Общая характеристика. Биологическая роль в организме человека
Медь (Cu) является важнейшим микроэлементом для организма человека и животных. В организме постоянно происходит изменение соотношения между медью (Cu 1+) и медными формами (Cu 2+), хотя большая часть меди в организме находится в форме Сu 2+. Способность меди легко принимать и отдавать электроны объясняет ее важную роль в окислительно-восстановительных (редокс) реакциях и защите организма от свободных радикалов [1]. Считается, что уже Гиппократ в 400 г. до н.э. прописывал соединения меди для лечения заболеваний [2], при этом ученые в настоящее время получают новую информацию относительно функций меди в организме человека [3]. Количество данного элемента в организме взрослого человека составляет от 50 до 120 мг.
Медь является незаменимым компонентом нескольких важных ферментов, известных как купроэнзимы [4].
Энергетическая роль. Медь-зависимый фермент цитохром-с-оксидаза (цитохромоксидаза) играет важную роль в производстве клеточной энергии. Путем катализа восстановления молекулярного кислорода (O2) в воду (H2O) цитохром-с-оксидаза генерирует электрический градиент, используемый митохондриями, для создания энергетических молекул АТФ [5].
Формирование соединительной ткани
Лизилоксидаза (купроэнзим) необходим для сшивки коллагена и эластина, которые участвуют в формировании сильной и гибкой соединительной ткани. Действие лизилоксидазы помогает поддерживать целостность соединительной ткани в сердце и кровеносных сосудах, а также играет важную роль в формировании костной ткани. Возможно, при дефиците меди снижается прочность плодной оболочки на разрыв, что повышает риск преждевременных родов [2].
Метаболизм железа
Четыре медьсодержащих фермента ферроксидазы окисляют двухвалентное железо (Fe 2+) в трехвалентное железо (Fe 3+). Трехвалентное железо присоединяется к белку трансферрину для переноса в места формирования красных кровяных клеток. Циркулирующий в плазме церулоплазмин (около 90% плазменной меди), связанный с мембраной церулоплазмин (так называемый GPI-церулоплазмин), и два белка под названием гефестин и циклопен, расположенные в кишечнике и плаценте соответственно [6].
Интересно, что мыши, которые не экспрессируют церулоплазмин (ЦП-/-), имеют нормальный метаболизм меди при аномальном скоплении железа в печени [7, 8]. Аналогичным образом у лиц, лишенных церулоплазмина, происходит перегрузка железом в отдельных тканях, в том числе печени, головном мозге и сетчатке [9]. Это подтверждает мысль о том, что ферроксидазная активность церулоплазмина имеет большое значение для транспортировки железа в организме. Кроме того, тот факт, что мобилизация железа из мест хранения нарушается при дефиците меди, подтверждает роль МCО в метаболизме железа [10].
Центральная нервная система
Купроэнзимы регулируют ряд реакций, необходимых для нормального функционирования мозга и нервной системы.
Синтез нейротрансмиттеров
Допамин β-гидроксилаза катализирует превращение дофамина в нейротрансмиттер норэпинефрин [11].
СИНТЕЗ миелина
Синтез фосфолипидов миелиновой оболочки зависит от активности цитохром-с-оксидазы [2].
Формирование меланина
Купроэнзим и тирозиназа необходимы для формирования пигмента меланина. Меланин образуется в клетках-меланоцитах и играет роль в пигментации волос, кожи и глаз [2].
Антиоксидантные функции
Супероксиддисмутаза
Супероксиддисмутазы (СОД) функционируют в качестве антиоксидантов и катализируют превращение супероксидных радикалов (свободных радикалов — ROS) в перекись водорода, которая впоследствии может быть превращена в воду другими антиокислительными ферментами [12]. Две формы СОД содержат медь: (1) медь/цинк СОД находится в большинстве клеток организма, в том числе эритроцитах; и (2) внеклеточная СОД-медь находится в значительном количестве в легких и в небольшом количестве (достаточно низкий уровень) в плазме [2].
Церулоплазмин
Церулоплазмин может функционировать в качестве антиоксиданта двумя различными путями. Свободная медь и ионы железа катализируют окислительное повреждение. При связывании меди церулоплазмин предотвращает катализ свободными ионами меди окислительного стресса. Ферроксидазная активность церулоплазмина (окисление двухвалентного железа) облегчает перемещение железа на его транспортный белок, трансферрин, что может предотвратить участие свободных ионов двухвалентного железа (Fe2+) в реакциях, генерирующих оксидативное повреждение [12].
Регуляция экспрессии генов
Клеточный уровень меди может повлиять на синтез белков путем повышения или ингибирования транскрипции специфических генов. Медь может регулировать экспрессию генов путем повышения уровня внутриклеточного оксидативного стресса. Пути передачи внутриклеточных сигналов активируются в ответ на окислительный стресс, что может привести к увеличению экспрессии генов, участвующих в детоксикации активных форм кислорода [13].
Пищевые взаимодействия
Железо. Адекватный пищевой статус меди необходим для нормального обмена железа и образования эритроцитов. Анемия является клиническим признаком дефицита меди и железа. Было установлено, что железо накапливается в печени у медь-дефицитных животных, что указывает на важную роль меди (посредством церулоплазмина) в транспорте железа в костный мозг для формирования эритроцитов [2]. Дефицит меди может привести ко вторичной недостаточности церулоплазмина и перегрузке железом печени и/или к циррозу печени [10].
Дополнительный прием меди per os восстанавливает нормальный уровень церулоплазмина и плазменную ферроксидазную активность, что исправляет нарушенный обмен железа при дефиците меди [14]. Кроме того, у младенцев при потреблении диеты с высоким содержанием
железа абсорбция меди намного меньше, чем меди у детей, при питании с низким содержанием железа; предполагается, что высокое потребление железа может вмешиваться во всасывание меди у младенцев [15].