De hemocyaniner är proteiner som är ansvariga för syretransport i den vätskefas i ryggradslösa djur innefattar, exklusivt, artropoder och mollusker. Hemocyaniner i hemolymf fyller en roll som är analog med den för hemoglobin i blod hos fåglar och däggdjur. Emellertid är dess effektivitet som transportör lägre.
Eftersom hemocyaniner är proteiner som använder koppar istället för järn för att fånga syre, blir de blå när de oxideras. Det kan sägas att djuren som använder det är blåblodiga djur.
Hemocyaninmolekyl.
Vi, som andra däggdjur, är tvärtom rödblodiga djur. För att utföra denna funktion kräver varje molekyl i detta metalloprotein två kopparatomer för varje komplex syre.
En annan skillnad mellan blåblodiga och rödblodiga djur är hur de transporterar syre. I det förra är hemocyanin direkt närvarande i djurets hemolymf. Hemoglobin, däremot, bärs av specialiserade celler som kallas erytrocyter.
Vissa av hemocyaninerna är bland de mest kända och bäst studerade proteinerna. De har en stor strukturell mångfald och har visat sig vara mycket användbara i en mängd medicinska och terapeutiska tillämpningar hos människor.
Generella egenskaper
De bäst karakteriserade hemocyaninerna är de som har isolerats från blötdjur. Dessa är bland de största kända proteinerna, med molekylmassor som sträcker sig från 3,3 till 13,5 MDa.
Blötdjur hemocyaniner är enorma ihåliga avgjutningar av multimera glykoproteiner som emellertid kan vara lösliga i djurets hemolymf.
Ett av orsakerna till deras höga löslighet är att hemocyaniner har en yta med en mycket hög negativ laddning. De bildar decamer- eller multidecamer-subenheter på mellan 330 och 550 kDa, innefattande cirka sju paralogiska funktionella enheter.
En paralogue-gen är en som härrör från en genetisk dupliceringshändelse: ett paralogue-protein uppstår från översättningen av en paralogue-gen. Beroende på organisationen av deras funktionella domäner interagerar dessa underenheter med varandra för att bilda dekameror, didekameror och tridekameror.
Artropod hemocyanin är däremot hexamer. I sitt ursprungliga tillstånd kan det hittas som ett heltal av multiplar av hexamerer (från 2 x 6 till 8 x 6). Varje underenhet väger mellan 70 och 75 kDa.
Ett annat enastående kännetecken för hemocyaniner är att de är strukturellt och funktionellt stabila över ett ganska brett temperaturområde (från -20 ° C till mer än 90 ° C).
Beroende på organismen kan hemocyaniner syntetiseras i djurets specialiserade organ. Hos kräftdjur är det hepatopankreas. I andra organismer syntetiseras de i synnerhet celler såsom cyanocyter av chelicerater eller rogocyter av blötdjur.
Funktioner
Hemocyanins mest kända funktion har att göra med deras deltagande i energimetabolism. Hemocyanin möjliggör aerob andning i en betydande majoritet av ryggradslösa djur.
Den viktigaste bioenergiska reaktionen hos djur är andning. På cellnivå tillåter andning den kontrollerade och successiva nedbrytningen av sockermolekyler, till exempel, att erhålla energi.
För att genomföra denna process krävs en slutlig elektronacceptor, som för alla syften är par excellence, syre. Proteinerna som är ansvariga för dess fångst och transport är olika.
Många av dem använder ett komplex av organiska ringar som komplexer järn för att interagera med syre. Hemoglobin använder till exempel en porfyrin (hemgrupp).
Andra använder metaller som koppar för samma ändamål. I detta fall bildar metallen temporära komplex med aminosyrarester på det aktiva stället för bärarproteinet.
Även om många kopparproteiner katalyserar oxidativa reaktioner, reagerar hemocyaniner reversibelt med syre. Oxidationen äger rum i ett steg där kopparen går från tillstånd I (färglöst) till tillstånd II oxiderat (blått).
Den bär syre i hemolymfen, i vilken den representerar 50 till mer än 90% av det totala proteinet. För att redogöra för dess viktiga fysiologiska roll, men med låg effektivitet, kan hemocyanin hittas i koncentrationer så höga som 100 mg / ml.
Andra funktioner
Bevis som samlats under åren tyder på att hemocyaniner tjänar andra funktioner förutom att fungera som syretransportörer. Hemocyaniner deltar i både homeostatiska och fysiologiska processer. Dessa inkluderar smältning, hormontransport, osmoregulering och proteinlagring.
Å andra sidan har det bevisats att hemocyaniner spelar en grundläggande roll i det medfödda immunsvaret. Hemocyaninpeptider och relaterade peptider visar antiviral aktivitet såväl som fenoloxidasaktivitet. Denna sista aktivitet, respiratorisk fenoloxidas, är relaterad till försvarsprocesser mot patogener.
Hemocyaniner fungerar också som peptidprekursorproteiner med antimikrobiell och svampdödande aktivitet. Å andra sidan har det visat sig att vissa hemocyaniner har icke-specifik inneboende antiviral aktivitet.
Denna aktivitet är inte cytotoxisk för djuret självt. I kampen mot andra patogener kan hemocyaniner agglutinera i närvaro av till exempel bakterier och stoppa infektionen.
Det är också viktigt att notera att hemocyaniner deltar i produktionen av reaktiva syrearter (ROS). ROS är grundläggande molekyler i immunsystemets funktion såväl som i responsen på patogener i alla eukaryoter.
tillämpningar
Hemocyaniner är starka immunstimulerande medel hos däggdjur. Av denna anledning har de använts som hypoallergena transportörer för molekyler som inte kan väcka ett immunsvar av sig själva (haptens).
Å andra sidan har de också använts som effektiva transportörer av hormoner, läkemedel, antibiotika och toxiner. De har också testats som potentiella antivirala föreningar och som följeslagare i kemisk behandling mot cancer.
Slutligen finns det bevis på att hemocyaniner från vissa kräftdjur har antitumoraktivitet i vissa försöksdjurssystem. Cancerbehandlingar som har testats inkluderar blåsan, äggstocken, bröstet etc.
Ur strukturell och funktionell synvinkel har hemocyaniner sina egna egenskaper som gör dem idealiska för utveckling av nya biologiska nanomaterial. De har till exempel använts för generering av elektrokemiska biosensorer med stor framgång.
referenser
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Det blå blodet. DM Verlag Dr. Müller, Tyskland.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Hemocyanins olika immunfunktioner. Utvecklings- och jämförande immunologi, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktur, evolution och fysiologi. Biofysiska recensioner, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biokemi: De kemiska reaktionerna hos levande celler. Elsevier, NY, USA.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokemisk biosensingsplattform baserad på en hemocyanin– NP - kolsvart hybridnano -kompositfilm. Analytiska metoder, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Från havet till sängen: den terapeutiska potentialen för blötdjur hemocyaniner. Aktuell medicinsk kemi, 25: 2292-2303.