De hæmocyaniner er proteiner, der er ansvarlige for oxygen transport i den flydende fase i hvirvelløse dyr indbefatter udelukkende, leddyr og bløddyr. Hemocyaniner i hæmolymf udfylder en rolle, der er analog med hæmoglobin i blod hos fugle og pattedyr. Imidlertid er dens effektivitet som transportør lavere.
Da hæmocyaniner er proteiner, der bruger kobber i stedet for jern til at fange ilt, bliver de blå, når de oxideres. Det kan siges, at dyrene, der bruger det, er blåblodige dyr.
Hemocyaninmolekyle.
Vi, som andre pattedyr, er tværtimod rødblodige dyr. For at udføre denne funktion kræver hvert molekyle i dette metalloprotein to kobberatomer for hvert komplekst ilt.
En anden forskel mellem blåblodede og rødblodige dyr er den måde, de transporterer ilt på. I førstnævnte er hæmocyanin direkte til stede i dyrets hemolymfe. Derimod bæres hæmoglobin af specialiserede celler kaldet erythrocytter.
Nogle af hæmocyaninerne er blandt de bedst kendte og bedst studerede proteiner. De har en bred strukturel mangfoldighed og har vist sig at være meget nyttige i en lang række medicinske og terapeutiske anvendelser hos mennesker.
Generelle karakteristika
De bedst karakteriserede hæmocyaniner er dem, der er blevet isoleret fra bløddyr. Disse er blandt de største kendte proteiner med molekylmasser i området fra 3,3 til 13,5 MDa.
Bløddyrhemocyaniner er enorme hule støbninger af multimere glycoproteiner, som imidlertid kan findes opløselige i dyrets hemolymfe.
En af grundene til deres høje opløselighed er, at hæmocyaniner har en overflade med en meget høj negativ ladning. De danner decamer- eller multidecamer-underenheder på mellem 330 og 550 kDa, omfattende ca. syv paralogiske funktionelle enheder.
Et paralogue-gen er et, der stammer fra en genetisk duplikationsbegivenhed: et paralogue-protein opstår fra oversættelsen af et paralogue-gen. Afhængigt af organiseringen af deres funktionelle domæner interagerer disse underenheder med hinanden for at danne decamerer, didecamerer og tridecamers.
Derimod er leddyrhemocyanin hexamer. I sin oprindelige tilstand kan det findes som et heltal af multiplader af hexamerer (fra 2 x 6 til 8 x 6). Hver underenhed vejer mellem 70 og 75 kDa.
Et andet fremragende træk ved hæmocyaniner er, at de er strukturelt og funktionelt stabile over et ret bredt temperaturområde (fra -20 ºC til mere end 90 ºC).
Afhængigt af organismen kan hæmocyaniner syntetiseres i dyrets specialiserede organer. Hos krebsdyr er det hepatopancreas. I andre organismer syntetiseres de især celler, såsom cyanocytter af chelicerater eller rogocytter af bløddyr.
Funktioner
Den mest kendte funktion af hæmocyaniner har at gøre med deres deltagelse i energimetabolisme. Hemocyanin muliggør aerob respiration i et betydeligt flertal af hvirvelløse dyr.
Den vigtigste bioenergetiske reaktion hos dyr er respiration. På det cellulære niveau tillader respiration den kontrollerede og successive nedbrydning af sukkermolekyler, for eksempel at opnå energi.
For at udføre denne proces kræves en endelig elektronacceptor, der til enhver henseende er par excellence, ilt. De proteiner, der er ansvarlige for dens indfangning og transport, er forskellige.
Mange af dem bruger et kompleks af organiske ringe, der komplekserer jern for at interagere med ilt. Hemoglobin bruger for eksempel en porphyrin (hemmegruppe).
Andre bruger metaller såsom kobber til samme formål. I dette tilfælde danner metallet midlertidige komplekser med aminosyrerester på det aktive sted i bærerproteinet.
Selvom mange kobberproteiner katalyserer oxidative reaktioner, reagerer hæmocyaniner reversibelt med ilt. Oxidationen finder sted i et trin, hvor kobberet går fra tilstand I (farveløs) til tilstand II oxideret (blåt).
Det bærer ilt i hæmolymfen, hvori det repræsenterer 50 til mere end 90% af det totale protein. For at redegøre for dens vigtige fysiologiske rolle, skønt med lav effektivitet kan hæmocyanin findes i koncentrationer helt op til 100 mg / ml.
Andre funktioner
Bevis akkumuleret gennem årene indikerer, at hæmocyaniner tjener andre funktioner bortset fra at fungere som ilttransportører. Hemocyaniner deltager i både homeostatiske og fysiologiske processer. Disse inkluderer molting, hormontransport, osmoregulering og proteinlagring.
På den anden side er det bevist, at hæmocyaniner spiller en grundlæggende rolle i det medfødte immunrespons. Hemocyaninpeptider og beslægtede peptider viser antiviral aktivitet såvel som phenoloxidaseaktivitet. Denne sidste aktivitet, respiratorisk phenoloxidase, er relateret til forsvarsprocesser mod patogener.
Hemocyaniner fungerer også som peptidforløberproteiner med antimikrobiel og antifung aktivitet. På den anden side er det bevist, at nogle hæmocyaniner har ikke-specifik intrinsisk antiviral aktivitet.
Denne aktivitet er ikke cytotoksisk for selve dyret. I kampen mod andre patogener kan hæmocyaniner agglutinere i nærværelse af for eksempel bakterier og stoppe infektionen.
Det er også vigtigt at bemærke, at hæmocyaniner deltager i produktionen af reaktive iltarter (ROS). ROS er grundlæggende molekyler i immunsystemets funktion såvel som i reaktionerne på patogener i alle eukaryoter.
Applikationer
Hemocyaniner er stærke immunostimulanter hos pattedyr. Af denne grund er de blevet brugt som hypoallergeniske transportører af molekyler, som ikke er i stand til at vække et immunrespons af sig selv (haptens).
På den anden side er de også blevet brugt som effektive transportører af hormoner, medikamenter, antibiotika og toksiner. De er også testet som potentielle antivirale forbindelser og som ledsagere i kemiske behandlinger mod kræft.
Endelig er der bevis for, at hæmocyaniner fra visse krebsdyr har antitumoraktivitet i nogle forsøgsdyrsystemer. Cancerbehandlinger, der er testet, inkluderer blære, æggestokke, bryst osv.
Fra et strukturelt og funktionelt synspunkt har hæmocyaniner deres egne karakteristika, der gør dem ideelle til udvikling af nye biologiske nanomaterialer. De er fx blevet anvendt til generering af elektrokemiske biosensorer med betydelig succes.
Referencer
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Det blå blod. DM Verlag Dr. Müller, Tyskland.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Forskellige immunfunktioner af hæmocyaniner. Udviklings- og sammenligningsimmunologi, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktur, evolution og fysiologi. Biofysiske anmeldelser, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biokemi: De kemiske reaktioner fra levende celler. Elsevier, NY, USA.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokemisk biosenseringsplatform baseret på en hemocyanin– NP - carbon black hybrid nano -kompositfilm. Analytiske metoder, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Fra hav til seng: det terapeutiske potentiale for bløddyrshæmocyaniner. Aktuel medicinsk kemi, 25: 2292-2303.