V hemocyanins so proteini, ki so odgovorni za prenos kisika v v tekoči fazi v nevretenčarjev vključujejo izključno, členonožcev in školjkah. Hemociani v hemolimfi izpolnjujejo vlogo, podobno vlogi hemoglobina v krvi pri pticah in sesalcih. Vendar je njegova učinkovitost kot transporterja manjša.
Ker so hemociani beljakovine, ki namesto železa uporabljajo baker, da lovijo kisik, ob oksidaciji postanejo modri. Lahko rečemo, da so živali, ki ga uporabljajo, modrokrvne živali.
Molekula hemocijana.
Tudi mi, kot drugi sesalci, smo rdečekrvne živali. Za izvajanje te funkcije potrebuje vsaka molekula tega metaloproteina dva atoma bakra za vsak kompleksni kisik.
Druga razlika med modrokrvnih in rdečekrvnih živali je način prenosa kisika. V prvem je hemocijanin neposredno prisoten v hemolimfi živali. Nasprotno hemoglobin prenašajo specializirane celice, imenovane eritrociti.
Nekateri hemocianini spadajo med najbolj znane in najbolje raziskane beljakovine. Imajo široko strukturno raznolikost in so se izkazale za zelo koristne v širokem obsegu medicinskih in terapevtskih aplikacij pri ljudeh.
Splošne značilnosti
Najbolj značilni hemociani so tisti, ki so bili izolirani iz mehkužcev. Te spadajo med največje znane beljakovine, katerih molekularna masa se giblje od 3,3 do 13,5 MDa.
Homociani mehkužcev so ogromni votli vložki multimernih glikoproteinov, ki pa so lahko topni v živalski hemolimfi.
Eden od razlogov za njihovo visoko topnost je, da imajo hemocianini površino z zelo visokim negativnim nabojem. Oblikujejo dekamerne ali večdekamerne podenote med 330 in 550 kDa, ki obsegajo približno sedem paralognih funkcionalnih enot.
Gen paraloga je tisti, ki nastane zaradi dogodka podvajanja genetskega gena: paralogni protein nastane pri prevodu paraloškega gena. Glede na organizacijo svojih funkcionalnih domen, te podenote medsebojno delujejo, da tvorijo dekoderje, didekamere in tridekamere.
Hemocianin členonožcev je heksamer. V svojem izvornem stanju ga lahko najdemo kot celo število večkratnikov heksamerjev (od 2 x 6 do 8 x 6). Vsaka podenota tehta med 70 in 75 kDa.
Druga izjemna značilnost hemocianinov je, da so strukturno in funkcionalno stabilni v precej širokem temperaturnem območju (od -20 ° C do več kot 90 ° C).
Hemociani se lahko odvisno od organizma sintetizirajo v specializiranih organih živali. Pri rakih je hepatopanreja. V drugih organizmih se sintetizirajo zlasti celice, kot so cianociti kelicerati ali rogociti mehkužcev.
Lastnosti
Najbolj znana funkcija hemocianinov je njihova udeležba v energijski presnovi. Hemocianin omogoča aerobno dihanje pri veliki večini nevretenčarjev.
Najpomembnejša bioenergetska reakcija pri živalih je dihanje. Na celični ravni dihanje omogoča nadzorovano in zaporedno razgradnjo molekul sladkorja, na primer, za pridobivanje energije.
Za izvedbo tega postopka je potreben končni sprejemnik elektronov, ki je za vse namene in namene, par excellence, kisik. Beljakovine, ki so odgovorne za njegovo zajemanje in transport, so raznolike.
Mnogi od njih uporabljajo kompleks organskih obročev, ki kompleksirajo železo, da bi lahko komunicirali s kisikom. Hemoglobin na primer uporablja porfirin (skupina heme).
Drugi uporabljajo kovine, kot je baker, za isti namen. V tem primeru kovina tvori začasne komplekse z aminokislinskimi ostanki aktivnega mesta nosilnega proteina.
Čeprav veliko bakrovih beljakovin katalizira oksidativne reakcije, hemocijani reagirajo s kisikom reverzibilno. Oksidacija poteka v koraku, ko baker preide iz stanja I (brezbarven) v stanje II oksidirano (modro).
V hemolimfi nosi kisik, v katerem predstavlja od 50 do več kot 90% celotne beljakovine. Če upoštevamo njegovo pomembno fiziološko vlogo, čeprav lahko z majhno učinkovitostjo najdemo hemocijanin v koncentracijah do 100 mg / ml.
Druge funkcije
Dokazi, zbrani z leti, kažejo, da hemocianini opravljajo tudi druge funkcije, razen da delujejo kot prenašalci kisika. Hemocianini sodelujejo tako v homeostatskih kot v fizioloških procesih. Ti vključujejo taljenje, transport hormonov, osmoregulacijo in shranjevanje beljakovin.
Po drugi strani pa je dokazano, da imajo hemocianini temeljno vlogo pri prirojenem imunskem odzivu. Hemocianinski peptidi in sorodni peptidi kažejo protivirusno in tudi fenoloksidazno aktivnost. Zadnja aktivnost dihalne fenoloksidaze je povezana z obrambnimi procesi pred patogeni.
Hemocianini delujejo tudi kot proteinski predhodniki peptidov z antimikrobnim in protiglivičnim delovanjem. Po drugi strani pa je dokazano, da imajo nekateri hemocianini nespecifično lastno protivirusno delovanje.
Ta aktivnost ni citotoksična za samo žival. V boju proti drugim patogenom lahko hemocijani aglutinirajo v prisotnosti na primer bakterij in ustavijo okužbo.
Pomembno je tudi opozoriti, da hemociani sodelujejo pri proizvodnji reaktivnih kisikovih vrst (ROS). ROS so temeljne molekule v delovanju imunskega sistema, pa tudi v odzivih na patogene v vseh evkariotih.
Prijave
Hemociani so močni imunostimulansi pri sesalcih. Zaradi tega so jih uporabljali kot hipoalergene prenašalce molekul, ki ne morejo sami vzbuditi imunskega odziva (hapteni).
Po drugi strani pa so jih uporabljali tudi kot učinkovite prevoznike hormonov, zdravil, antibiotikov in toksinov. Prav tako so bili preizkušeni kot potencialne protivirusne spojine in kot spremljevalci pri kemičnih terapijah proti raku.
Nazadnje obstajajo dokazi, da imajo hemociani iz nekaterih rakov protitumorsko delovanje v nekaterih poskusnih živalskih sistemih. Testirana zdravila za zdravljenje raka vključujejo mehurje, jajčnike, dojke itd.
S strukturnega in funkcionalnega vidika imajo hemocianini svoje značilnosti, zaradi katerih so idealni za razvoj novih bioloških nanomaterialov. Uporabljeni so bili na primer pri ustvarjanju elektrokemijskih biosenzorjev z velikim uspehom.
Reference
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Modra kri. DM Verlag Dr. Müller, Nemčija.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Različne imunske funkcije hemociainov. Razvojna in primerjalna imunologija, 45: 43–55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktura, evolucija in fiziologija. Biofizični pregledi, 10: 191–202.
- Metzler, D. (2012) Biochemistry: Kemijske reakcije živih celic. Elsevier, NY, ZDA.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokemijska platforma za biosenziranje na osnovi hemociana - NP - hibrid nano nano -kompozitni film. Analitične metode, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Od oceana do postelje: terapevtski potencial mehkužcev hemocianinov. Trenutna medicinska kemija, 25: 2292-2303.