Réz: Funkciók

Réz számos metalloprotein szerves alkotóeleme és nélkülözhetetlen enzimfunkciójukhoz. Két oxidációs állapota lehetővé teszi a nyomelem számára, hogy részt vegyen az elektronátadó enzimreakciókban. A metalloenzimek kofaktoraként réz játszik az elektronok befogadójának és donorának a szerepét, ezért nagy jelentőséggel bír az oxidációs és redukciós folyamatok szempontjából.Réz-függő enzimek többnyire az oxidázok vagy hidroxilázok osztályába tartoznak, amelyek viszont a magas redoxpotenciállal rendelkező oxidoreduktázok csoportjába tartoznak. Az oxidázok enzimek amelyek a szubsztrát oxidációja során felszabaduló elektronokat transzferálják oxigén.A hidroxilázok enzimek amelyek egy hidroxilcsoportot (OH) vezetnek be egy molekulába egy oxidációs reakció-kémiai reakció útján, amelyben egy oxidálandó anyag elektronokat adományoz. A réztartalmú oxidoreduktázok elengedhetetlenek a következő folyamatokhoz.

  • Sejtes energia anyagcserét És sejtes oxigén hasznosítás (légzési lánc), ill.
  • Méregtelenítés, illetve a szabad gyökök semlegesítése
  • Vas anyagcsere és a hemoglobin szintézis - vörös képződése vér pigment (hemoglobin) nak,-nek vörösvértesteket (vörösvértestek) és hematopoiesis (vérsejtek képződése vérképző őssejtekből és érésük).
  • Szintézise kötőszöveti, a pigment melanin és neuroaktív peptid hormonok, Mint például a katekolaminok és enkefalinok (endogén pentapeptidek az opioid peptidek osztályába).
  • Myelinképződés - a mielin alkotja a neuronok (idegrostok) mielinhüvelyeit, amelyek a neuronok axonjainak elektromos szigetelését szolgálják és elengedhetetlenek a gerjesztés továbbításához

Ezenkívül a réz különféle transzkripciós tényezőket befolyásol, és így beépül a gén kifejezés.

