Multi-Copper-Oxidase-Familien

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

Abbildung 1. Kristallstrukturen von E. coli Laccase CueO unter verschiedenen Kupferbindungsbedingungen.

1. Ceruloplasmin

Ceruloplasmin ist ein kupferhaltiges α2-Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von etwa 120.000 bis 160.000, das schwer zu reinigen ist. Es ist ein einzelsträngiges Polypeptid, das 6-7 Kupferatome pro Molekül enthält. Es ist aufgrund von Kupfer blau und enthält etwa 10% Zucker. Die terminale Sialinsäure ist an die Polypeptidkette gebunden und weist genetische Polymorphismen auf. Seine Rolle besteht darin, die Verteilung von Kupfer in verschiedenen Teilen des Körpers zu regulieren, kupferhaltige Enzymproteine zu synthetisieren, es hat die Rolle von Antioxidantien, hat oxidase Aktivität und die Fähigkeit, die Oxidation von Polyphenolen und Polyamin-Substraten zu katalysieren. Es wird allgemein angenommen, dass Ceruloplasmin in der Leber synthetisiert wird, von der ein Teil über den Gallengang ausgeschieden wird, und der Urinanteil sehr gering ist. Die Bestimmung von Aeruginin hat eine gewisse Bedeutung für die Diagnose bestimmter Leber-, Gallenblasen-, Nieren- und anderer Krankheiten.

Funktionen

Die Ergebnisse einer anderen 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 Akutphasenreaktionsprotein. Plasma-CER steigt während Infektionen, Traumata und Tumoren an. Seine besondere Wirkung besteht darin, die Diagnose der Wilson-Krankheit zu unterstützen, das heißt, der Plasma-CER-Gehalt des Patienten ist signifikant reduziert, und der Plasma-dialysierbare Kupfergehalt ist erhöht. Die meisten Patienten können Leberschäden mit neurologischen Symptomen aufweisen. Wenn die Krankheit unbehandelt bleibt, ist sie progressiv und tödlich, daher sollte sie umgehend diagnostiziert und mit dem Kupferchelator-Penicillamin behandelt werden. Plasma-CER neigt auch dazu, während Unterernährung, schwerer Lebererkrankung und nephrotischem Syndrom zu sinken. Der Gehalt bei Frauen steigt während der Schwangerschaft und bei der Einnahme von Antibabypillen signifikant an.

2. Laccase

Laccase ist eine Polyphenoloxidase, die vier Kupferionen enthält. Sie gehört zur Kupferblau-Oxidase und existiert als Monomer-Glykoprotein. 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 es im Wesentlichen ein umweltfreundliches Enzym. Die einzigartigen katalytischen Eigenschaften der Laccase machen sie weit verbreitet in der biologischen Detektion, und als effizienter Biodetektor wird sie zu einem effektiven Werkzeug und Mittel für die Analyse von Komponenten wie Substraten, Coenzymen und Inhibitoren. Da das Bewusstsein für den Umweltschutz in den letzten Jahren allmählich gewachsen ist, ist Laccase in den letzten Jahren zum Forschungsobjekt vieler Wissenschaftler geworden. Laccase ist ein Kupferprotein, blau, mit einem Molekulargewicht von etwa 120.000 und enthält 4 atomare Kupfer, die durch CN- gehemmt werden können. Laccase kann Polyphenole oxidieren, die Methoxy-Substitution von Phenol und Diamin fördern und fast alle Substrate mit ähnlicher Struktur von 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 ist, um die Rolle der terminalen Oxidase zu spielen. Es kann die Oxidation von Ascorbinsäure katalysieren und hat anti-aging Effekte. Es spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von Substanzen. Unter der Katalyse dieses Enzyms kann molekularer Sauerstoff Ascorbinsäure zu Dehydroascorbinsäure oxidieren, die im Zytosol und in der Zellwand existiert, 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 ein Oxidoreduktase. Der katalytische Reaktionsprozess erfordert die Teilnahme von Elektronendonoren und -übertragern, und die Reaktion benötigt unter Sauerstoffbedingungen. Nitritreduktase ist weit verbreitet in Mikroorganismen und Pflanzen und ist ein Schlüsselenzym im Stickstoffkreislauf der Natur. Es kann Nitrit zu NO oder NH3 abbauen, wodurch die Ansammlung von Nitritstickstoff in der Umwelt verringert und die toxischen Auswirkungen von Nitrit auf Organismen reduziert werden.

Abbildung 3. Proteinstruktur der Nitritreduktasen.

Referenz

1. Bento I.; et al. Dioxygen reduction by multi-copper oxidases; a structural perspective. Dalton Transactions. 2005, (21): 3507-13.