国自然热点—铜代谢

生物科研实验室

铜作为催化辅因子参与许多生物反应，在生物体中起着至关重要的作用。 铜离子可以在Cu＋和Cu2+之间转换，一些关键的蛋白或者酶也利用铜的高度氧化还原活性完成各自的生理功能，例如超氧化物歧化酶、细胞色素ｃ氧化酶（COX）和赖氨酰氧化酶。 游离铜具有毒性，会破坏细胞膜、蛋白质和核酸。因此，细胞中精细的铜转运蛋白网络至关重要，通过将铜转运到靶向铜依赖蛋白上，调节其稳态以避免不必要的反应。
Cu是怎么进入细胞发挥功能的呢？
第一步，细胞表面还原与吸附     Cu2+首先通过膜结合的金属还原酶（如 STEAP 家族蛋白）还原为 Cu⁺，同时被细胞表面的糖胺聚糖或膜蛋白（如二价金属转运体 DMT1）吸附，形成膜表面 Cu⁺富集微环境。
  第二步，高亲和力摄取     由高亲和力铜转运蛋白1（CTR1，也称SLC31A1）介导摄取以特异性吸收Cu+。
  第三步，细胞内稳态调控     进入循环的 Cu⁺通过两种途径实现稳态平衡： 1、储存途径：与金属硫蛋白（MTs）的半胱氨酸残基结合，形成复合物； 2、运输途径：与铜伴侣蛋白（如 CCS、ATOX1）结合，通过高尔基体分选系统传递至铜蓝蛋白（CP）、超氧化物歧化酶（SOD1）等靶蛋白，或分泌至胞外与转铜蛋白结合，经血液运输至肝、脑、肠等靶器官。
  第四步，细胞器靶向递送     Cu⁺通过特定载体蛋白实现亚细胞定位： 1、线粒体：由 COX17 蛋白介导，参与细胞色素 c 氧化酶组装； 2、内质网：通过 ATP7A/B 转运体调控铜依赖性酶（如赖氨酰氧化酶）的成熟； 3、溶酶体：通过 ATP7B 蛋白维持铜离子浓度梯度，参与铁代谢调控。