在生物学中,众所周知,每个活生物都是由编码各种蛋白质分子的遗传物质或DNA触发的,而遗传分子或DNA则执行所有必需的生物学功能,似乎不需要其他任何物质来维持生物的生命。
但是,当出现问题时,我们正努力寻找答案,合成复杂分子或例如维持复杂生物的体温所需的能量来自何处以及如何来自何处。众所周知,人体需要氧气来产生能量,但是所有生物都需要微量元素铜作为安全消耗氧气的催化剂这一事实鲜为人知。
金属旋转晶体学研究小组负责人Peep Palumaa教授说:“科学家,更具体地说是生物化学家,已经很长时间了解铜在人体中的重要性,但即使他们也不知道例如铜是如何从人体中产生的。我们将食物运往正确的目的地,例如各种铜酶。”
该途径并不安全,因为如果铜离子(作为有效的催化剂)不受控制,则在超氧化物和过氧化氢等氧衍生物的存在下会引发危险的自由基副反应,从而导致氧化应激和相关疾病(令人恐惧的例子包括动脉粥样硬化,各种形式的癌症和神经退行性疾病,包括阿尔茨海默氏病,帕金森氏病等。氧化应激也会导致机体加速衰老。
血液是体内传输铜离子的重要环境。血液的主要功能是将各种分子和离子从消化道转运到组织。当过量的物质积聚在组织中会对人体产生毒性时,血液中就会发生逆过程。据推测,有许多转运蛋白可以转运血液中的铜,但到目前为止,有关真正转运蛋白及其铜结合亲和力的数据一直存在争议。
TalTech化学与生物技术学系金属代谢组学研究小组的科学家与瑞典制药公司Wilson Therapeutics AB合作研究了在血液中运输铜离子的蛋白质和配体及其结合亲和力。为此,研究小组开发了一种新颖的,基于液相色谱和ICP MS(痕量元素分析技术)的方法。研究表明,铜离子主要仅与血液中的两种蛋白质结合-铜蓝蛋白约75%与铜离子非常牢固,几乎不可逆地结合,而血清白蛋白约25%与血清白蛋白结合,后者以皮摩尔亲和力结合铜离子。除蛋白质外,一小部分铜离子还与血液中的组氨酸和其他游离氨基酸结合。
“研究结果可用于各种应用。首先,它们有助于了解人体中的正常铜代谢,这具有直接的诊断价值。其次,这些结果也有助于识别人体中铜代谢的障碍。后者的发生除了一些特定的诊断,还可以监测用于治疗上述疾病的铜代谢正常化药物的效果,例如威尔逊和门克斯病以及最常见的神经退行性疾病-阿尔茨海默氏病通过血液中的铜平衡来实现,” Palumaa教授说。