Hemocyanins egenskaper og funksjoner



den nøkkelhull proteiner er ansvarlige for transport av oksygen i væskefase hos hvirvelløse dyr som inkluderer utelukkende leddyr og bløtdyr. Hemocyaniner i hemolymf spiller en rolle som er analog med blodhemoglobin hos fugler og pattedyr. Men effektiviteten som transportør er lavere.

Siden hemocyaniner er proteiner som bruker kobber til å fange oksygen istedenfor jern, tar de en blå farge når de oksideres. Det kan sies at dyrene som bruker det, er blå bloddyr.

Vi, som andre pattedyr, er tvert imot rødblodige dyr. For å utføre denne funksjonen krever hvert molekyl av dette metalloproteinet to kobberatomer for hver oksygenkompleksdannet.

En annen forskjell mellom blått blod og røde bloddyr er hvordan du transporterer oksygen. I det førstnevnte er hemocyanin direkte til stede i dyrets hemolymfe. Hemoglobin, derimot, bæres av spesialiserte celler kalt erytrocytter.

Noen av hemocyaninene er blant de mest kjente og best studerte proteiner. De presenterer et bredt strukturelt mangfold og har vist seg å være svært nyttige i et bredt spekter av medisinske og terapeutiske applikasjoner hos mennesker.

index

  • 1 Generelle egenskaper
  • 2 funksjoner
    • 2.1 Andre funksjoner
  • 3 bruksområder
  • 4 referanser

Generelle egenskaper

De best karakteriserte hemocyaniner er de som er blitt isolert fra bløtdyr. Disse er blant de største proteiner som er kjent, med molekylmasser mellom 3,3 og 13,5 MDa.

Mollusk-hemocyaniner er store hule sylindere av multimeriske glykoproteiner, som imidlertid kan oppløses i hemolymf av dyret.

En av årsakene til dens høye løselighet er at hemocyaniner har en overflate med en svært høy negativ ladning. De danner underenheter av dekamerere eller multidecameros mellom 330 og 550 kDa, som omfatter syv paralogiske funksjonelle enheter.

Et paralogisk gen er en som oppstår fra et tilfelle av genetisk duplisering: et paralogisk protein oppstår ved oversettelsen av et paralogisk gen. Avhengig av organisasjonen av deres funksjonelle domener, interagerer disse underenhetene med hverandre for å danne dekamerere, didecameros og tridecameros.

Hemocyaninen av leddyr, derimot, er heksamerisk. I sin opprinnelige tilstand kan den bli funnet som en integrert del av hexamerer (fra 2 x 6 opp til 8 x 6). Hver underenhet veier mellom 70 og 75 kDa.

En annen fremragende egenskap for hemocyaniner er at de er strukturelt og funksjonelt stabile over et ganske bredt temperaturområde (fra -20ºC til over 90ºC).

Avhengig av organismen kan hemocyaniner syntetiseres i spesialiserte organer av dyret. I krepsdyr er det hepatopankreas. I andre organismer syntetiseres de spesielt i celler som cyanocytter av chelicerater eller rokocytter av bløtdyr.

funksjoner

Den mest kjente funksjonen av hemocyaniner har å gjøre med deres deltakelse i energi metabolisme. Hemocyanin gjør aerob åndedrett mulig i et betydelig antall hvirvelløse dyr.

Den viktigste bioenergetiske reaksjonen hos dyr puster. På cellulær nivå tillater respirasjon å nedbryte sukkermolekyler på en kontrollert og påfølgende måte, for eksempel for å oppnå energi.

For å utføre denne prosessen er det nødvendig med en endelig akseptor av elektroner, som for alle formål er av antonomasia, oksygen. Proteinene som er ansvarlige for fangst og transport er varierte.

Mange av dem bruker et kompleks av organiske ringer som komplekser jern for å kunne kommunisere med oksygen. Hemoglobin bruker for eksempel en porfyrin (heme gruppe).

Andre bruker metaller som kobber til samme formål. I dette tilfellet danner metallet midlertidige komplekser med aminosyrerester fra det aktive sted av bærerproteinet.

Selv om mange kobberproteiner katalyserer oksidative reaksjoner, reagerer hemocyaniner med oksygen reversibelt. Oksidasjon er verifisert i et trinn hvor kobber går fra tilstand I (fargeløs) til tilstand II oksidert (blå).

Det transporterer oksygen i hemolymfen, hvor den representerer 50 til mer enn 90% av det totale proteinet. Å regne for sin viktige fysiologiske rolle, men med lav effektivitet, kan hemocyanin bli funnet i konsentrasjoner så høye som 100 mg / ml.

Andre funksjoner

Bevis som er akkumulert gjennom årene indikerer at hemocyaniner oppfyller andre funksjoner, bortsett fra at de fungerer som oksygentransportører. Hemocyaniner deltar i både homeostatiske og fysiologiske prosesser. Disse inkluderer smelting, transport av hormoner, osmoregulering og lagring av proteiner.

Det har imidlertid vist seg at hemocyaniner spiller en grunnleggende rolle i den medfødte immunresponsen. Hemocyaninpeptidene, og beslektede peptider, viser antiviral aktivitet, så vel som fenoloksidaseaktivitet. Denne siste aktiviteten, respiratorisk fenoloksidase, er relatert til forsvarsprosesser mot patogener.

Hemocyaniner fungerer også som peptidprekursorproteiner med antimikrobiell og antifungal aktivitet. Det har derimot blitt funnet at noen hemocyaniner har ikke-spesifikk inneboende antiviral aktivitet.

Denne aktiviteten er ikke cytotoksisk for selve dyret. I kampen mot andre patogener kan hemocyaniner agglutinere i nærvær av for eksempel bakterier og stoppe infeksjonen.

Det er også viktig å merke seg at hemocyaniner er involvert i produksjon av reaktive oksygenarter (ROS). ROS er grunnleggende molekyler i immunsystemets funksjon, så vel som i responsene på patogener i alle eukaryoter.

søknader

Hemocyaniner er sterke immunostimulerende midler i pattedyr. Av denne grunn har de blitt brukt som hypoallergeniske transportører av molekyler som ikke er i stand til å våkne opp en immunrespons av seg selv (haptener).

På den annen side har de også blitt brukt som effektive transportører av hormoner, stoffer, antibiotika og toksiner. De har også blitt testet som potensielle antivirale forbindelser og som følgesvenner i kjemiske terapier mot kreft.

Til slutt er det tegn på at hemocyaniner av visse krepsdyr utviser antitumoraktivitet i noen eksperimentelle dyreanlegg. Behandlinger for kreft som er testet inkluderer blære, eggstokk, bryst, etc..

Fra strukturell og funksjonell synspunkt har hemocyaniner sine egne egenskaper som gjør dem ideelle for utvikling av nye biologiske nanomaterialer. De har f.eks. Vært brukt i generering av elektrokjemiske biosensorer med betydelig suksess.

referanser

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpionhemocyanin: Det blå blodet. DM Verlag Dr. Müller, Tyskland.
  2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Diverse immunfunksjoner av hemocyaniner. Utviklings- og sammenligningsimmunologi, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluskanhemocyanin: struktur, evolusjon og fysiologi. Biofysiske vurderinger, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biokjemi: De kjemiske reaksjonene til levende celler. Elsevier, NY, USA.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokjemisk biosensing plattform basert på en hemocyanin- karbon svart hybrid nano-komposittfilm. Analytiske metoder, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N. T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Fra havet til sengetid: det terapeutiske potensialet for bløtduskanske hemocyaniner. Nåværende medisinsk kjemi, 25: 2292-2303.