Značilnosti in funkcije hemocianinov



The hemocianini so beljakovine, odgovorne za prenos kisika v tekoči fazi v nevretenčarjih, ki vključujejo izključno členonožce in mehkužce. Hemocianini v hemolimfi igrajo vlogo pri hemoglobinu v krvi pri pticah in sesalcih. Vendar je njegova učinkovitost kot transporter manjša.

Ker so hemocianini beljakovine, ki uporabljajo bakra za zadrževanje kisika namesto železa, pri oksidaciji prevzamejo modro barvo. Lahko rečemo, da so živali, ki ga uporabljajo, modre krvi živali.

Ravno nasprotno, mi, kot drugi sesalci, smo rdeče-krvave živali. Za izvedbo te funkcije mora vsaka molekula tega metaloproteina za vsak kompleks kisika zahtevati dva atoma bakra.

Druga razlika med modro in rdečimi živalmi je, kako prenašati kisik. V prvem primeru je hemocianin neposredno prisoten v hemolimfi živali. Po drugi strani pa hemoglobin nosijo specializirane celice, imenovane eritrociti.

Nekateri hemocianini so med najbolj znanimi in najbolj raziskanimi beljakovinami. Predstavljajo široko strukturno raznolikost in so se izkazale za zelo uporabne v širokem spektru medicinskih in terapevtskih aplikacij pri ljudeh.

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Funkcije
    • 2.1 Druge funkcije
  • 3 Uporabe
  • 4 Reference

Splošne značilnosti

Najbolj značilni hemocianini so tisti, ki so bili izolirani iz mehkužcev. Te so med največjimi znanimi beljakovinami, z molekulskimi masami med 3.3 in 13.5 MDa.

Hromocianini v mehkužcih so ogromni votli cilindri multimernih glikoproteinov, ki pa jih lahko najdemo topni v hemolimfi živali..

Eden od razlogov za njegovo visoko topnost je, da imajo hemocianini površino z zelo visokim negativnim nabojem. Oblikujejo podenote decamerjev ali multidecameros med 330 in 550 kDa, ki obsegajo sedem paralogičnih funkcionalnih enot..

Paralogni gen je tisti, ki izhaja iz dogodka genetskega podvajanja: paralogični protein izhaja iz prevoda paralognega gena. Glede na organiziranost njihovih funkcionalnih domen te podenote med seboj komunicirajo in oblikujejo decamers, didecameros in tridecameros.

Po drugi strani pa je hemocianin členonožcev heksamerni. V svojem naravnem stanju ga lahko najdemo kot integral mnogokratnikov 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 stabilne v precej širokem temperaturnem razponu (od -20 ° C do več kot 90 ° C)..

Glede na organizem se lahko hemocianini sintetizirajo v specializiranih organih živali. Pri rakih gre za hepatopancreas. Pri drugih organizmih se sintetizirajo zlasti v celicah, kot so cianociti iz cheliceratov ali rogociti mehkužcev..

Funkcije

Najbolj znana funkcija hemocianinov je povezana z njihovo udeležbo v energetski presnovi. Hemokyanin omogoča veliko aerobno dihanje pri večini nevretenčarjev.

Najpomembnejša bioenergetska reakcija pri živalih je dihanje. Na celičnem nivoju dihanje omogoča nadzorovano in zaporedno uničevanje molekul sladkorja, na primer za pridobivanje energije.

Za izvedbo tega procesa je potreben končni akceptor elektronov, ki je za vse namene z antonomazijo kisik. Proteini, ki so odgovorni za njegovo zajemanje in prevoz, so različni.

Mnogi od njih uporabljajo kompleks organskih obročev, ki kompleksirajo železo, da lahko komunicirajo s kisikom. Hemoglobin na primer uporablja porfirin (heme skupina).

Drugi uporabljajo kovine, kot je baker, za isti namen. V tem primeru kovina tvori začasne komplekse z aminokislinskimi ostanki iz aktivnega mesta nosilnega proteina.

Čeprav številni bakreni proteini katalizirajo oksidativne reakcije, se hemocianini reaktivno odzovejo s kisikom. Oksidacija se preveri v koraku, pri katerem bakar prehaja iz stanja I (brezbarvno) v stanje II oksidirano (modro).

Prenaša kisik v hemolimfu, kjer predstavlja 50 do več kot 90% celotnih beljakovin. Zaradi svoje pomembne fiziološke vloge, čeprav z nizko učinkovitostjo, je hemocianin mogoče najti v koncentracijah do 100 mg / mL.

Druge funkcije

Dokazi, zbrani v preteklih letih, kažejo, da hemocianini izpolnjujejo druge funkcije, razen da delujejo kot prenosniki kisika. Hemokianini sodelujejo v homeostatskih in fizioloških procesih. Ti vključujejo molting, transport hormonov, osmoregulacijo in shranjevanje beljakovin.

Po drugi strani pa je bilo dokazano, da imajo hemocianini ključno vlogo pri prirojenem imunskem odzivu. Hemocianinski peptidi in sorodni peptidi kažejo antivirusno aktivnost, kot tudi aktivnost fenoloksidaze. Ta zadnja aktivnost, respiratorna fenoloksidaza, je povezana z obrambnimi procesi proti patogenom.

Hemocianini delujejo tudi kot peptidni prekurzorski proteini z antimikrobno in protiglivično aktivnostjo. Po drugi strani pa je bilo ugotovljeno, da imajo nekateri hemocianini nespecifično notranjo protivirusno aktivnost.

Ta aktivnost ni citotoksična za samo žival. V boju proti drugim patogenom lahko hemocianini aglutinirajo v prisotnosti bakterij in ustavijo okužbo..

Pomembno je tudi omeniti, da so hemocianini vključeni v proizvodnjo reaktivnih kisikovih vrst (ROS). ROS so temeljne molekule v delovanju imunskega sistema, kot tudi v odgovorih na patogene pri vseh evkariontih.

Uporabe

Hemocianini so močni imunostimulanti pri sesalcih. Zaradi tega so bili uporabljeni kot hipoalergeni transporterji molekul, ki niso sposobni sami prebujati imunskega odziva (hapteni).

Po drugi strani pa se uporabljajo tudi kot učinkoviti transporterji hormonov, zdravil, antibiotikov in toksinov. Prav tako so bili testirani kot možne protivirusne spojine in kot spremljevalci pri kemičnih terapijah proti raku.

Nazadnje, obstajajo dokazi, da hemocianini nekaterih rakov kažejo protitumorsko delovanje v nekaterih eksperimentalnih živalskih sistemih. Zdravljenje raka, ki je bilo testirano, vključuje mehur, jajčnike, prsi itd..

S strukturnega in funkcionalnega vidika imajo hemocianini svoje značilnosti, zaradi katerih so idealni za razvoj novih bioloških nanomaterialov. Uporabili so jih, na primer, pri generiranju elektrokemijskih biosenzorjev s precejšnjim uspehom.

Reference

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Modra kri. DM Verlag dr. Müller, Nemčija.
  2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Različne imunske funkcije hemocianinov. Razvojna in primerjalna imunologija, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktura, evolucija in fiziologija. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biokemija: Kemijske reakcije živih celic. Elsevier, NY, ZDA.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokemična platforma za biosenzioniranje, ki temelji na hemocianin- [email protected] NP- hibridni nano kompozitni film iz saj. Analitske metode, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N.T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Od oceana do postelje: terapevtski potencial mekušanov. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.