Cuivre: Fonctions

Cuivre fait partie intégrante d'un certain nombre de métalloprotéines et est essentiel à leur fonction enzymatique.Ses deux états d'oxydation permettent à l'oligo-élément de participer aux réactions enzymatiques de transfert d'électrons. En tant que cofacteur des métalloenzymes, cuivre joue le rôle de récepteur et de donneur d'électrons et est donc d'une grande importance pour les processus d'oxydation et de réduction.Cuivre-dépendant enzymes appartiennent pour la plupart à la classe des oxydases ou hydroxylases, qui à leur tour appartiennent au groupe des oxydoréductases à fort potentiel redox. Les oxydases sont enzymes qui transfèrent les électrons libérés lors de l'oxydation d'un substrat vers oxygèneLes hydroxylases sont enzymes qui introduisent un groupe hydroxyle (OH) dans une molécule via une réaction d'oxydation-réaction chimique dans laquelle une substance à oxyder donne des électrons. Les oxydoréductases contenant du cuivre sont essentielles pour les processus suivants.

  • Cellulaire le métabolisme énergétique Et cellulaire oxygène utilisation (chaîne respiratoire), respectivement.
  • Détoxification ou neutralisation des radicaux libres
  • Métabolisme du fer et un hémoglobine synthèse - formation de rouge sang pigment (hémoglobine) de érythrocytes (globules rouges) et l'hématopoïèse (formation de cellules sanguines à partir de cellules souches hématopoïétiques et leur maturation, respectivement).
  • Synthèse de tissu conjonctif, le pigment mélanine et peptide neuroactif hormones tels que catécholamines et les enképhalines (pentapeptides endogènes de la classe des peptides opioïdes).
  • Formation de myéline - la myéline constitue les gaines de myéline dans les neurones (fibres nerveuses), qui servent à isoler électriquement les axones des neurones et sont essentielles à la transmission de l'excitation

De plus, le cuivre affecte divers facteurs de transcription et est ainsi intégré dans la régulation de gène expression.