Cu-függő metalloenzimek és funkcióik

A caeruloplazmin egyláncú alfa-2 globulin, 7% szénhidráttartalommal. Egyetlen caeruloplazmin molekula hat rézatomot tartalmaz, amelyek túlnyomórészt 2 vegyértékű formában vannak jelen a biológiai rendszerekben, és elengedhetetlenek az enzim oxidatív működéséhez az 5.4-5.9 pH-tartományban. A Caeruloplazmin több funkciót is ellát: fehérje, a caeruloplasmin 80-95% plazma rézt tartalmaz, és szükség szerint elosztja a különböző szövetekben és szervekben. Ezenkívül részt vesz a vas (Fe) és mangán (Mn) a vér plazma. Szabad réz megkötésével vas és a mangán ionok, a caeruloplazmin megakadályozza a szabad gyökök képződését. Az utóbbiak rendkívül reaktívak oxigén molekulák vagy oxigént tartalmazó szerves vegyületek, például szuperoxid, hiperoxid vagy hidroxil. Szabad formában mind a réz, vas és a mangán nagyon agresszív elemek, amelyek prooxidáns hatással bírnak. Arra törekszenek, hogy elektronokat ragadjanak le egy atomról vagy molekuláról, szabad gyököket hozva létre, amelyek viszont más anyagokat is elragadnak. Így egy láncreakció során a gyökök folyamatosan növekednek a testben - oxidatívak feszültség. A szabad gyökök képesek többek között károsítani nukleinsavak - DNS és RNS -, fehérjék, lipidek és a zsírsavak, kollagén, elasztin, valamint vér hajók. A Cu, Fe és Mn megkötésének eredményeként a kaeruloplazmin megakadályozza az ilyen oxidatív sejt- és érkárosodást. Ezenkívül a caeruloplasmin enzimatikus funkciókat mutat. Több oxidációs reakciót katalizál, és így részt vesz vas anyagcsere. A caeruloplazmint emiatt ferroxidáz I-nek is nevezik. Alapvető feladata, hogy a vas nyomát kétértékűvé (Fe2 +) átalakítsa háromértékűvé (Fe3 +). Erre a célra az enzimben található réz kivonatok az elektronok a vasból és befogadják őket, ezáltal megváltoztatja oxidációs állapotát Cu2 + -ról Cu + -ra. A vas oxidálásával a caeruloplazmin lehetővé teszi, hogy a Fe3 + a plazmához kötődjön transzferrin, egy transzportfehérje, amely felelős a szervezet sejtjeinek vasellátásáért. Csak Fe- formájábantranszferrin elérheti-e a vas a vörösvértesteket (vörösvértestek) vagy sejtek - és elérhetővé kell tenni ott hemoglobin szintézis. A hemoglobin a vasat tartalmazó vörösvér pigment vörösvértesteket (vörösvértestek). Az a tény, hogy a rézhiány károsítja a vas transzportját a test sejtjeibe, különösen az eritrocitákba, a caeruloplasmin fontosságát és funkcióját mutatja. Végül a vas és a réz anyagcseréje szorosan kapcsolódik. A vas mellett Cu -caeruloplazmin más szubsztrátumokat is oxidál, például a p-fenilén-diamint és dimetil-származékait. Szuperoxid-dismutáz (SOD) A szuperoxid-diszmutáznak számos formája létezik. Lehet réz-, cink-, és mangánfüggő. A Zn-SOD kizárólag a sejtek citoszoljában, az Mn-SOD a mitokondrium, és a Cu-SOD megtalálható a legtöbb testsejt citoszoljában, beleértve az eritrocitákat, valamint a vérplazmában. Az enzim csak akkor fejlesztheti optimálisan aktivitását a megfelelő rekeszekben, ha réz, cink vagy a mangán elegendő mennyiségben van jelen. A szuperoxid-dismutáz az endogén lényeges eleme antioxidáns védelmi rendszer. Azáltal, hogy a szabad gyököket az elektronok átvitelével csökkenti, gyökfogóként működik, megakadályozva az érzékenyek oxidációját molekulák.A SOD katalizálja a szuperoxid gyökök átalakulását hidrogén peroxid és oxigén. A SOD-ban található réz elektronokat juttat a szuperoxid gyökhöz. A hidrogén a peroxid molekula ezt követően redukálódik víz kataláz vagy szelén-függő glutation-peroxidáz, ártalmatlanná téve. Ha a szuperoxid gyököket nem méregtelenítik, akkor megtehetik vezet a lipidperoxidáció, a membrán és az érrendszer károsodása, és ezt követően a „radikális vonatkozású” betegségek - radikális betegségek -, például az érelmeszesedés (érelmeszesedés, az artériák megkeményedése), koszorúér szív betegség (CHD), daganatos betegségek, cukorbetegség mellitus, és neurodegeneratív betegségek, mint pl Alzheimer kór és a Parkinson kór. A citokróm c-oxidáz egy transzmembrán fehérje a szomatikus sejtek belső mitokondriális membránjában. Az enzim több alegységből áll, egy hemcsoport és egy rézion képezi a katalitikus aktív helyet. A vas-tartalmú hemcsoportok és a citokróm c-oxidáz Cu-ionjai elengedhetetlenek az oxidációs és redukciós reakciókhoz. Ennek megfelelően az oxidáz funkciója korlátozott azokban az esetekben, amikor kifejezett réz vagy vashiányMitokondriális enzim komplexként a citokróm c-oxidáz a légzési lánc lényeges alkotóeleme. A légzési lánc, más néven oxidatív foszforiláció, a glikolízis utolsó lépése (szőlőcukor degradáció) és így integrálódnak a energia anyagcserét. Egymást követő oxidációs és redukciós reakciók láncából áll, amelyek az ATP szintetizálását szolgálják az ADP-ből - adenozin difoszfát - és foszfát. Az ATP a glikolízis tényleges végterméke, és energiát szolgáltat mindenféle sejtes anyagcsere folyamathoz energiadús difoszfátkötés formájában. A citokróm c-oxidáz IV komplexként helyezkedik el a légzőszervi lánc végén, és felelős mind a oxigén oxidációja és energia termelése ATP formájában. Mindkét reakció lépését egy még nem ismert mechanizmus kapcsolja össze. Az első lépésben a citokróm c-oxidáz II alegysége, a redoxaktív Cu fémközpont elfogadja a citokróm c elektronjait, amelyeket előzőleg a citokróm c reduktáz töltött elektronokkal , a légzési lánc III komplexe. Ezenkívül a citokróm c-oxidáz eltávolítja a protonokat (H +) a mitokondriális mátrixból - a mitokondrium belsejéből. Az oxidáz katalitikusan aktív központja megköti az oxigént, amelyen az elektronok és protonok átkerülnek. Az oxigén így redukálódik víz.A második lépésben a citokróm c-oxidáz felhasználja az oxigén redukciója során felszabaduló energiát víz hogy a protonokat a mitokondriális mátrixból a belső mitokondriális membránon át az intermembrán térbe pumpálja. Ezen protontranszport révén az oxidáz fenntartja az intermembrán tér és a mátrix között létező proton gradienst. A membránokon átívelő elektrokémiai proton gradienst pH-gradiensnek is nevezik, mert a protonok mennyisége tükrözi a pH-t. Ez képviseli a koncentráció színátmenet, hol befelé mitokondrium normál körülmények között a H + koncentráció magas a membrán interstitialis térben - savas pH - és alacsony a mátrixban - bázikus pH. Így a termodinamika törvényei szerint a protonok hajtóereje a membránközi térben a mitokondrium mátrixa felé mutat. A citokróm c-oxidáz szállítja a protonokat az a ellen koncentráció gradiens, azaz alacsony és magas H + koncentráció között. Ez a folyamat aktív, és csak energiaellátás mellett mehet végbe. A belső mitokondriális membrán H + gradiense elengedhetetlen a energia anyagcserét az összes ismert organizmus és az ATP-szintézis elengedhetetlen előfeltétele. Az ATP-szintáz - a légzőszervi lánc V komplexe - felelős az energia termeléséért ATP formájában. Transzmembrán fehérjeként alagutat képez a a mitokondrium és a belső és külső membrán közötti tér. Ez az enzim felhasználja az ADP és az ATP előállításához szükséges energiát foszfát a protongradiensből. Így a protonok az intermembrán térbe pumpálódtak, az oxidáz áramlásával „lefelé” az ATP-szintáz alagútján keresztül a mitokondriális mátrix gradiense felé. Ez a protonáramlás rotációs mozgást generál az ATP szintáz molekulában. Ennek a kinetikus energiának a segítségével az a foszfát az ADP-maradék keletkezik, ami ATP-t eredményez. A citokróm c-oxidáz által az intermembrán térbe történő aktív protontranszport (protonpumpa) nélkül a protongradiens összeomlik, az ATP-szintáz már nem képes ATP-t termelni, és a test a sejt „éhen hal” a hiányos anyagcsere folyamatok miatt. A sejtenergia metabolizmusán kívül a citokróm c-oxidáz elengedhetetlen a foszfolipidek amelyek az idegsejtekben lévő mielinhüvelyek mielinrétegét képezik - idegrostok.Egyéb Cu-függő metalloenzimek és funkcióik.

