Multi-Kupfer-Oxidase-Familien

Multikupfer-Oxidasen umfassen Ascorbatoxidase, Laccase, Plasma-Ceruloplasmin und andere Typen. Sie sind eine sehr wichtige Klasse von Metalloxidasen in Pflanzen und spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen physiologischen Prozessen der Pflanzen. Multikupfer-Oxidasen umfassen Ceruloplasmin, Laccase, Ascorbatoxidase und Nitritreduktase.

Abbildung 1. Kristallstrukturen der E. coli Laccase CueO unter verschiedenen Kupfer-Bindungssituationen.

1. Ceruloplasmin

Ceruloplasmin ist ein kupferhaltiges α2-Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von etwa 120.000 bis 160.000, das schwer zu reinigen ist. Es handelt sich um ein Einzelketten-Polypeptid, das 6-7 Kupferatome pro Molekül enthält. Es ist aufgrund des Kupfers blau und enthält etwa 10 % Zucker. Die terminale Sialinsäure ist an die Polypeptidkette gebunden und weist genetischen Polymorphismus auf. Seine Funktion besteht darin, die Verteilung von Kupfer in verschiedenen Körperbereichen zu regulieren, kupferhaltige Enzymproteine zu synthetisieren, es wirkt als Antioxidans und besitzt Oxidaseaktivität sowie die Fähigkeit, die Oxidation von Polyphenolen und Polyaminsubstraten zu katalysieren. Es wird allgemein angenommen, dass Ceruloplasmin in der Leber synthetisiert wird, ein Teil davon wird über die Gallenwege ausgeschieden, und der Uringehalt ist sehr gering. Die Bestimmung von Aeruginin hat eine gewisse Bedeutung für die Diagnose bestimmter Leber-, Gallenblasen-, Nieren- und anderer Erkrankungen.

Funktionen

Die Ergebnisse einer weiteren Studie in den letzten Jahren deuten darauf hin, dass CERs als Antioxidantien wirken. Die antioxidative Aktivität von CER im Blutkreislauf kann die Bildung von Lipidperoxiden und freien Radikalen in Geweben verhindern, was insbesondere bei Entzündungen von großer Bedeutung ist. CER ist auch ein Akute-Phase-Protein. Das Plasma-CER steigt bei Infektionen, Traumata und Tumoren an. Seine besondere Wirkung besteht darin, die Diagnose der Wilson-Krankheit zu unterstützen, d. h. der Plasma-CER-Gehalt des Patienten ist deutlich reduziert und der dialysierbare Kupfergehalt im Plasma erhöht. Die meisten Patienten können Leberschäden mit neurologischen Symptomen aufweisen. Unbehandelt ist die Krankheit fortschreitend und tödlich, daher sollte sie rechtzeitig diagnostiziert und mit dem Kupferchelator Penicillamin behandelt werden. Das Plasma-CER neigt auch dazu, bei Mangelernährung, schwerer Lebererkrankung und nephrotischem Syndrom zu sinken. Bei Frauen steigt der Gehalt während der Schwangerschaft und bei Einnahme oraler Kontrazeptiva deutlich an.

2. Laccase

Laccase ist eine Polyphenoloxidase, die vier Kupferionen enthält. Sie gehört zu den Kupferblau-Oxidasen und liegt als Monomer-Glykoprotein vor. Laccase kommt in Pilzen, Bakterien und Pflanzen vor und kann auch in der Luft überleben. Das einzige Produkt nach der Reaktion ist Wasser, daher ist sie im Wesentlichen ein umweltfreundliches Enzym. Die einzigartigen katalytischen Eigenschaften der Laccase machen sie in der biologischen Detektion weit verbreitet, und als effizienter Biodetektor wird sie zu einem effektiven Werkzeug und Mittel für die Analyse von Komponenten wie Substraten, Coenzymen und Inhibitoren. Da das Umweltbewusstsein in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen hat, ist Laccase in den Fokus vieler Wissenschaftler gerückt. Laccase ist ein Kupferprotein, blau, mit einem Molekulargewicht von etwa 120.000 und enthält 4 Kupferatome, das durch CN- gehemmt werden kann. Laccase kann Polyphenole oxidieren, die Methoxy-Substitution von Phenol und Diamin fördern und fast alle Substrate mit ähnlicher Struktur wie p-Polyphenol oxidieren. Darüber hinaus können einige pilzliche Laccasen auch Monophenole wie Kresol und Ascorbinsäure oxidieren.

Abbildung 2. L-Ascorbatoxidase.

3. Ascorbatoxidase

Ascorbatoxidase ist ein kupferhaltiges Enzym, das sich im Zytoplasma befindet oder mit der Zellwand verbunden ist und mit anderen Redoxreaktionen gekoppelt als terminale Oxidase wirkt. Sie kann die Oxidation von Ascorbinsäure katalysieren und hat eine anti-aging Wirkung. Sie spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. Unter der Katalyse dieses Enzyms kann molekularer Sauerstoff Ascorbinsäure zu Dehydroascorbinsäure oxidieren, die im Zytosol und in der Zellwand vorkommt, und das Enzym enthält Kupfer.

4. Nitritreduktase

Nitritreduktasen (NiRs) sind eine Klasse von Enzymen, die die Reduktion von Nitrit katalysieren. Die meisten Nitritreduktasen sind intrazelluläre Enzyme, die Nitrit in der Zelle effektiv abbauen können. Dieses Enzym ist eine Oxidoreduktase. Der katalytische Reaktionsprozess erfordert die Beteiligung von Elektronendonoren und -überträgern, und die Reaktion benötigt Sauerstoffbedingungen. Nitritreduktase ist weit verbreitet in Mikroorganismen und Pflanzen und ist ein Schlüsselenzym im Stickstoffkreislauf der Natur. Sie kann Nitrit zu NO oder NH3 abbauen, wodurch die Anreicherung von Nitritstickstoff in der Umwelt verringert und die durch Nitrit verursachten toxischen Effekte auf Organismen reduziert werden.

Abbildung 3. Proteinstruktur von Nitritreduktasen.

Referenz

1. Bento I.; et al. Dioxygen-Reduktion durch Multikupfer-Oxidasen; eine strukturelle Perspektive. Dalton Transactions. 2005, (21): 3507-13.