Métalloenzymes dépendantes du Cu et leurs fonctions

Caeruloplasmin La caeruloplasmine est une alpha-2 globuline monocaténaire avec une teneur en glucides de 7%. Une seule molécule de caéruloplasmine contient six atomes de cuivre, qui sont principalement présents sous leur forme 2-valent dans les systèmes biologiques et sont essentiels pour la fonction oxydative de l'enzyme dans la gamme de pH 5.4-5.9. protéine, la caéruloplasmine contient 80 à 95% de cuivre plasmatique et le distribue à divers tissus et organes selon les besoins. De plus, il est impliqué dans le transport de fer (Fe) et manganèse (Mn) dans le sang plasma.En liant le cuivre libre, fer et un manganèse ions, la caéruloplasmine empêche la formation de radicaux libres. Ces derniers représentent des oxygène molécules ou des composés organiques contenant de l'oxygène, tels que le superoxyde, l'hyperoxyde ou l'hydroxyle. Sous forme libre, à la fois en cuivre, fer et un manganèse sont des éléments très agressifs qui ont un effet prooxydant. Ils s'efforcent d'arracher les électrons d'un atome ou d'une molécule, créant des radicaux libres, qui à leur tour arrachent également des électrons à d'autres substances. Ainsi, dans une réaction en chaîne, il y a une augmentation constante des radicaux dans le corps - oxydant stress. Les radicaux libres peuvent endommager, entre autres, acides nucléiques - ADN et ARN -, protéines, lipides et un Les acides gras, Collagène, élastine ainsi que sang bateaux. En raison de la liaison de Cu, Fe et Mn, la caéruloplasmine empêche ces lésions oxydatives et vasculaires. De plus, la caéruloplasmine présente des fonctions enzymatiques. Il catalyse de multiples réactions d'oxydation et est ainsi impliqué dans métabolisme du fer. La caeruloplasmine est également appelée ferroxidase I pour cette raison. Sa tâche essentielle est de convertir l'oligo-élément fer de sa forme bivalente (Fe2 +) à sa forme trivalente (Fe3 +). A cet effet, le cuivre contenu dans l'enzyme extraits électrons du fer et les accepte, changeant ainsi lui-même son état d'oxydation de Cu2 + à Cu + .En oxydant le fer, la caeruloplasmine permet au Fe3 + de se lier au plasma transferrine, une protéine de transport chargée de fournir du fer aux cellules de l'organisme. Uniquement sous forme de Fe-transferrine le fer peut-il atteindre le érythrocytes (globules rouges) ou des cellules - et y être mis à disposition pour hémoglobine la synthèse. L'hémoglobine est le pigment sanguin rouge contenant du fer érythrocytes (globules rouges) .Le fait que le transport du fer vers les cellules de l'organisme, en particulier vers les érythrocytes, soit altéré par une carence en cuivre montre l'importance de la caéruloplasmine et sa fonction.Enfin, le métabolisme du fer et du cuivre est étroitement lié.En plus du fer, le Cu -caeruloplasmine oxyde également d'autres substrats, tels que la p-phénylènediamine et ses dérivés diméthyliques. Superoxyde dismutase (SOD) Il existe plusieurs formes de superoxyde dismutase. Cela peut être du cuivre, zinc- et dépendant du manganèse. Le Zn-SOD se trouve exclusivement dans le cytosol des cellules, le Mn-SOD se trouve dans mitochondrieset Cu-SOD se trouve dans le cytosol de la plupart des cellules du corps, y compris les érythrocytes, ainsi que dans le plasma sanguin. L'enzyme ne peut développer son activité de manière optimale dans les compartiments correspondants que si le cuivre, zinc ou le manganèse sont présents en quantité suffisante. La superoxyde dismutase est un composant essentiel de la des propriétés antioxydantes Système de protection. En réduisant les radicaux libres par le transfert d'électrons, il agit comme un piégeur de radicaux, empêchant l'oxydation des molécules.SOD catalyse la conversion des radicaux superoxyde en Hydrogénation peroxyde et oxygène. Le cuivre contenu dans la SOD transfère les électrons au radical superoxyde. le Hydrogénation la molécule de peroxyde est ensuite réduite à d'eau par catalase ou sélénium-dépendante de la glutathion peroxydase, la rendant inoffensive. Si les radicaux superoxydes ne sont pas détoxifiés, ils peuvent conduire à la peroxydation lipidique, aux lésions membranaires et vasculaires, puis aux maladies «radicalaires» - maladies radicalaires - telles que l'athérosclérose (artériosclérose, durcissement des artères), coronaire Cœur maladie (CHD), maladies tumorales, diabète mellitus et les maladies neurodégénératives telles que La maladie d'Alzheimer et un Maladie de Parkinson. Cytochrome c oxydase La cytochrome c oxydase est une protéine transmembranaire de la membrane mitochondriale interne des cellules somatiques. L'enzyme se compose de plusieurs sous-unités, avec un groupe hème et un ion cuivre formant le site catalytique actif. Les groupes hème contenant du fer et les ions Cu de la cytochrome c oxydase sont essentiels pour les réactions d'oxydation et de réduction. En conséquence, la fonction de l'oxydase est limitée dans les cas de cuivre ou de carence en ferEn tant que complexe enzymatique mitochondrial, la cytochrome c oxydase représente un composant essentiel de la chaîne respiratoire. La chaîne respiratoire, également appelée phosphorylation oxydative, est la dernière étape de la glycolyse (glucose dégradation) et donc intégré dans le métabolisme énergétique. Il consiste en une chaîne de réactions d'oxydation et de réduction successives qui servent à synthétiser l'ATP à partir de l'ADP - adénosine diphosphate - et phosphate. L'ATP est le produit final réel de la glycolyse et fournit de l'énergie à toutes sortes de processus métaboliques cellulaires sous la forme d'une liaison diphosphate riche en énergie. oxydation de l'oxygène et production d'énergie sous forme d'ATP. Les deux étapes de réaction sont couplées via un mécanisme qui n'est pas encore connu.Dans un premier temps, la sous-unité II de la cytochrome c oxydase, le centre métallique redox-actif Cu, accepte les électrons du cytochrome c, qui était auparavant chargé d'électrons par la cytochrome c réductase , complexe III de la chaîne respiratoire. De plus, la cytochrome c oxydase élimine les protons (H +) de la matrice mitochondriale - l'intérieur d'une mitochondrie. Le centre catalytiquement actif de l'oxydase se lie à l'oxygène, sur lequel les électrons et les protons sont transférés. L'oxygène est ainsi réduit à d'eauDans un second temps, la cytochrome c oxydase utilise l'énergie libérée lors de la réduction de l'oxygène pour d'eau pour pomper les protons de la matrice mitochondriale à travers la membrane mitochondriale interne dans l'espace intermembranaire. Grâce à ce transport de protons, l'oxydase maintient le gradient de protons qui existe entre l'espace intermembranaire et la matrice. Le gradient de protons électrochimique à travers les membranes est également appelé gradient de pH car la quantité de protons reflète le pH. Il représente un concentration dégradé, où mitochondries dans des conditions normales, le H + concentration est élevée dans l'espace interstitiel de la membrane - pH acide - et faible dans la matrice - pH basique. Ainsi, selon les lois de la thermodynamique, il existe une force motrice des protons dans l'espace intermembranaire vers la matrice de la mitochondrie. La cytochrome c oxydase transporte les protons contre un concentration gradient, c'est-à-dire de faible à haute concentration H + Ce processus est actif et ne peut avoir lieu qu'avec l'apport d'énergie.Le gradient H + au niveau de la membrane mitochondriale interne est essentiel pour la le métabolisme énergétique de tous les organismes connus et est un préalable indispensable à la synthèse de l'ATP.L'ATP synthase - complexe V de la chaîne respiratoire - est responsable de la production d'énergie sous forme d'ATP.En tant que protéine transmembranaire, elle forme un tunnel entre l'intérieur de la mitochondrie et l'espace entre la membrane interne et externe. Cette enzyme utilise l'énergie nécessaire à la production d'ATP à partir d'ADP et phosphate du gradient de protons. Ainsi, les protons pompés dans l'espace intermembranaire par l'oxydase s'écoulent «en descente» à travers le tunnel de l'ATP synthase vers le gradient dans la matrice mitochondriale. Ce flux de protons génère un mouvement de rotation dans la molécule d'ATP synthase. Au moyen de cette énergie cinétique, le transfert d'un phosphate sans le transport actif de protons (pompe à protons) dans l'espace intermembranaire par le cytochrome c oxydase, le gradient de protons s'effondrerait, l'ATP synthase ne serait plus capable de produire de l'ATP et le corps la cellule «mourrait de faim» en raison des processus métaboliques déficients. En plus du métabolisme énergétique cellulaire, la cytochrome c oxydase est essentielle à la formation de Phospholipides qui forment la couche de myéline des gaines de myéline dans les neurones - fibres nerveuses. D'autres métalloenzymes dépendant du Cu et leurs fonctions.

