ทองแดง: ฟังก์ชั่น

ทองแดง เป็นส่วนประกอบสำคัญของ metalloproteins จำนวนหนึ่งและจำเป็นสำหรับการทำงานของเอนไซม์สถานะออกซิเดชันสองสถานะทำให้ธาตุติดตามมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอน ในฐานะปัจจัยร่วมของ metalloenzymes ทองแดง มีบทบาทเป็นตัวรับและผู้บริจาคอิเล็กตรอนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการออกซิเดชั่นและการรีดิวซ์ทองแดง- พึ่งพา เอนไซม์ ส่วนใหญ่อยู่ในชั้นของออกซิเดสหรือไฮดรอกซิเลสซึ่งจะอยู่ในกลุ่มของออกซิเดสที่มีศักยภาพในการรีดอกซ์สูง ออกซิเดสคือ เอนไซม์ ที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการเกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้นไปยัง ออกซิเจน.Hydroxylases คือ เอนไซม์ ที่แนะนำหมู่ไฮดรอกซิล (OH) เข้าสู่โมเลกุลผ่านปฏิกิริยาเคมี - ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นซึ่งสารที่จะออกซิไดซ์จะบริจาคอิเล็กตรอนตัวออกซิไดซ์ที่มีทองแดงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการต่อไปนี้

• เซลลูลาร์ การเผาผลาญพลังงาน และเซลล์ ออกซิเจน การใช้ประโยชน์ (ห่วงโซ่ทางเดินหายใจ) ตามลำดับ
• การล้างพิษตามลำดับการต่อต้านอนุมูลอิสระ
• การเผาผลาญธาตุเหล็ก และ เฮโมโกลบิน การสังเคราะห์ - การก่อตัวของสีแดง เลือด เม็ดสี (เฮโมโกลบิน) จาก เม็ดเลือดแดง (เม็ดเลือดแดง) และเม็ดเลือด (การสร้างเซลล์เม็ดเลือดจากเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดและการเจริญเติบโตตามลำดับ)
• การสังเคราะห์ของ เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน, เม็ดสี เมลานิน และเปปไทด์ที่ออกฤทธิ์ต่อระบบประสาท ฮอร์โมนเช่น คาเทโคลามีน และเอนเคฟาลิน (เพนทาเปปไทด์ภายนอกจากคลาสของโอปิออยด์เปปไทด์)
• การสร้างไมอีลิน - ไมอีลินประกอบขึ้นเป็นปลอกไมอีลินในเซลล์ประสาท (ใยประสาท) ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันแอกซอนของเซลล์ประสาทด้วยไฟฟ้าและจำเป็นสำหรับการส่งผ่านการกระตุ้น

นอกจากนี้ทองแดงยังมีผลต่อปัจจัยการถอดความต่างๆดังนั้นจึงรวมอยู่ในกฎข้อบังคับของ ยีน การแสดงออก

metalloenzymes ที่ขึ้นกับ Cu และหน้าที่ของมัน

CaeruloplasminCaeruloplasmin เป็นโกลบูลินอัลฟ่า -2 แบบโซ่เดียวที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรต 7% โมเลกุล Caeruloplasmin เดี่ยวประกอบด้วยอะตอมทองแดง 2 อะตอมซึ่งส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปแบบ 5.4 วาเลนต์ในระบบทางชีววิทยาและจำเป็นต่อการทำงานของเอนไซม์ในช่วง pH 5.9-80 Caeruloplasmin มีหน้าที่หลายประการ: ในฐานะที่มีผลผูกพันและการขนส่ง โปรตีน caeruloplasmin มีทองแดงในพลาสมา 95-XNUMX% และกระจายไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆตามต้องการ นอกจากนี้ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการขนส่ง เหล็ก (Fe) และ แมงกานีส (Mn) ในไฟล์ เลือด พลาสม่าโดยการผูกทองแดงฟรี เหล็ก และ แมงกานีส