Koper is belangrijk voor veel processen in ons lichaam. Het ondersteunt de aanmaak van rode bloedcellen, metabolisme, en de vorming van bindweefsel en botten, onder andere. Van koper is ook bekend dat het een rol speelt bij ziekten zoals kanker, diabetes en de ziekte van Alzheimer. Helaas, wat die rol precies inhoudt, weten we nog niet. Onderzoekers van de TU Delft en de Poolse Academie van Wetenschappen hebben nu een nieuw puzzelstukje ontdekt. Om zijn werk te kunnen doen, koper bindt aan verschillende soorten eiwitten in de cel. En hoewel de complexen die daarbij ontstaan ​​op zich niet schadelijk zijn, tijdelijke 'tussenvormen' lijken te ontstaan ​​tijdens het binden, wat kan leiden tot schade aan de cel. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Angewandte Chemie .

Een gemiddelde persoon neemt elke dag ongeveer 2 tot 5 milligram koper binnen. Het is gevonden, bijvoorbeeld, in vlees, vis en noten. Het lichaam absorbeert ongeveer een derde van die paar milligram koper, en de rest wordt uitgescheiden.

In het lichaam, koper kan alleen voorkomen als twee ionen:koper 1+ en koper 2+. Koper 1+ is schadelijk voor cellen. "Het kan reageren met zuurstof, vorming van zogenaamde reactieve zuurstofsoorten, ", zegt onderzoeksleider Peter-Leon Hagedoorn van de TU Delft. "Dit zijn instabiele moleculen die zeer schadelijk zijn voor de cel." Het andere ion, koper 2+, gaat geen schadelijke reacties aan met zuurstof, maar bindt aan verschillende soorten eiwitten. De resulterende complexen, eiwitten die een kleine hoeveelheid koper bevatten, belangrijke cellulaire taken uitvoeren. Echter, koper 2+ kan reageren met andere stoffen in de cel, het creëren van de gevaarlijke koper 1+.

Bevroren bord

op zichzelf, dan, koper 2+ is niet bijzonder schadelijk voor cellen. Zodra het een eiwit heeft gebonden, het is stabiel en vormt geen bedreiging. Hoe dan ook, in aanwezigheid van eiwitcomplexen waaraan koper 2+ zich heeft gebonden, reactieve zuurstofsoorten lijken zich te vormen, zoals onderzoekers weten uit andere onderzoeken. Tot nu, het is onduidelijk hoe dit mogelijk is. "In mijn groep we zijn erg geïnteresseerd in metalen in eiwitten, ", zegt Hagedoorn. "We wilden precies weten hoe reactieve zuurstofsoorten in de cel worden gevormd in aanwezigheid van deze stabiele complexen met koper 2+."

De onderzoekers richtten zich op het moment dat koper 2+ zich bindt aan een klein stukje eiwit. "Zo'n stukje eiwit noemen we een motief, en het motief waaraan koper bindt, bestaat uit slechts drie aminozuren, " legt Hagedoorn uit. "In ons lab, we zijn in staat om koper 2+ snel te mengen met deze eiwitmotieven. Vervolgens bevriezen we de monsters op verschillende tijdstippen door ze razendsnel tegen een koude plaat te schieten. Met behulp van elektronen paramagnetische resonantie, we konden zien hoe de complexen in de loop van de tijd veranderden. Met behulp van deze techniek, het is mogelijk om de magnetische eigenschappen van ongepaarde elektronen in de koperionen te meten, zodat je direct merkt wanneer er iets verandert in de chemische omgeving van het ion."

Stap voor stap

Uit het onderzoek bleek dat koper zich niet meteen aan een eiwit hecht, maar dat het stap voor stap bindt - of liever, aminozuur voor aminozuur. "In dit proces, tijdelijke tussenvormen ontstaan, waarvan het bestaan ​​ons voorheen onbekend was, ", zegt Hagedoorn. Die tussenvormen overleven niet lang:slechts ongeveer een tiende van een seconde. Daarna het koper is volledig aan het motief gebonden en het complex is stabiel. Maar in de korte tijd dat ze bestaan, de nieuw ontdekte tussenvormen kunnen reageren met zuurstof. En dat kan leiden tot de reactieve zuurstofsoorten, die zo schadelijk zijn voor de cel en die we in het dagelijks leven bestrijden met antioxidanten. De onderzoekers vermoeden ook dat de tussenvormen een rol spelen bij andere kopergerelateerde processen, zoals het transport van koper door het celmembraan.

De resultaten vergroten het fundamentele begrip van het gedrag van koper in de cel. Mogelijk spelen de nieuw ontdekte tussenvormen en de reacties die ze veroorzaken een rol bij het ontstaan ​​van ziekten. Maar of dit ook echt het geval is, staat nog niet vast. Hagedoorn zegt, "We weten nu dat deze reactieve tussenvormen bestaan. Precies wat ze in de cel doen, en of ze inderdaad, aan de basis van bepaalde ziekten moet verder worden onderzocht."