Tembaga: Fungsi

Tembaga adalah komponen integral sejumlah metalloprotein dan penting untuk fungsi enzimnya. Dua keadaan pengoksidaannya membolehkan unsur surih untuk mengambil bahagian dalam tindak balas enzim pemindahan elektron. Sebagai kofaktor metallenzim, tembaga memainkan peranan sebagai penerima dan penderma elektron dan oleh itu sangat penting untuk proses pengoksidaan dan pengurangan.Tembaga-bergantungan enzim kebanyakannya tergolong dalam kelas oksidase atau hidroksilase, yang seterusnya tergolong dalam kumpulan oksidoriduktase dengan potensi redoks tinggi. Oksidase adalah enzim yang memindahkan elektron yang dilepaskan semasa pengoksidaan substrat ke oksigen. Hidroksilase adalah enzim yang memperkenalkan kumpulan hidroksil (OH) ke dalam molekul melalui tindak balas pengoksidaan-tindak balas kimia di mana bahan yang akan dioksidasi menyumbangkan elektron. Oksidoriduktase yang mengandungi tembaga sangat penting untuk proses berikut.

  • Selular metabolisme tenaga Dan selular oksigen penggunaan (rantai pernafasan), masing-masing.
  • Detoksifikasi masing-masing meneutralkan radikal bebas
  • Metabolisme zat besi dan hemoglobin sintesis - pembentukan warna merah darah pigmen (hemoglobin) daripada erythrocytes (sel darah merah) dan hematopoiesis (pembentukan sel darah dari sel stem hematopoietik dan pematangannya masing-masing).
  • Sintesis daripada tisu penghubung, pigmen melanin dan peptida neuroaaktif hormon, Seperti catecholamines dan enkephalins (pentapeptida endogen dari kelas peptida opioid).
  • Pembentukan myelin - myelin membentuk sarung myelin dalam neuron (gentian saraf), yang berfungsi untuk melindungi elektrik akson neuron dan penting untuk penghantaran pengujaan

Selain itu, tembaga mempengaruhi pelbagai faktor transkripsi dan dengan demikian disatukan dalam peraturan gen ungkapan.