ไอออน caeruloplasmin ป้องกันการก่อตัวของอนุมูลอิสระ ส่วนหลังแสดงถึงปฏิกิริยาสูง ออกซิเจน โมเลกุล หรือสารประกอบอินทรีย์ที่มีออกซิเจนเช่นซูเปอร์ออกไซด์ไฮเปอร์ออกไซด์หรือไฮดรอกซิล ในรูปแบบอิสระทั้งทองแดง เหล็ก และ แมงกานีส เป็นองค์ประกอบที่ก้าวร้าวมากซึ่งมีผลต่อโปรออกซิแดนท์ พวกมันพยายามแย่งอิเล็กตรอนจากอะตอมหรือโมเลกุลสร้างอนุมูลอิสระซึ่งจะแย่งอิเล็กตรอนจากสารอื่นด้วย ดังนั้นในปฏิกิริยาลูกโซ่จึงมีอนุมูลในร่างกายเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง - ออกซิเดชั่น ความเครียด. อนุมูลอิสระสามารถสร้างความเสียหายได้ กรดนิวคลีอิก - DNA และ RNA -, โปรตีน, ไขมัน และ กรดไขมัน, คอลลาเจน, อีลาสตินและ เลือด เรือ. อันเป็นผลมาจากการจับ Cu, Fe และMnทำให้ Caeruloplasmin ป้องกันเซลล์ออกซิเดชั่นและความเสียหายของหลอดเลือดนอกจากนี้ caeruloplasmin ยังแสดงการทำงานของเอนไซม์ มันเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่นหลาย ๆ ตัวจึงเกี่ยวข้อง การเผาผลาญธาตุเหล็ก. Caeruloplasmin เรียกอีกอย่างว่า ferroxidase I ด้วยเหตุนี้ ภารกิจที่สำคัญคือการแปลงธาตุเหล็กจาก bivalent (Fe2 +) เป็นรูปแบบไตรวาเลนต์ (Fe3 +) เพื่อจุดประสงค์นี้ทองแดงที่มีอยู่ในเอนไซม์ สารสกัดจาก อิเล็กตรอนจากเหล็กและรับพวกมันดังนั้นตัวมันเองจึงเปลี่ยนสถานะออกซิเดชั่นจาก Cu2 + เป็น Cu + ด้วยการออกซิไดซ์เหล็ก caeruloplasmin ทำให้ Fe3 + จับกับพลาสมา ทรานเฟอร์รินซึ่งเป็นโปรตีนขนส่งที่รับผิดชอบในการส่งธาตุเหล็กไปยังเซลล์ของร่างกาย เฉพาะในรูปแบบของ Fe-ทรานเฟอร์ริน สามารถรีดได้ถึง เม็ดเลือดแดง (เม็ดเลือดแดง) หรือเซลล์ - และมีไว้สำหรับ เฮโมโกลบิน สังเคราะห์. เฮโมโกลบินเป็นเม็ดสีแดงของเลือดที่มีธาตุเหล็ก เม็ดเลือดแดง (เซลล์เม็ดเลือดแดง) ความจริงที่ว่าการขนส่งเหล็กไปยังเซลล์ของร่างกายโดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อเม็ดเลือดแดงมีความบกพร่องจากการขาดทองแดงแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของ caeruloplasmin และหน้าที่ของมันในที่สุดการเผาผลาญธาตุเหล็กและทองแดงก็เชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดนอกจากเหล็กแล้ว Cu -caeruloplasmin ยังออกซิไดซ์สารตั้งต้นอื่น ๆ เช่น p-phenylenediamine และอนุพันธ์ของไดเมทิลซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส (SOD) ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสมีหลายรูปแบบ มันสามารถเป็นทองแดง -, สังกะสี- และขึ้นอยู่กับแมงกานีส Zn-SOD พบเฉพาะใน cytosol ของเซลล์ Mn-SOD พบได้ใน mitochondriaและ Cu-SOD พบในไซโตซอลของเซลล์ร่างกายส่วนใหญ่รวมทั้งเม็ดเลือดแดงและในเลือด เอนไซม์สามารถพัฒนากิจกรรมได้อย่างเหมาะสมที่สุดในช่องที่เกี่ยวข้องถ้าเป็นทองแดง สังกะสี หรือแมงกานีสมีอยู่ในปริมาณที่เพียงพอซูเปอร์ออกไซด์ดิสมูเทสเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของภายนอก สารต้านอนุมูลอิสระ ระบบป้องกัน