Enzim Honosítás Funkció
Ferroxidáz II Vérplazma A Fe2 + oxidációja Fe3 + -gá.
Dopamin-ß-hidroxiláz Mellékvese, központi idegrendszer Katekolaminok, például dopamin, epinefrin és noradrenalin szintézise A tirozin hidroxilezése L-dopává, a dopamin neurotranszmitter prekurzorává, amely viszont epinefinné és norepinefrinné alakítható Antioxidáns hatás - a szabad gyökök semlegesítése
Tirozináz Bőr, vese medulla és más szövetek A tirozin oxidációja melaninná alakul a melanocitákban, ami a szem, a haj és a bőr pigmentációját okozza A tirozin hidroxilezése az dopamin neurotranszmitter prekurzorává vált L-dopává, amely viszont átalakulhat adrenalinná és noradrenalinná
Lizil-oxidáz Porc, csont, bőr és egyéb szövetek Kötőszöveti és a csontképződés lizin és hidrolizinElasztin és kollagén mikrofibrillák - erős és ugyanolyan rugalmas kötőszövetek, különösen a vér képződése hajók és a szív.
Tiol-oxidáz Epithelia, szaruhártya (a szem külső bőrének elülső része) és más szövetek Diszulfidhidak képződése, például keratinban - a sejtek stabilitása és alakjaért felelős szerkezeti fehérje
Uratoxidáz - urikáz Máj, lép és vesék A húgysav lebomlása allantoinná, a purinbázisok lebontásának végtermékévé
Aminoxidáz A mitokondriumok Az elsődleges aminok, például hisztamin, tiramin, dopamin, szerotonin és putreszin oxidációja aldehidekké
Monoamin-oxidáz A központi idegrendszer és a test perifériájának egyéb szövetei Az epinefrin, a noradrenalin és a dopamin neurotranszmittereinek metabolizmusa Katekolaminok deszaminálása, beleértve a szerotonin neurotranszmitter lebomlását - ez az alapja a MAO-gátlók antidepresszánsokként történő alkalmazásának