Hemocyaniner egenskaber og funktioner

den nøglehul er proteiner ansvarlige for transport af ilt i flydende fase hos hvirvelløse dyr, der udelukkende omfatter leddyr og bløddyr. Hemocyaniner i hæmolymh spiller en rolle analog med blod hæmoglobin hos fugle og pattedyr. Men dens effektivitet som transportør er lavere.

Da hæmocyaniner er proteiner, der bruger kobber til at fælde ilt i stedet for jern, overtager de en blå farve, når de oxideres. Man kan sige, at de dyr, der bruger det, er blå bloddyr.

Vi, ligesom andre pattedyr, tværtimod er rødblodede dyr. For at udføre denne funktion kræver hvert molekyle af dette metalloprotein to kobberatomer for hver oxygen kompleksdannet.

En anden forskel mellem blå blod og røde bloddyr er, hvordan man transporterer ilt. I den førstnævnte er hæmocyanin direkte til stede i dyrets hæmolymfe. Hemoglobin på den anden side bæres af specialiserede celler kaldet erythrocytter.

Nogle af hæmocyaninerne er blandt de mest 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 applikationer hos mennesker.

indeks

• 1 Generelle egenskaber
• 2 funktioner
  • 2.1 Andre funktioner
• 3 anvendelser
• 4 referencer

Generelle egenskaber

De bedst karakteriserede hæmocyaniner er dem, der er blevet isoleret fra bløddyr. Disse er blandt de største proteiner, der er kendt, med molekylmasser mellem 3,3 og 13,5 MDa.

Mollusk-hæmocyaninerne er store hule cylindre af multimere glycoproteiner, som imidlertid kan findes opløselige i dyrets hemolymfe.

En af grundene til dens høje opløselighed er, at hæmocyaniner har en overflade med en meget høj negativ ladning. De danner underenheder af dekamerere eller multidecameros mellem 330 og 550 kDa, som omfatter syv paralogiske funktionelle enheder.

Et paralogisk gen er et, der stammer fra et tilfælde af genetisk dobbeltarbejde: et paralogisk protein stammer fra oversættelsen af ​​et paralogisk gen. Afhængigt af organisationen af ​​deres funktionelle domæner interagerer disse underenheder med hinanden for at danne decamerere, didecameroer og tridecameroer.

Hemocyaninen af ​​leddyr er på den anden side hexamerisk. I sin oprindelige tilstand kan den findes som en integreret del af hexamerer (fra 2 x 6 til 8 x 6). Hver underenhed vejer mellem 70 og 75 kDa.

En anden fremragende egenskab for hæmocyaniner er, at de er strukturelt og funktionelt stabile over et temmelig bredt temperaturområde (fra -20 ° C til over 90 ° C).

Afhængigt af organismen kan hæmocyaniner syntetiseres i specialiserede organer af dyret. I krebsdyr er det hepatopancreas. I andre organismer syntetiseres de specielt i celler som cyanocytter af chelicerater eller rokocytter af bløddyr.

funktioner

Den mest kendte funktion af hæmocyaniner har at gøre med deres deltagelse i energi metabolisme. Hemocyanin muliggør aerob åndedræt i et betydeligt flertal af hvirvelløse dyr.

Den vigtigste bioenergetiske reaktion hos dyr trækker vejret. På cellulær niveau tillader respiration nedbrydning af sukkermolekyler på en kontrolleret og successiv måde, for eksempel for at opnå energi.

For at udføre denne proces er en endelig acceptor af elektroner påkrævet, som til alle formål er ved antonomasia, oxygen. De proteiner, der er ansvarlige for fangst og transport, varierer.

Mange af dem bruger et kompleks af organiske ringe, som komplekser jern for at kunne interagere med ilt. Hemoglobin bruger for eksempel en porfyrin (hæmgruppe).

Andre bruger metaller som kobber til samme formål. I dette tilfælde danner metallet midlertidige komplekser med aminosyrerester fra det aktive sted af bærerproteinet.

Selv om mange kobberproteiner katalyserer oxidative reaktioner, reagerer hæmocyaniner med oxygen reversibelt. Oxidation er verificeret i et trin, hvor kobber passerer fra tilstand I (farveløs) til tilstand II oxideret (blå).

Det transporterer ilt i hæmolymph, hvor det repræsenterer 50 til mere end 90% af det totale protein. For at tage højde for sin vigtige fysiologiske rolle, kan hæmocyanin med lav effektivitet findes i koncentrationer så høje som 100 mg / ml.

Andre funktioner

Beviser akkumuleret gennem årene viser, at hæmocyaniner opfylder andre funktioner bortset fra at fungere som oxygentransportører. Hemocyaniner deltager i både homeostatiske og fysiologiske processer. Disse omfatter smeltning, transport af hormoner, osmoregulering og opbevaring af proteiner.

Det er påvist, at hæmocyaniner spiller en fundamental rolle i det medfødte immunrespons. Hemocyaninpeptiderne og beslægtede peptider viser antiviral aktivitet såvel som phenoloxidaseaktivitet. Denne sidste aktivitet, respiratoriske phenoloxidase, er relateret til forsvarsprocesser mod patogener.

Hemocyaniner fungerer også som peptidprecursorproteiner med antimikrobiel og antifungal aktivitet. Det er på den anden side blevet fundet, at nogle hæmocyaniner har ikke-specifik indre infektionsvirkning.

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 er involveret i produktion af reaktive oxygenarter (ROS). ROS er grundlæggende molekyler i immunsystemets funktion, såvel som i reaktionerne på patogener i alle eukaryoter.

applikationer

Hemocyaniner er stærke immunstimulerende midler i pattedyr. Af denne grund er de blevet anvendt som hypoallergeniske transportører af molekyler, der ikke er i stand til at vække et immunrespons af sig selv (haptens).

På den anden side har de også været anvendt som effektive transportører af hormoner, stoffer, antibiotika og toksiner. De er også blevet testet som potentielle antivirale forbindelser og som ledsagere i kemiske terapier mod kræft.

Endelig er der tegn på, at hæmocyaniner fra visse krebsdyr udviser antitumoraktivitet i nogle forsøgsdyrsystemer. Behandlinger for kræftformer, der er blevet testet, omfatter blære, æggestokkene, brystet osv..

Fra strukturelle og funktionelle synspunkter har hæmocyaniner deres egen karakteristika, der gør dem ideelle til udvikling af nye biologiske nanomaterialer. De er f.eks. Blevet brugt til generering af elektrokemiske biosensorer med stor succes.

referencer

1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpionhemocyanin: Det blå blod. DM Verlag Dr. Müller, Tyskland.
2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Diverse immunfunktioner af hæmocyaniner. Developmental and Comparative Immunology, 45: 43-55.
3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluskansk hæmocyanin: struktur, udvikling og fysiologi. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
4. Metzler, D. (2012) Biokemi: De levende cellers kemiske reaktioner. Elsevier, NY, USA.
5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokemisk biosenseringsplatform baseret på en hæmocyanin- [email-beskyttet] NP- carbon black hybrid nano-kompositfilm. Analytiske metoder, 5: 3168-3171.
6. Zanjani, N. T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Fra havet til sengetid: det terapeutiske potentiale for bløddyrhasocyaniner. Nuværende Medicinsk Kemi, 25: 2292-2303.