Мед: Функции

Мед е неразделна съставка на редица металопротеини и е от съществено значение за тяхната ензимна функция. Като кофактор на металоензимите, мед играе ролята на приемник и донор на електрони и по този начин е от голямо значение за процесите на окисляване и редукция.Мед-зависим ензими най-вече принадлежат към класа на оксидазите или хидроксилазите, които от своя страна принадлежат към групата на оксидоредуктазите с висок редокс потенциал. Оксидазите са ензими които прехвърлят електроните, освободени по време на окисляването на субстрата към кислород. Хидроксилазите са ензими които въвеждат хидроксилна група (OH) в молекула чрез окислително-химична реакция, при която веществото, което трябва да се окисли, дарява електрони. Съдържащите мед оксидоредуктази са от съществено значение за следните процеси.

• Клетъчен енергиен метаболизъм и клетъчни кислород утилизация (респираторна верига), съответно.
• Детоксикация, съответно неутрализиране на свободните радикали
• Метаболизъм на желязото намлява хемоглобин синтез - образуване на червено кръв пигмент (хемоглобин) на еритроцити (червени кръвни клетки) и хематопоеза (образуване на кръвни клетки от хематопоетични стволови клетки и съответно тяхното съзряване).
• Синтез на съединителната тъкан, пигментът меланин и невроактивен пептид хормони, Като катехоламини и енкефалини (ендогенни пентапептиди от класа на опиоидните пептиди).
• Образуване на миелин - миелинът изгражда миелиновите обвивки в невроните (нервни влакна), които служат за електрическа изолация на аксоните на невроните и са от съществено значение за предаването на възбуждането

Освен това медта влияе на различни транскрипционни фактори и по този начин е интегрирана в регулирането на ген изразяване.

