Vask: funktsioonid

Copper on paljude metalloproteiinide lahutamatu komponent ja on oluline nende ensüümi toimimiseks. Selle kaks oksüdatsiooniastet võimaldavad mikroelemendil osaleda elektrone ülekandvate ensüümide reaktsioonides. Metalloensüümide kaasfaktorina vask mängib elektronide vastuvõtja ja doonori rolli ning on seetõttu oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsesside jaoks väga oluline.Copper-sõltuv ensüümide kuuluvad enamasti oksüdaaside või hüdroksülaaside klassi, mis omakorda kuuluvad kõrge redokspotentsiaaliga oksüdoreduktaaside rühma. Oksidaasid on ensüümide mis kannavad substraadi oksüdeerumisel vabanenud elektrone üle hapnikHüdroksülaasid on ensüümide mis viivad hüdroksüülrühma (OH) molekuli oksüdatsioonireaktsiooni-keemilise reaktsiooni kaudu, milles oksüdeeritav aine annetab elektrone. Vaske sisaldavad oksüdoreduktaasid on järgmiste protsesside jaoks hädavajalikud.

• Rakuline energia metabolism ja rakulised hapnik vastavalt (hingamisahel).
• Detoksifitseerimine või vabade radikaalide neutraliseerimine
• Raua ainevahetus ja hemoglobiin süntees - punase moodustumine veri pigment (hemoglobiin) of erütrotsüüdid (punased verelibled) ja vereloome (vereliblede moodustumine vereloome tüvirakkudest ja nende küpsemine).
• Süntees sidekoe, pigment melaniini ja neuroaktiivne peptiid hormoonidNagu katehhoolamiinid ja enkefaliinid (endogeensed pentapeptiidid opioidpeptiidide klassist).
• Müeliini moodustumine - müeliin moodustab neuronites (närvikiududes) esinevad müeliinikatted, mis on mõeldud neuronite aksonite elektriliseks isoleerimiseks ja on ergastuse ülekandmiseks hädavajalikud.

Lisaks mõjutab vask mitmesuguseid transkriptsioonifaktoreid ja on seega integreeritud geen väljend.

