Właściwości i funkcje hemocyjanów



The hemocyjaniny są białkami odpowiedzialnymi za transport tlenu w fazie ciekłej u bezkręgowców, które obejmują wyłącznie stawonogi i mięczaki. Hemocyjany w hemolimfie odgrywają rolę analogiczną do hemoglobiny we krwi u ptaków i ssaków. Jednak jego skuteczność jako transportera jest niższa.

Ponieważ hemocyjany są białkami, które wykorzystują miedź do wychwytywania tlenu zamiast żelaza, po utlenieniu przybierają niebieski kolor. Można powiedzieć, że zwierzęta, które go używają, są zwierzętami o niebieskiej krwi.

My, podobnie jak inne ssaki, jesteśmy zwierzętami krwistoczerwonymi. Aby wykonać tę funkcję, każda cząsteczka tej metaloproteiny wymaga dwóch atomów miedzi na każdy kompleks tlenu.

Inną różnicą między krwią niebieską i czerwoną krwią jest transport tlenu. W pierwszym z nich hemocyjanina jest bezpośrednio obecna w hemolimfie zwierzęcia. Z drugiej strony hemoglobina jest przenoszona przez wyspecjalizowane komórki zwane erytrocytami.

Niektóre z hemocyjanin należą do najlepiej znanych i najlepiej zbadanych białek. Prezentują szeroką różnorodność strukturalną i okazały się bardzo przydatne w szerokim zakresie zastosowań medycznych i terapeutycznych u ludzi.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 Funkcje
    • 2.1 Inne funkcje
  • 3 zastosowania
  • 4 odniesienia

Ogólna charakterystyka

Najlepiej scharakteryzowanymi hemocyjaninami są te, które zostały wyizolowane z mięczaków. Są to jedne z największych znanych białek o masach cząsteczkowych od 3,3 do 13,5 MDa.

Hemocyjany mięczaków są ogromnymi pustymi cylindrami multimerycznych glikoprotein, które jednak można znaleźć rozpuszczalne w hemolimfie zwierzęcia.

Jedną z przyczyn wysokiej rozpuszczalności jest fakt, że hemocyjaniny mają powierzchnię o bardzo wysokim ładunku ujemnym. Tworzą podjednostki dekamer lub multidekamer o pojemności od 330 do 550 kDa, które składają się z siedmiu paralogicznych jednostek funkcjonalnych.

Gen paralogiczny wynika z zdarzenia duplikacji genetycznej: białko paralogiczne powstaje z tłumaczenia genu paralogicznego. W zależności od organizacji ich domen funkcjonalnych, podjednostki te oddziałują ze sobą, tworząc dekamery, didecameros i tridecameros.

Z drugiej strony hemocyjanina stawonogów jest heksameryczna. W stanie natywnym można go znaleźć jako całkę wielokrotności heksamerów (od 2 x 6 do 8 x 6). Każda podjednostka waży od 70 do 75 kDa.

Inną wyjątkową cechą hemocyjanin jest to, że są strukturalnie i funkcjonalnie stabilne w dość szerokim zakresie temperatur (od -20 ° C do ponad 90 ° C).

W zależności od organizmu, hemocyjaniny mogą być syntetyzowane w wyspecjalizowanych narządach zwierzęcia. W skorupiakach to wątroba trzustkowa. W innych organizmach są one syntetyzowane w poszczególnych komórkach, takich jak cyjanocyty chelicerynian lub rogocyty mięczaków.

Funkcje

Najbardziej znaną funkcją hemocyjanin jest ich udział w metabolizmie energetycznym. Hemocyjanina umożliwia oddychanie tlenowe u znacznej większości bezkręgowców.

Najważniejszą reakcją bioenergetyczną u zwierząt jest oddychanie. Na poziomie komórkowym oddychanie umożliwia degradację cząsteczek cukru w ​​kontrolowany i sukcesywny sposób, na przykład w celu uzyskania energii.

Aby przeprowadzić ten proces, wymagany jest końcowy akceptor elektronów, który dla wszystkich celów jest, przez antonomia, tlenem. Białka odpowiedzialne za wychwytywanie i transport są zróżnicowane.

