín vytvára tunel medzi vnútrom mitochondriu a priestor medzi vnútornou a vonkajšou membránou. Tento enzým využíva energiu potrebnú na výrobu ATP z ADP a fosfát z protónového gradientu. Protóny teda prečerpávali do medzimembránového priestoru tokom oxidázy „z kopca“ tunelom ATP syntázy smerom k gradientu v mitochondriálnej matrici. Tento protónový tok generuje rotačný pohyb v molekule ATP syntázy. Pomocou tejto kinetickej energie sa prenáša a fosfát dôjde k zvyšku ADP, čo vedie k tvorbe ATP. Bez aktívneho transportu protónov (protónovej pumpy) do intermembránového priestoru cytochróm c oxidázou by sa protónový gradient zrútil, ATP syntáza by už nebola schopná produkovať ATP a telo bunka by „zomrela od hladu“ v dôsledku nedostatočných metabolických procesov. Okrem bunkového energetického metabolizmu je cytochróm c oxidáza nevyhnutná pre tvorbu fosfolipidy ktoré tvoria myelínovú vrstvu myelínových obalov v neurónoch - nervových vláknach.Ďalšie metaloenzýmy závislé od Cu a ich funkcie.