Cu-sõltuvad metalloensüümid ja nende funktsioonid

Caeruloplasmin on üheahelaline alfa-2 globuliin, mille süsivesikute sisaldus on 7%. Üksik caeruloplasmiini molekul sisaldab kuut vase aatomit, mis esinevad peamiselt 2-valentsel kujul bioloogilistes süsteemides ja on ensüümi oksüdatiivse funktsiooni jaoks hädavajalikud pH vahemikus 5.4–5.9. Keeruloplasmiinil on mitu funktsiooni: seondumise ja transpordina valk sisaldab caeruloplasmiin 80–95% plasmavase ja jaotab seda vajadusel erinevatesse kudedesse ja organitesse. Lisaks tegeleb ta ka transpordiga raud (Fe) ja mangaan (Mn) veri plasma. Vaba vase sidumisel raud ja mangaan ioonid, väldib caeruloplasmin vabade radikaalide teket. Viimased kujutavad endast väga reaktiivset reaktsiooni hapnik molekulid või hapnikku sisaldavad orgaanilised ühendid, nagu superoksiid, hüperoksiid või hüdroksüül. Vabas vormis on nii vask, raud ja mangaan on väga agressiivsed elemendid, millel on prooksüdantne toime. Nad püüavad rüütata elektronid aatomist või molekulist, luues vabu radikaale, mis omakorda rüütavad elektrone ka teistest ainetest. Seega ahelreaktsioonis toimub organismis radikaalide pidev suurenemine - oksüdatiivne stress. Vabad radikaalid on võimelised muu hulgas kahjustama nukleiinhapped - DNA ja RNA - valgud, lipiidid ja rasvhapped, kollageen, elastiin samuti veri laevad. Cu, Fe jaMn seondumise tagajärjel hoiab caeruloplasmiin ära sellised oksüdatiivsed rakkude ja veresoonte kahjustused. Lisaks on caeruloplasmiinil ensümaatilised funktsioonid. See katalüüsib mitmeid oksüdatsioonireaktsioone ja on seega seotud raua ainevahetus. Caeruloplasmiini nimetatakse sel põhjusel ka feroksidaas I-ks. Selle peamine ülesanne on muuta mikroelement raud kahevalentsest (Fe2 +) kolmevalentseks (Fe3 +). Sel eesmärgil ensüümis sisalduv vask väljavõtted elektronid rauast ja aktsepteerivad neid, muutes seeläbi ise selle oksüdeerumisastet Cu2 + -lt Cu + -le. Rauda oksüdeerides võimaldab caeruloplasmiin Fe3 + seonduda plasmaga transferriin, transpordivalk, mis vastutab keha rakkudele raua tarnimise eest. Ainult FE kujultransferriin kas raud võib jõuda erütrotsüüdid (punased verelibled) või rakud - ja tehakse seal kättesaadavaks hemoglobiin süntees. Hemoglobiin on rauda sisaldav punane verepigment erütrotsüüdid (punased verelibled). Asjaolu, et raua transport keharakkudesse, eriti erütrotsüütidesse, on vasepuuduse tõttu häiritud, näitab caeruloplasmiini tähtsust ja selle funktsiooni. Lõpuks on raua ja vase metabolism tihedalt seotud. Lisaks rauale, Cu -kereroplasmiin oksüdeerib ka teisi substraate, näiteks p-fenüleendiamiini ja selle dimetüülderivaate. Superoksiiddismutaas (SOD) Superoksiiddismutaasi vorme on mitu. See võib olla vask-, tsink- ja sõltuvad mangaanist. Zn-SOD leidub eranditult rakkude tsütosoolis, Mn-SOD leidub mitokondridja Cu-SOD leidub enamiku keharakkude, sealhulgas erütrotsüütide, tsütosoolis, samuti vereplasmas. Ensüüm saab optimaalselt oma aktiivsust vastavas kambris arendada ainult siis, kui vask, tsink või mangaani leidub piisavas koguses. Superoksiiddismutaas on endogeense koostisosa oluline osa antioksüdant kaitsesüsteem. Vähendades vabu radikaale elektronide ülekande kaudu, toimib see radikaali püüdjana, takistades tundlike oksüdeerumist molekulid.SOD katalüüsib superoksiidradikaalide muundumist vesinik peroksiid ja hapnik. SOD-is sisalduv vask kannab elektronid superoksiidradikaalile. The vesinik peroksiidmolekul redutseeritakse seejärel väärtuseni vesi katalaasi või seleen- sõltuv glutatioonperoksidaas, muutes selle kahjutuks. Kui superoksiidradikaale ei detoksifitseerita, saavad nad seda teha viima lipiidide peroksüdatsiooni, membraani ja veresoonte kahjustuste ning seejärel radikaalsete haiguste - radikaalsete haiguste - nagu ateroskleroos (arterioskleroos, arterite kõvenemine), koronaar süda haigus (CHD), kasvajahaigused, diabeet suhkruhaigus ja neurodegeneratiivsed haigused