Koppar är viktigt för många processer i vår kropp. Det stöder produktionen av röda blodkroppar, ämnesomsättning, och bildandet av bindväv och ben, bland annat. Koppar är också känt för att spela en roll i sjukdomar som cancer, diabetes och Alzheimers sjukdom. Tyvärr, vi vet ännu inte exakt vad den rollen innebär. Forskare från Delfts tekniska universitet och den polska vetenskapsakademin har nu upptäckt en ny pusselbit. För att kunna utföra sitt arbete, koppar binder till olika typer av proteiner i cellen. Och även om komplexen som bildas i denna process i sig inte är skadliga, tillfälliga "mellanformer" verkar uppstå under bindningen, vilket kan leda till skada på cellen. Resultaten av forskningen har publicerats i Angewandte Chemie .

En genomsnittlig person får i sig cirka 2 till 5 milligram koppar varje dag. Det är hittat, till exempel, i kött, fisk och nötter. Kroppen absorberar ungefär en tredjedel av dessa få milligram koppar, och resten utsöndras.

I kroppen, koppar kan bara förekomma som två joner:koppar 1+ och koppar 2+. Koppar 1+ är skadligt för celler. "Det kan reagera med syre, bildar så kallade reaktiva syreämnen, " säger forskningsledare Peter-Leon Hagedoorn vid Delfts tekniska universitet. "Dessa är instabila molekyler som är mycket skadliga för cellen." Den andra jonen, koppar 2+, inte kommer in i skadliga reaktioner med syre, men binder till olika typer av proteiner. De resulterande komplexen, proteiner som innehåller en liten mängd koppar, utföra viktiga cellulära uppgifter. Dock, koppar 2+ kan reagera med andra ämnen i cellen, skapar den farliga kopparn 1+.

Fryst tallrik

I sig själv, sedan, koppar 2+ är inte särskilt skadligt för celler. När det har bundit ett protein, den är stabil och utgör inget hot. Ändå, i närvaro av proteinkomplex till vilka koppar 2+ har bundit sig, reaktiva syrearter verkar bildas, som forskare känner till från andra studier. Tills nu, det har varit oklart hur detta är möjligt. "I min grupp, vi är mycket intresserade av metaller i proteiner, ", säger Hagedoorn. "Vi ville ta reda på exakt hur reaktiva syreämnen bildas i cellen i närvaro av dessa stabila komplex som innehåller koppar 2+."

Forskarna fokuserade på det ögonblick då koppar 2+ binder till en liten bit protein. "Vi kallar en sådan bit av protein för ett motiv, och motivet som koppar binder till består av endast tre aminosyror, " förklarar Hagedoorn. "I vårt labb, vi kan snabbt blanda koppar 2+ med dessa proteinmotiv. Vi fryser sedan in proverna vid olika tidpunkter genom att blixtsnabbt skjuta dem mot en kall platta. Med hjälp av elektronparamagnetisk resonans, vi kunde se hur komplexen förändrades över tiden. Genom att använda denna teknik, det är möjligt att mäta de magnetiska egenskaperna hos oparade elektroner i kopparjonerna, så att du omedelbart upptäcker när något förändras i jonens kemiska miljö."

Steg för steg

Forskningen visade att koppar inte fäster till ett protein på en gång, men att det binder steg för steg – eller snarare, aminosyra för aminosyra. "I denna process, tillfälliga mellanformer skapas, vars existens tidigare var okänd för oss, " säger Hagedoorn. De mellanformerna överlever inte länge:bara ungefär en tiondels sekund. Efter det, kopparn är helt bunden till motivet och komplexet är stabilt. Men under den korta tid som de finns, de nyupptäckta mellanformerna kan reagera med syre. Och det kan leda till de reaktiva syreämnena, som är så skadliga för cellen och som vi bekämpar med antioxidanter i vardagen. Forskarna misstänker också att mellanformerna spelar en roll i andra kopparrelaterade processer, såsom transport av koppar över cellmembranet.

Resultaten ökar den grundläggande förståelsen för koppars beteende i cellen. Det är möjligt att de nyupptäckta mellanformerna och de reaktioner de orsakar spelar en roll för utvecklingen av sjukdomar. Men om så verkligen är fallet är ännu inte bestämt. Hagedoorn säger, "Vi vet nu att dessa reaktiva mellanformer existerar. Exakt vad de gör i cellen, och om de är, verkligen, roten till vissa sjukdomar måste utredas vidare."