נחושת: פונקציות

נְחוֹשֶׁת הוא מרכיב בלתי נפרד ממספר מטאלופרוטאינים והוא חיוני לתפקוד האנזים שלהם. שני מצבי החמצון שלו מאפשרים לאלמנט העקבות להשתתף בתגובות אנזים המעבירות אלקטרונים. כמקדם של אנזימים מטאליים, נחושת ממלא את התפקיד של מקלט ותורם של אלקטרונים ולכן יש לו חשיבות רבה לתהליכי חמצון והפחתה.נְחוֹשֶׁת-תלוי אנזימים שייכים בעיקר לקבוצת האוקסידאזים או ההידרוקסילאזים, שבתורם שייכים לקבוצת האוקסידורדוקטאזים בעלי פוטנציאל החמצון הגבוה. אוקסידאזים הם אנזימים המעבירים אלקטרונים המשוחררים במהלך חמצון המצע אל חמצןהידרוקסילאזים הם אנזימים שמכניסים קבוצת הידרוקסיל (OH) למולקולה באמצעות תגובת חמצון-כימית שבה חומר לתרומה תורם אלקטרונים. החמצון המכיל נחושת חיוני לתהליכים הבאים.

• נייד מטבוליזם אנרגיה וסלולר חמצן ניצול (שרשרת נשימה), בהתאמה.
• ניקוי רעלים בהתאמה נטרול של רדיקלים חופשיים
• חילוף חומרים בברזל ו המוגלובין סינתזה - היווצרות של אדום דם פיגמנט (המוגלובין) של אריתרוציטים (תאי דם אדומים) והמטופואיזיס (היווצרות תאי דם מתאי גזע המטופויטים והתבגרותם, בהתאמה).
• סינתזה של רקמת חיבור, הפיגמנט המלנין ופפטיד נוירואקטיבי הורמונים, כמו קטכולאמינים ואנקפלינים (פנטאפפטידים אנדוגניים ממעמד פפטידים אופיואידים).
• היווצרות מיאלין - המיאלין מרכיב את מעטפות המיאלין בתאי עצב (סיבי עצב), המשמשים לבידוד חשמלי של האקסונים של הנוירונים וחיוניים להעברת עירור

בנוסף, נחושת משפיעה על גורמי שעתוק שונים ולכן משולבת בוויסות של גֵן ביטוי.