Enzyme Localisation Fonction
Ferroxydase II Plasma Oxydation de Fe2 + en Fe3 +.
Dopamine ß-hydroxylase Médullosurrénalienne, système nerveux central Synthèse de catécholamines, telles que la dopamine, l'épinéphrine et la noradrénaline Hydroxylation de la tyrosine en L-dopa, le précurseur du neurotransmetteur dopamine, qui à son tour peut être convertie en épinéphrine et en noradrénaline Effet antioxydant - neutralisation des radicaux libres
Tyrosinase Peau, moelle rénale et autres tissus Oxydation de la tyrosine pour former de la mélanine dans les mélanocytes, ce qui provoque la pigmentation des yeux, des cheveux et de la peau Hydroxylation de la tyrosine en L-dopa, le précurseur du neurotransmetteur dopamine, qui à son tour peut être converti en adrénaline et en noradrénaline
Lysyl oxydase Cartilage, os, peau et autres tissus Tissu conjonctif et formation osseuse lysine et hydrolysine Réticulation de l'élastine et Collagène microfibrilles - formation de tissus conjonctifs solides et également élastiques, en particulier le sang bateaux et de la Cœur.
Thiol oxydase Épithélium, cornée (partie antérieure de la peau externe de l'œil) et autres tissus Formation de ponts disulfure, par exemple dans la kératine - protéine structurelle responsable de la stabilité et de la forme des cellules
Uratoxydase - uricase Foie, rate et reins Dégradation de l'acide urique en allantoïne, produit final de la dégradation des bases puriques
Aminoxydase Les mitochondries Oxydation des amines primaires, telles que l'histamine, la tyramine, la dopamine, la sérotonine et la putrescine, en aldéhydes
Monoamine oxydase Système nerveux central et autres tissus de la périphérie du corps Métabolisme des neurotransmetteurs épinéphrine, noradrénaline et dopamine Désamination des catécholamines, y compris la dégradation du neurotransmetteur sérotonine - c'est la base de l'utilisation des inhibiteurs de la MAO comme antidépresseurs