Cu-зависими металоензими и техните функции

Caeruloplasmin е едноверижен алфа-2 глобулин със съдържание на въглехидрати 7%. Единична молекула на церулоплазмин съдържа шест медни атома, които присъстват предимно в своята 2-валентна форма в биологичните системи и са от съществено значение за окислителната функция на ензима в диапазона на рН 5.4-5.9. протеин, церулоплазмин съдържа 80-95% от плазмената мед и я разпределя в различни тъкани и органи, ако е необходимо. Освен това той участва в транспорта на желязо (Fe) и манган (Mn) в кръв чрез свързване на свободна мед, желязо намлява манган йони, церулоплазмин предотвратява образуването на свободни радикали. Последните представляват силно реактивна кислород молекули или органични съединения, съдържащи кислород, като супероксид, хипероксид или хидроксил. В свободна форма, и двете медни, желязо намлява манган са много агресивни елементи, които имат прооксидантно действие. Те се стремят да грабват електрони от атом или молекула, създавайки свободни радикали, които от своя страна също грабват електрони от други вещества. По този начин при верижна реакция се наблюдава постоянно нарастване на радикалите в организма - окислителни стрес. Свободните радикали са в състояние, наред с други, нуклеинова киселина - ДНК и РНК -, протеини, липиди намлява мастни киселини, колаген, еластин, както и кръв съдове. В резултат на свързването на Cu, Fe и Mn, церулоплазминът предотвратява такива окислителни увреждания на клетките и съдовете. Той катализира множество реакции на окисление и по този начин участва метаболизма на желязото. По тази причина за церулоплазмин се говори също като за ферроксидаза I. Неговата основна задача е да преобразува микроелемента желязо от неговата двувалентна (Fe2 +) в неговата тривалентна форма (Fe3 +). За тази цел медта, съдържаща се в ензима екстракти електрони от желязото и ги приема, като по този начин сам променя степента на окисление от Cu2 + на Cu +. Чрез окисляване на желязото, церулоплазминът позволява Fe3 + да се свърже с плазмата трансферин, транспортен протеин, отговорен за доставката на желязо в клетките на тялото. Само под формата на Fe-трансферин може желязо да достигне еритроцити (червени кръвни клетки) или клетки - и да бъдат предоставени там за хемоглобин синтез. Хемоглобинът е железосъдържащият червен кръвен пигмент на еритроцити (червените кръвни клетки). Фактът, че транспортирането на желязо до клетките на тялото, особено до еритроцитите, е нарушено от дефицита на мед, показва значението на церулоплазмина и неговата функция. Накрая метаболизмът на желязото и медта е тясно свързан. В допълнение към желязото, Cu -каерулоплазмин също окислява други субстрати, като р-фенилендиамин и неговите диметилови производни. Супероксид дисмутаза (SOD) Има няколко форми на супероксид дисмутаза. Може да бъде мед-, цинк- и зависим от манган. Zn-SOD се намира изключително в цитозола на клетките, Mn-SOD се намира в митохондрии, а Cu-SOD се намира в цитозола на повечето телесни клетки, включително еритроцитите, както и в кръвната плазма. Ензимът може да развие своята активност оптимално в съответните отделения само ако медта, цинк или манган присъстват в достатъчни количества. Супероксиддисмутазата е съществен компонент на ендогенната антиоксидант система за защита. Чрез намаляване на свободните радикали чрез прехвърлянето на електрони, той действа като поглъщател на радикали, предотвратявайки окисляването на чувствителните молекули.SOD катализира превръщането на супероксидните радикали в водород пероксид и кислород. Медта, съдържаща се в SOD, прехвърля електрони към супероксидния радикал. The водород молекулата на пероксида впоследствие се редуцира до вода чрез каталаза или селен-зависима от глутатион пероксидаза, което я прави безвредна. Ако радикалите на супероксида не са детоксикирани, те могат олово до липидна пероксидация, мембранни и съдови увреждания и впоследствие до „радикални“ заболявания - радикални заболявания - като атеросклероза (артериосклероза, втвърдяване на артериите), коронарни сърце заболяване (ИБС), туморни заболявания, диабет мелитус и невродегенеративни заболявания като болест на Алцхаймер намлява болестта на Паркинсон. Цитохром с оксидаза Цитохром с оксидазата е трансмембранен протеин във вътрешната митохондриална мембрана на соматичните клетки. Ензимът се състои от няколко субединици, с хем група и меден йон, образуващи каталитично активното място. Съдържащите желязо хем групи и Cu йони на цитохром с оксидазата са от съществено значение за реакциите на окисление и редукция. Съответно функцията на оксидазата е ограничена в случаите на изразена мед или дефицит на желязоКато митохондриален ензимен комплекс, цитохром с оксидазата представлява съществен компонент на дихателната верига. Дихателната верига, наричана още окислително фосфорилиране, е последната стъпка на гликолиза (гликоза деградация) и по този начин се интегрира в енергиен метаболизъм. Състои се от верига от последователни реакции на окисление и редукция, които служат за синтезиране на АТФ от ADP - аденозин дифосфат - и фосфат. АТФ е действителният краен продукт на гликолизата и осигурява енергия за всички видове клетъчни метаболитни процеси под формата на богата на енергия дифосфатна връзка. Цитохром с оксидазата е разположена като комплекс IV в края на дихателната верига и е отговорна както за окисляване на кислород и производство на енергия под формата на АТФ. И двата етапа на реакция са свързани чрез механизъм, който все още не е известен. В първа стъпка, субединица II на цитохром с оксидазата, редокс-активният метален център Cu, приема електрони от цитохром с, който преди това е бил натоварен с електрони от цитохром с редуктаза , комплекс III на дихателната верига. В допълнение, цитохром с оксидазата премахва протони (H +) от митохондриалната матрица - вътрешността на митохондрия. Каталитично активният център на оксидазата свързва кислорода, върху който се прехвърлят електроните и протоните. По този начин кислородът се редуцира до водаВъв втори етап цитохром с оксидазата използва енергията, отделена по време на редукцията на кислорода до вода за изпомпване на протони от митохондриалната матрица през вътрешната митохондриална мембрана в междумембранното пространство. Чрез този протонен транспорт оксидазата поддържа протонния градиент, който съществува между междумембранното пространство и матрицата. Електрохимичният протонен градиент през мембраните се нарича още градиент на рН, тъй като количеството протони отразява рН. Той представлява a концентрация градиент, където в митохондрии при нормални условия H + концентрация е високо в мембранното интерстициално пространство - киселинно рН - и ниско в матрицата - основно рН. По този начин, съгласно законите на термодинамиката, има движеща сила на протоните в междумембранното пространство към матрицата на митохондрията. Цитохром с оксидазата транспортира протоните срещу a концентрация градиент, т.е. от ниска до висока концентрация на H +. Този процес е активен и може да се осъществи само с подаване на енергия. Градиентът H + във вътрешната митохондриална мембрана е от съществено значение за енергиен метаболизъм на всички известни организми и е съществена предпоставка за синтеза на АТФ. АТФ-синтазата - комплекс V на дихателната верига - отговаря за производството на енергия под формата на АТФ. Като трансмембранен протеин, той образува тунел между вътрешността на митохондрията и пространството между вътрешната и външната мембрана. Този ензим използва енергията, необходима за производството на АТФ от ADP и фосфат от протонния градиент. По този начин протоните, изпомпвани в междумембранното пространство чрез оксидаза, текат „надолу“ през тунела на АТФ синтазата към градиента в митохондриалната матрица. Този протонен поток генерира въртеливо движение в молекулата на АТФ синтазата. Посредством тази кинетична енергия трансферът на a фосфат се появява остатък към ADP, което води до образуването на ATP. Без активния протонен транспорт (протонната помпа) в межмембранното пространство чрез цитохром c оксидаза, протонният градиент ще се срути, ATP синтазата вече няма да може да произвежда ATP и тялото клетката би "умряла от глад" поради дефицитните метаболитни процеси. В допълнение към клетъчния енергиен метаболизъм, цитохром с оксидазата е от съществено значение за образуването на фосфолипиди които образуват миелиновия слой на миелиновите обвивки в неврони - нервни влакна.Други Cu-зависими металоензими и техните функции.