Metallenzim bergantung kepada Cu dan fungsinya

Caeruloplasmin Caeruloplasmin adalah globulin alpha-2 rantai tunggal dengan kandungan karbohidrat 7%. Molekul caeruloplasmin tunggal mengandungi enam atom tembaga, yang terutama terdapat dalam bentuk 2-valent dalam sistem biologi dan penting untuk fungsi oksidatif enzim dalam julat pH 5.4-5.9. Caeruloplasmin menunjukkan beberapa fungsi: Sebagai pengikat dan pengangkutan protein, caeruloplasmin mengandungi 80-95% tembaga plasma dan menyebarkannya ke pelbagai tisu dan organ jika diperlukan. Di samping itu, ia terlibat dalam pengangkutan besi (Fe) dan mangan (Mn) di darah plasma. Dengan mengikat tembaga bebas, besi dan mangan ion, caeruloplasmin menghalang pembentukan radikal bebas. Yang terakhir mewakili sangat reaktif oksigen molekul atau sebatian organik yang mengandungi oksigen, seperti superoksida, hiperoksida atau hidroksil. Dalam bentuk bebas, kedua-dua tembaga, besi dan mangan adalah unsur yang sangat agresif yang mempunyai kesan prooksidan. Mereka berusaha untuk mengambil elektron dari atom atau molekul, menciptakan radikal bebas, yang pada gilirannya juga merebut elektron dari bahan lain. Oleh itu, dalam reaksi berantai, terdapat peningkatan radikal dalam badan - oksidatif tekanan. Radikal bebas mampu merosakkan, antara lain, asid nukleik - DNA dan RNA -, protein, lipid dan asid lemak, kolagen, elastin juga darah kapal. Sebagai hasil pengikatan Cu, Fe danMn, caeruloplasmin mencegah kerosakan sel oksidatif dan vaskular. Selanjutnya, caeruloplasmin menunjukkan fungsi enzimatik. Ia memangkin reaksi oksidasi berganda dan dengan itu terlibat dalam metabolisme besi. Caeruloplasmin juga disebut sebagai ferroxidase I untuk alasan ini. Tugas utamanya adalah menukar besi unsur surih dari bivalennya (Fe2 +) menjadi bentuk sepele (Fe3 +). Untuk tujuan ini, tembaga yang terkandung dalam enzim ekstrak elektron dari besi dan menerimanya, dengan sendirinya mengubah keadaan pengoksidaannya dari Cu2 + menjadi Cu +. Dengan besi pengoksidaan, caeruloplasmin membolehkan Fe3 + mengikat plasma pemindahanin, protein pengangkutan yang bertanggungjawab untuk membekalkan zat besi ke sel-sel badan. Hanya dalam bentuk Fe-pemindahanin besi boleh mencapai erythrocytes (sel darah merah) atau sel - dan disediakan di sana untuk hemoglobin sintesis. Hemoglobin adalah pigmen darah merah yang mengandungi zat besi erythrocytes (Sel darah merah). Fakta bahawa zat besi mengangkut ke sel-sel badan, terutamanya ke eritrosit, terganggu oleh kekurangan tembaga menunjukkan pentingnya caeruloplasmin dan fungsinya. Akhirnya, metabolisme besi dan tembaga berkait rapat. Selain besi, Cu -caeruloplasmin juga mengoksidakan substrat lain, seperti p-phenylenediamine dan turunan dimetilnya. Superoksida dismutase (SOD) Terdapat beberapa bentuk superoksida dismutase. Ia boleh menjadi tembaga-, zink-, dan bergantung kepada mangan. Zn-SOD terdapat secara eksklusif di sitosol sel, Mn-SOD terdapat di mitokondria, dan Cu-SOD terdapat di sitosol kebanyakan sel tubuh, termasuk eritrosit, dan juga dalam plasma darah. Enzim hanya dapat mengembangkan aktivitinya secara optimum di petak yang sesuai jika tembaga, zink atau mangan terdapat dalam jumlah yang mencukupi. Superoksida dismutase adalah komponen penting dari endogen antioksidan sistem perlindungan. Dengan mengurangkan radikal bebas melalui pemindahan elektron, ia bertindak sebagai pemulung radikal, mencegah pengoksidaan sensitif molekul.SOD memangkinkan penukaran radikal superoksida menjadi hidrogen peroksida dan oksigen. Tembaga yang terkandung dalam SOD memindahkan elektron ke radikal superoksida. The hidrogen molekul peroksida kemudiannya dikurangkan menjadi air oleh pemangkin atau selenium- peroksidase glutathione yang bergantung, menjadikannya tidak berbahaya. Sekiranya radikal superoksida tidak terdetoksifikasi, mereka boleh membawa kepada peroksidasi lipid, kerosakan membran dan vaskular, dan seterusnya penyakit "berkaitan radikal" - penyakit radikal - seperti aterosklerosis (arteriosclerosis, pengerasan arteri), koronari jantung penyakit (PJK), penyakit ketumbuhan, kencing manis penyakit melitus, dan neurodegeneratif seperti Penyakit Alzheimer dan Penyakit Parkinson. Sitokrom c oksidase sitokrom c oksidase adalah protein transmembran dalam membran mitokondria dalam sel somatik. Enzim terdiri daripada beberapa subunit, dengan kumpulan heme dan ion tembaga yang membentuk tapak aktif pemangkin. Kumpulan heme yang mengandung zat besi dan ion sitokrom c oksidase sangat penting untuk reaksi pengoksidaan dan pengurangan. Oleh itu, fungsi oksidase terhad dalam kes tembaga yang jelas atau kekurangan zat besiSebagai kompleks enzim mitokondria, sitokrom c oksidase mewakili komponen penting dalam rantai pernafasan. Rantai pernafasan, juga disebut fosforilasi oksidatif, adalah langkah terakhir glikolisis (glukosa degradasi) dan dengan demikian disatukan dalam metabolisme tenaga. Ia terdiri daripada rangkaian tindak balas pengoksidaan dan pengurangan berturut-turut yang berfungsi untuk mensintesis ATP dari ADP - trifosfat difosfat - dan fosfat. ATP adalah produk akhir glikolisis sebenar dan memberikan tenaga kepada semua jenis proses metabolik sel dalam bentuk ikatan difosfat yang kaya dengan tenaga. Oksidase sitokrom c terletak sebagai kompleks IV di hujung rantai pernafasan dan bertanggungjawab untuk kedua-dua pengoksidaan oksigen dan penghasilan tenaga dalam bentuk ATP. Kedua-dua langkah tindak balas digabungkan melalui mekanisme yang belum diketahui. Pada langkah pertama, subunit II sitokrom c oksidase, pusat logam aktif redoks Cu, menerima elektron dari sitokrom c, yang sebelumnya dimuat dengan elektron oleh sitokrom c reduktase , kompleks III dari rangkaian pernafasan. Sebagai tambahan, sitokrom c oksidase menghilangkan proton (H +) dari matriks mitokondria - bahagian dalam mitokondria. Pusat oksidase aktif secara pemangkin mengikat oksigen, di mana elektron dan proton dipindahkan. Oleh itu oksigen dikurangkan menjadi airPada langkah kedua, sitokrom c oksidase menggunakan tenaga yang dikeluarkan semasa pengurangan oksigen menjadi air untuk mengepam proton dari matriks mitokondria merentasi membran mitokondria dalaman ke ruang intermembran. Melalui pengangkutan proton ini, oksidase mengekalkan kecerunan proton yang wujud di antara ruang antara lapisan dan matriks. Kecerunan proton elektrokimia merentasi membran juga disebut kecerunan pH kerana jumlah proton mencerminkan pH. Ia mewakili a kepekatan kecerunan, di mana di mitokondria dalam keadaan normal, H + kepekatan tinggi di ruang interstisial membran - pH berasid - dan rendah di matriks - pH asas. Oleh itu, menurut undang-undang termodinamika, ada kekuatan pendorong proton di ruang intermembran menuju ke matriks mitokondria. Sitokrom c oksidase mengangkut proton terhadap a kepekatan kecerunan, iaitu dari kepekatan H + rendah hingga tinggi. Proses ini aktif dan hanya boleh berlaku dengan bekalan tenaga. Kecerunan H + pada membran mitokondria dalaman sangat penting untuk metabolisme tenaga semua organisma yang diketahui dan merupakan prasyarat penting untuk sintesis ATP. Sintase ATP - kompleks V dari rantai pernafasan - bertanggungjawab untuk penghasilan tenaga dalam bentuk ATP. Sebagai protein transmembran, ia membentuk terowong antara bahagian dalam mitokondria dan ruang antara membran dalam dan luar. Enzim ini menggunakan tenaga yang diperlukan untuk pengeluaran ATP dari ADP dan fosfat dari kecerunan proton. Oleh itu, proton dipompa ke ruang intermembran oleh aliran oksidase "menurun" melalui terowong ATP synthase menuju kecerunan dalam matriks mitokondria. Aliran proton ini menghasilkan gerakan putaran dalam molekul sintase ATP. Dengan tenaga kinetik ini, pemindahan a fosfat residu ke ADP berlaku, mengakibatkan pembentukan ATP. Tanpa pengangkutan proton aktif (pam proton) ke ruang intermembran oleh oksidase sitokrom c, kecerunan proton akan runtuh, sintase ATP tidak lagi dapat menghasilkan ATP, dan badan sel akan "mati kelaparan" kerana kekurangan proses metabolik. Sebagai tambahan kepada metabolisme tenaga sel, sitokrom c oksidase sangat penting untuk pembentukan Phospholipid yang membentuk lapisan myelin selubung myelin dalam neuron - gentian saraf. Metallenzim lain yang bergantung pada Cu dan fungsinya.