Wiele z nich wykorzystuje kompleks pierścieni organicznych, które kompleksują żelazo, aby móc oddziaływać z tlenem. Na przykład hemoglobina wykorzystuje porfirynę (grupa hemowa).

Inni używają metali takich jak miedź w tym samym celu. W tym przypadku metal tworzy tymczasowe kompleksy z resztami aminokwasowymi z miejsca aktywnego białka nośnikowego.

Chociaż wiele białek miedzi katalizuje reakcje utleniające, hemocyjany reagują odwrotnie z tlenem. Utlenianie jest weryfikowane w etapie, w którym miedź przechodzi ze stanu I (bezbarwny) do stanu II utlenionego (niebieski).

Transportuje on tlen w hemolimfie, w której stanowi 50 do ponad 90% całkowitego białka. Aby wziąć pod uwagę jego ważną rolę fizjologiczną, chociaż z niską wydajnością, hemocyjaninę można znaleźć w stężeniach nawet 100 mg / ml.

Inne funkcje

Dowody zgromadzone przez lata wskazują, że hemocyjany spełniają inne funkcje oprócz działania jako transportery tlenu. Hemocyjaniny uczestniczą zarówno w procesach homeostatycznych, jak i fizjologicznych. Obejmują one linienie, transport hormonów, osmoregulację i magazynowanie białek.

Z drugiej strony udowodniono, że hemocyjany odgrywają zasadniczą rolę we wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Peptydy hemocyjaninowe i pokrewne peptydy wykazują aktywność przeciwwirusową, jak również aktywność fenoloksydazy. Ta ostatnia aktywność, fenoloksydaza oddechowa, jest związana z procesami obronnymi przeciwko patogenom.

Hemocyjany działają również jako białka prekursorowe peptydów o aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej. Z drugiej strony stwierdzono, że niektóre hemocyjany mają niespecyficzną wewnętrzną aktywność przeciwwirusową.

Ta aktywność nie jest cytotoksyczna dla samego zwierzęcia. W walce z innymi patogenami hemocyjaniny mogą aglutynować w obecności np. Bakterii i zatrzymać infekcję.

Ważne jest również, aby pamiętać, że hemocyjaniny są zaangażowane w produkcję reaktywnych form tlenu (ROS). ROS są podstawowymi cząsteczkami w funkcjonowaniu układu odpornościowego, jak również w odpowiedziach na patogeny u wszystkich eukariontów.

Używa

Hemocyjaniny są silnymi immunostymulantami u ssaków. Z tego powodu zostały one użyte jako hipoalergiczne transportery cząsteczek, które same nie są w stanie obudzić odpowiedzi immunologicznej (hapteny).

Z drugiej strony zostały one również wykorzystane jako skuteczne transportery hormonów, leków, antybiotyków i toksyn. Zostały one również przetestowane jako potencjalne związki przeciwwirusowe i jako towarzysz w terapii chemicznej przeciwko rakowi.

Wreszcie istnieją dowody na to, że hemocyjaniny niektórych skorupiaków wykazują aktywność przeciwnowotworową w niektórych eksperymentalnych systemach zwierzęcych. Zabiegi dla nowotworów, które zostały przetestowane, obejmują pęcherz, jajniki, piersi itp..

Z strukturalnego i funkcjonalnego punktu widzenia hemocyjaniny mają swoje własne cechy, które czynią je idealnymi do rozwoju nowych nanomateriałów biologicznych. Zostały one wykorzystane na przykład w generowaniu bioczujników elektrochemicznych ze znacznym sukcesem.

Referencje

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Hemocyjanina Skorpiona: niebieska krew. DM Verlag Dr. Müller, Niemcy.
  2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Zróżnicowane funkcje immunologiczne hemocyjanin. Immunologia rozwojowa i porównawcza, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Hemocyjanina mięczaków: struktura, ewolucja i fizjologia. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biochemia: Reakcje chemiczne żywych komórek. Elsevier, NY, USA.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrochemiczna platforma biosensoryczna oparta na hemocyjaninie - [email protected] NP- hybrydowa hybrydowa folia nanokompozytowa. Analytical Methods, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N. T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Od oceanu do łóżka: potencjał terapeutyczny hemocyjanów mięczaków. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.