מטואנזימים תלויי Cu ותפקידיהם

Caeruloplasmin Caeruloplasmin הוא גלובולין אלפא 2 חד שרשרתי עם תכולת פחמימות של 7%. מולקולת caeruloplasmin אחת מכילה שישה אטומי נחושת, הנמצאים בעיקר בצורתם 2-valent במערכות ביולוגיות וחיוניים לתפקוד החמצון של האנזים בטווח ה- pH 5.4-5.9. Caeruloplasmin מציג מספר פונקציות: כקישור ותחבורה חלבון, caeruloplasmin מכיל 80-95% של נחושת פלזמה ומפיץ אותו לרקמות ואיברים שונים לפי הצורך. בנוסף, הוא מעורב בהובלה של ברזל (Fe) ו מנגן (Mn) ב דם על ידי קשירת נחושת חופשית, ברזל ו מנגן יונים, caeruloplasmin מונע היווצרות רדיקלים חופשיים. האחרונים מייצגים תגובתי ביותר חמצן מולקולות או תרכובות אורגניות המכילות חמצן, כגון סופר-חמצני, היפרוקסיד או הידרוקסיל. בצורה חופשית, שניהם נחושת, ברזל ו מנגן הם אלמנטים אגרסיביים מאוד בעלי השפעה חמצונית. הם שואפים לחטוף אלקטרונים מאטום או ממולקולה, ויוצרים רדיקלים חופשיים, שבתורם גם חוטפים אלקטרונים מחומרים אחרים. לפיכך, בתגובת שרשרת, יש עלייה מתמדת ברדיקלים בגוף - חמצון לחץ. רדיקלים חופשיים מסוגלים לפגוע, בין היתר, חומצות גרעין - DNA ו- RNA -, חלבונים, שומנים ו חומצות שומן, קולגן, אלסטין כמו גם דם כלי. כתוצאה מקשירת Cu, Fe ו- Mn, caeruloplasmin מונע נזק כזה לתאים ולכלי דם. יתר על כן, caeruloplasmin מציג פונקציות אנזימטיות. זה מזרז תגובות חמצון מרובות ולכן מעורב ב מטבוליזם ברזל. Caeruloplasmin מכונה גם פרוקסידאז I מסיבה זו. משימתו החיונית היא להמיר את יסוד העקבות ברזל מהדו-דו-ערכי שלו (Fe2 +) לצורתו המשולשת (Fe3 +). לשם כך, הנחושת הכלולה באנזים תמציות אלקטרונים מהברזל ומקבלים אותם, ובכך הוא משנה את מצב החמצון שלו מ- Cu2 + ל- Cu +. על ידי ברזל מחמצן, caeruloplasmin מאפשר ל- Fe3 + להיקשר לפלזמה. טרנספרין, חלבון תחבורה האחראי על אספקת ברזל לתאי הגוף. רק בצורה של Fe-טרנספרין יכול ברזל להגיע ל אריתרוציטים (כדוריות דם אדומות) או תאים - ולהיות זמינים שם ל המוגלובין סִינתֶזָה. המוגלובין הוא פיגמנט הדם האדום המכיל ברזל של אריתרוציטים (תאי דם אדומים) העובדה שתעבורת הברזל לתאי הגוף, במיוחד לאריתרוציטים, נפגעת בגלל מחסור בנחושת מלמדת על החשיבות של צירולופלזמין ותפקודו. לבסוף, מטבוליזם ברזל ונחושת קשורים קשר הדוק. בנוסף לברזל, Cu -קירולופלסמין מחמצן גם מצעים אחרים, כגון p-phenylenediamine ונגזרות הדימתיל שלו. Superoxide dismutase (SOD) ישנן מספר צורות של דיסמוטאז superoxide. זה יכול להיות נחושת, אבץ-, ותלוי במנגן. Zn-SOD נמצא אך ורק בציטוזול של תאים, Mn-SOD נמצא ב- המיטוכונדריה, ו- Cu-SOD נמצא בציטוזול של רוב תאי הגוף, כולל אריתרוציטים, כמו גם בפלסמה בדם. האנזים יכול לפתח את פעילותו בצורה מיטבית רק בתאים המתאימים אם נחושת, אבץ או מנגן נמצאים בכמויות מספיקות. סופרוקסיד דיסמוטאז הוא מרכיב חיוני באנדוגני נוגד חמצון מערכת הגנה. על ידי הפחתת רדיקלים חופשיים באמצעות העברת אלקטרונים, הוא פועל ככלי זבל רדיקלי, ומונע חמצון של רגישים מולקולות.SOD מזרז את ההמרה של רדיקלים סופר-חמצניים ל- הידרוגנציה חמצן וחמצן. הנחושת הכלולה ב- SOD מעבירה אלקטרונים לרדיקל הסופר-חמצני. ה הידרוגנציה מולקולת פרוקסיד מצטמצמת לאחר מכן ל- מַיִם על ידי קטלאז או סלניוםגלוקתיון פרוקסידאז תלוי, מה שהופך אותו ללא מזיק. אם רדיקלים של סופר-חמצני אינם מורעלים רעלים, הם יכולים עוֹפֶרֶת לחמצון ליפידים, נזק לקרום ולווסקולרי, ובהמשך למחלות "הקשורות לרדיקלים" - מחלות רדיקליות - כמו טרשת עורקים (טרשת עורקים, התקשות העורקים), כלילי לֵב מחלה (CHD), מחלות גידולים, סוכרת מחלות, ומחלות ניווניות ניווניות