Enzim Penyetempatan fungsi
Ferroksidase II Plasma Pengoksidaan Fe2 + hingga Fe3 +.
Dopamine ß-hidroksilase Medulla adrenal, sistem saraf pusat Sintesis katekolamin, seperti dopamin, epinefrin, dan norepinefrin Hidroksilasi tirosin ke L-dopa, pendahuluan dopamin neurotransmitter, yang seterusnya dapat ditukar menjadi epinefrin dan norepinefrin Kesan antioksidan - peneutralan radikal bebas
Tirosinase Kulit, medula ginjal dan tisu lain Pengoksidaan tirosin untuk membentuk melanin dalam melanosit, yang menyebabkan pigmentasi mata, rambut dan kulit Hidroksilasi tirosin kepada L-dopa, pendahulu neurotransmitter dopamine, yang pada gilirannya dapat ditukar menjadi adrenalin dan noradrenalin
Lysyl oksidase Tulang rawan, tulang, kulit dan tisu lain Tisu penghubung dan pembentukan tulangDesaminasi lisin dan hidrolisinPautan silang elastin dan kolagen mikrofibril - pembentukan tisu penghubung yang kuat dan elastik, terutamanya darah kapal dan juga jantung.
Thiol oksidase Epithelia, kornea (bahagian anterior kulit mata luar), dan tisu lain Pembentukan jambatan disulfida, misalnya dalam keratin - protein struktur yang bertanggungjawab untuk kestabilan dan bentuk sel
Uratoxidase - urikase Hati, limpa dan buah pinggang Kemerosotan asid urik kepada allantoin, produk akhir pemecahan asas purin
Aminoxidase Mitokondria Pengoksidaan amina primer, seperti histamin, tiramina, dopamin, serotonin, dan putrescine, kepada aldehid
Oksidase monamin Sistem saraf pusat dan tisu lain di pinggiran badan Metabolisme neurotransmitter epinefrin, norepinefrin, dan dopamin Pemeriksaan katekolamin, termasuk pemecahan serotonin neurotransmitter - ini adalah asas untuk penggunaan perencat MAO sebagai antidepresan