nagu Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi. Tsütokroom c oksüdaas Tsütokroom c oksüdaas on transmembraanne valk somaatiliste rakkude sisemises mitokondriaalmembraanis. Ensüüm koosneb mitmest alaühikust, kusjuures heemrühm ja vase ioon moodustavad katalüütilise aktiivse koha. Rauda sisaldavad heemirühmad ja tsütokroom c oksüdaasi Cu ioonid on oksüdatsiooni ja redutseerimisreaktsioonide jaoks hädavajalikud. Vastavalt sellele on oksüdaasi funktsioon piiratud vase või rauapuudusMitokondriaalse ensüümi kompleksina esindab tsütokroom c oksüdaas hingamisahela olulist komponenti. Hingamisahel, mida nimetatakse ka oksüdatiivseks fosforüülimiseks, on glükolüüsi viimane etapp (glükoos lagunemine) ja seeläbi integreeritud energia metabolism. See koosneb järjestikuste oksüdeerimis- ja redutseerimisreaktsioonide ahelast, mille eesmärk on sünteesida ATP ADP-st - adenosiin difosfaat - ja fosfaat. ATP on glükolüüsi tegelik lõppsaadus ja annab energiat igasugustele rakulistele ainevahetusprotsessidele energiarikka difosfaatsideme kujul. Tsütokroom c oksüdaas paikneb IV kompleksina hingamisahela lõpus ja vastutab nii hapniku oksüdeerimine ja energia tootmine ATP kujul. Mõlemad reaktsioonietapid on ühendatud mehhanismiga, mis pole veel teada. Esimeses etapis võtab redoksaktiivse metalli keskus Cu tsütokroom c oksüdaasi II alaühik vastu tsütokroom c elektronid, mis olid eelnevalt tsütokroom c reduktaasi poolt elektronidega koormatud , hingamisteede ahela III kompleks. Lisaks eemaldab tsütokroom c oksüdaas prootonid (H +) mitokondrite maatriksist - mitokondri sisemusest. Oksüdaasi katalüütiliselt aktiivne keskus seob hapnikku, millele elektronid ja prootonid kanduvad. Seega vähendatakse hapnikku tasemeni vesi. Teises etapis kasutab tsütokroom c oksüdaas energiat, mis eraldub hapniku redutseerimisel vesi prootonite pumpamiseks mitokondrite maatriksist läbi sisemise mitokondriaalmembraani intermembraansesse ruumi. Selle prootonitranspordi kaudu hoiab oksüdaas prootonigradienti, mis eksisteerib membraanidevahelise ruumi ja maatriksi vahel. Membraanide elektrokeemilist prootonigradienti nimetatakse ka pH gradiendiks, kuna prootonite kogus peegeldab pH-d. See tähistab a kontsentratsioon gradient, kuhu sisse mitokondrid normaalsetes tingimustes H + kontsentratsioon on membraani interstitsiaalses ruumis kõrge - happeline pH - ja madal maatriksis - aluseline pH. Seega on termodünaamika seaduste kohaselt membraanidevahelises ruumis prootonite liikumapanev jõud mitokondri maatriksi suunas. Tsütokroom c oksüdaas transpordib prootoneid a vastu kontsentratsioon gradient, st madalast kuni kõrge H + kontsentratsioonini. See protsess on aktiivne ja saab toimuda ainult energiaga. H + gradient sisemise mitokondriaalmembraani juures on energia metabolism kõigist teadaolevatest organismidest ja on ATP sünteesi oluline eeltingimus. ATP süntaas - hingamisahela kompleks V - vastutab energia tootmise eest ATP kujul. Transmembraanse valguna moodustab see tunneli mitokondrion ning sisemise ja välimise membraani vaheline ruum. See ensüüm kasutab ADP-st ja ATP-st ATP tootmiseks vajalikku energiat fosfaat prootoni gradiendilt. Niisiis pumbati prootoneid intermembraansesse ruumi oksüdaasi voolu abil "allamäge" läbi ATP süntaasi tunneli mitokondriaalse maatriksi gradiendi suunas. See prootonivool tekitab ATP süntaasi molekulis pöörleva liikumise. Selle kineetilise energia abil toimub a fosfaat tekib ADP jääk, mille tulemuseks on ATP moodustumine. Ilma aktiivse prootonitranspordita (prootonpump) tsütokroom c oksüdaasi toimel intermembraansesse ruumi laguneb prootonigradient, ATP süntaas ei suuda enam ATP-d toota ja keha rakk "sureks nälga" puudulike ainevahetusprotsesside tõttu. Lisaks raku energia metabolismile on tsütokroom c oksüdaas hädavajalik selle moodustamiseks fosfolipiidid mis moodustavad müeliinikestade müeliinikihi neuronites - närvikiududes. Muud Cu-sõltuvad metalloensüümid ja nende funktsioonid.