โดยการลดอนุมูลอิสระผ่านการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจะทำหน้าที่เป็นตัวกำจัดอนุมูลอิสระป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นที่สำคัญ โมเลกุลSOD เร่งการเปลี่ยนอนุมูลซูเปอร์ออกไซด์เป็น ไฮโดรเจน เปอร์ออกไซด์และออกซิเจนทองแดงที่อยู่ใน SOD จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังหัวรุนแรงของซูเปอร์ออกไซด์ ไฮโดรเจน โมเลกุลเปอร์ออกไซด์จะลดลงในเวลาต่อมาเป็น น้ำ โดย catalase หรือ ซีลีเนียม- กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดสอิสระทำให้ไม่เป็นอันตราย หากอนุมูลซูเปอร์ออกไซด์ไม่ถูกล้างพิษก็สามารถทำได้ นำ ต่อการเกิด lipid peroxidation พังผืดและความเสียหายของหลอดเลือดและต่อมาเป็นโรค "ที่เกี่ยวข้องกับอนุมูลอิสระ" - โรคที่รุนแรง - เช่นหลอดเลือด (เส้นเลือดอุดตัน, การแข็งตัวของหลอดเลือดแดง), หลอดเลือดหัวใจ หัวใจ โรค (CHD) โรคเนื้องอก, โรคเบาหวาน โรคประสาทและโรคเกี่ยวกับระบบประสาทเช่น โรคอัลไซเมอร์ และ โรคพาร์กินสัน. Cytochrome c ออกซิเดส Cytochrome c oxidase เป็นโปรตีน transmembrane ในเยื่อไมโทคอนเดรียด้านในของเซลล์ร่างกาย เอนไซม์ประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วยโดยมีกลุ่มฮีมและไอออนทองแดงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา กลุ่มฮีมที่มีธาตุเหล็กและไอออน Cu ของไซโตโครมซีออกซิเดสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการรีดิวซ์ ดังนั้นฟังก์ชันของออกซิเดสจึงถูก จำกัด ในกรณีของทองแดงที่เด่นชัดหรือ การขาดธาตุเหล็กในฐานะที่เป็นเอนไซม์ไมโทคอนเดรียที่ซับซ้อนไซโตโครมซีออกซิเดสเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ ห่วงโซ่ทางเดินหายใจที่เรียกว่าออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชันเป็นขั้นตอนสุดท้ายของไกลโคไลซิส (กลูโคส การย่อยสลาย) และรวมเข้าด้วยกัน การเผาผลาญพลังงาน. ประกอบด้วยห่วงโซ่ของปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและรีดักชั่นที่ต่อเนื่องกันซึ่งทำหน้าที่ในการสังเคราะห์ ATP จาก ADP - อะดีโนซีน ไดฟอสเฟต - และ ฟอสเฟต. ATP เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่แท้จริงของไกลโคไลซิสและให้พลังงานแก่กระบวนการเผาผลาญของเซลล์ทุกชนิดในรูปแบบของพันธะไดฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงาน Cytochrome c oxidase อยู่ในรูปของ IV ที่ซับซ้อนที่ส่วนท้ายของห่วงโซ่ทางเดินหายใจและมีหน้าที่ทั้ง ออกซิเดชันของออกซิเจนและการผลิตพลังงานในรูปของ ATP ขั้นตอนของปฏิกิริยาทั้งสองจะควบคู่ไปกับกลไกที่ยังไม่เป็นที่รู้จักในขั้นตอนแรกหน่วยย่อย II ของไซโตโครมซีออกซิเดสซึ่งเป็นศูนย์โลหะที่ใช้งานรีดอกซ์ Cu รับอิเล็กตรอนจากไซโตโครม c ซึ่งก่อนหน้านี้บรรจุอิเล็กตรอนโดย cytochrome c reductase ซับซ้อน III ของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ นอกจากนี้ไซโตโครมซีออกซิเดสยังกำจัดโปรตอน (H +) ออกจากเมทริกซ์ไมโทคอนเดรียซึ่งอยู่ภายในไมโทคอนดรีออน ศูนย์กลางที่ใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาของออกซิเดสจะจับกับออกซิเจนซึ่งจะมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอน ออกซิเจนจึงลดลงเหลือ น้ำในขั้นตอนที่สองไซโตโครมซีออกซิเดสใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการลดออกซิเจนไปที่ น้ำ เพื่อปั๊มโปรตอนจากเมทริกซ์ไมโทคอนเดรียผ่านเยื่อไมโทคอนเดรียด้านในเข้าไปในช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ ด้วยการขนส่งโปรตอนนี้ออกซิเดสจะรักษาการไล่ระดับโปรตอนที่มีอยู่ระหว่างช่องว่างระหว่างเมมเบรนและเมทริกซ์การไล่ระดับโปรตอนด้วยไฟฟ้าเคมีผ่านเมมเบรนเรียกอีกอย่างว่าการไล่ระดับ pH เนื่องจากปริมาณโปรตอนสะท้อนถึง pH มันแสดงถึงไฟล์ สมาธิ ไล่ระดับสีโดยที่ใน mitochondria ภายใต้สภาวะปกติ H + สมาธิ มีค่าสูงในช่องว่างคั่นระหว่างหน้าของเมมเบรน - pH ที่เป็นกรด - และต่ำในเมทริกซ์ - pH พื้นฐาน ดังนั้นตามกฎของอุณหพลศาสตร์จึงมีแรงผลักดันของโปรตอนในช่องว่างระหว่างเมมเบรนไปทางเมทริกซ์ของไมโทคอนดรีออน Cytochrome c oxidase ลำเลียงโปรตอนกับ a สมาธิ การไล่ระดับสีคือจากความเข้มข้น H + ต่ำไปสูงกระบวนการนี้ใช้งานได้และเกิดขึ้นได้เฉพาะเมื่อมีการจ่ายพลังงานเท่านั้นการไล่ระดับสี H + ที่เยื่อไมโทคอนเดรียด้านในเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ การเผาผลาญพลังงาน ของสิ่งมีชีวิตที่รู้จักทั้งหมดและเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ ATP การสังเคราะห์ ATP - V ที่ซับซ้อนของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ - มีหน้าที่ในการผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP ในฐานะที่เป็นโปรตีนเมมเบรนจะสร้างอุโมงค์ระหว่างภายในของ ไมโทคอนดรีออนและช่องว่างระหว่างเมมเบรนด้านในและด้านนอก เอนไซม์นี้ใช้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการผลิต ATP จาก ADP และ ฟอสเฟต จากการไล่ระดับโปรตอน ดังนั้นโปรตอนถูกสูบเข้าไปในช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์โดยการไหลของออกซิเดส“ ลงเนิน” ผ่านอุโมงค์ของเอทีพีซินเทสไปยังเกรเดียนต์ในเมทริกซ์ไมโทคอนเดรีย การไหลของโปรตอนนี้สร้างการเคลื่อนที่แบบหมุนในโมเลกุลสังเคราะห์ ATP ด้วยพลังงานจลน์นี้การถ่ายโอนก ฟอสเฟต สารตกค้างไปยัง ADP เกิดขึ้นส่งผลให้เกิด ATP หากไม่มีการขนส่งโปรตอน (ปั๊มโปรตอน) เข้าไปในช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์โดยไซโตโครมซีออกซิเดสการไล่ระดับโปรตอนจะยุบลง ATP synthase จะไม่สามารถผลิต ATP ได้อีกต่อไปและร่างกาย เซลล์จะ” อดตาย” เนื่องจากกระบวนการเผาผลาญที่บกพร่อง นอกจากการเผาผลาญพลังงานของเซลล์แล้วไซโตโครมซีออกซิเดสยังจำเป็นต่อการสร้าง phospholipids ที่ก่อตัวเป็นชั้นไมอีลินของปลอกไมอีลินในเซลล์ประสาท - เส้นใยประสาท metalloenzymes ที่ขึ้นอยู่กับ Cu อื่น ๆ และหน้าที่ของพวกมัน