כגון מחלת אלצהיימר ו מחלת פרקינסון. ציטוכרום c אוקסידאז ציטוכרום c אוקסידאז הוא חלבון טרנסממברני בקרום המיטוכונדריה הפנימי של תאים סומטיים. האנזים מורכב ממספר יחידות משנה, כאשר קבוצת heme ויון נחושת מהווים את האתר הפעיל הקטליטי. קבוצות ההם המכילות ברזל ויוני Cu של ציטוכרום c אוקסידאז חיוניים לתגובות חמצון והפחתה. בהתאם, תפקוד האוקסידאז מוגבל במקרים של נחושת בולטת או מחסור בברזלכמתחם אנזים מיטוכונדריאלי, ציטוכרום c אוקסידאז מייצג מרכיב חיוני בשרשרת הנשימה. שרשרת הנשימה, הנקראת גם זרחון חמצוני, היא השלב האחרון של הגליקוליזה (גלוקוז השפלה) ובכך משולב ב מטבוליזם אנרגיה. הוא מורכב משרשרת של תגובות חמצון והפחתה עוקבות המשמשות לסינתזת ATP מ- ADP - אדנוזין דיפוספט - ו פוספט. ATP הוא התוצר הסופי בפועל של הגליקוליזה ומספק אנרגיה לכל מיני תהליכים מטבוליים תאיים בצורה של קשר דו-פוספט עשיר באנרגיה. ציטוכרום c אוקסידאז ממוקם כ IV מורכב בקצה שרשרת הנשימה והוא אחראי על שניהם חמצון של חמצן וייצור אנרגיה בצורה של ATP. שני שלבי התגובה משולבים באמצעות מנגנון שעדיין לא ידוע. בשלב ראשון, יחידת משנה II של ציטוכרום c אוקסידאז, מרכז המתכת הפעיל החמצון Cu, מקבלת אלקטרונים מציטוכרום c, שהועמס בעבר באלקטרונים על ידי ציטוכרום רדוקטאז , קומפלקס III של שרשרת הנשימה. בנוסף, ציטוכרום c אוקסידאז מסיר פרוטונים (H +) מהמטריקס המיטוכונדריאלי - פנים המיטוכונדריה. המרכז הפעיל בקטלי של האוקסידאז קושר חמצן, עליו מועברים האלקטרונים והפרוטונים. כך מצטמצם החמצן ל מַיִםבשלב שני, ציטוכרום c אוקסידאז משתמש באנרגיה המשתחררת במהלך הפחתת החמצן ל מַיִם להזרים פרוטונים מהמטריקס המיטוכונדריאלי על פני הקרום המיטוכונדריה הפנימי לחלל הבין-ממברני. באמצעות הובלת פרוטון זה, אוקסידאז שומר על שיפוע הפרוטון הקיים בין החלל הבין-ממברני למטריקס. שיפוע הפרוטון האלקטרוכימי על פני הממברנות נקרא גם שיפוע ה- pH מכיוון שכמות הפרוטונים משקפת את ה- pH. זה מייצג א ריכוז שיפוע, היכן שנמצא המיטוכונדריה בתנאים רגילים, ה- H + ריכוז הוא גבוה במרחב הבין-קרמי של הממברנה - pH חומצי - ונמוך במטריקס - pH בסיסי. לפיכך, על פי חוקי התרמודינמיקה, קיים כוח מניע של פרוטונים במרחב הבין-ממברני לעבר המטריצה ​​של המיטוכונדריה. ציטוכרום c אוקסידאז מעביר את הפרוטונים כנגד a ריכוז שיפוע, כלומר מריכוז H + נמוך לגבוה. תהליך זה פעיל ויכול להתרחש רק עם אספקת אנרגיה. שיפוע H + בקרום המיטוכונדריה הפנימי חיוני מטבוליזם אנרגיה של כל האורגניזמים הידועים והוא תנאי הכרחי לסינתזת ATP. הסינתזה של ה- ATP - מורכב V של שרשרת הנשימה - אחראי על ייצור האנרגיה בצורה של ATP. כחלבון טרנסממברני, הוא יוצר מנהרה בין החלק הפנימי של המיטוכונדריה והמרווח שבין הקרום הפנימי לחיצוני. אנזים זה מנצל את האנרגיה הדרושה לייצור ATP מ- ADP ו- פוספט מ שיפוע הפרוטון. לפיכך, פרוטונים הנשאבים לחלל הבין-ממברני על ידי זרימת אוקסידאז "במורד" דרך מנהרת ה- ATP סינתאז לכיוון השיפוע במטריקס המיטוכונדריה. זרימת פרוטון זו מייצרת תנועה סיבובית במולקולת הסינתזה של ATP. באמצעות אנרגיה קינטית זו, העברת a פוספט שאריות ל- ADP מתרחשות, וכתוצאה מכך נוצרת ATP. ללא תחבורה פרוטונים פעילה (משאבת פרוטון) לחלל הבין-ממברני על ידי ציטוכרום c אוקסידאז, שיפוע הפרוטון יתמוטט, סינתז ATP כבר לא יוכל לייצר ATP והגוף התא היה "מורעב למוות" עקב תהליכים מטבוליים חסרים. בנוסף לחילוף החומרים באנרגיה התאית, ציטוכרום c אוקסידאז חיוני להיווצרות פוספוליפידים היוצרים את שכבת המיאלין של מעטפות המיאלין בתאי עצב - סיבי עצב. אנזימים אחרים התלויים ב- Cu ותפקידיהם.