Hemocyanins egenskaper och funktioner

den nyckelhål proteiner är ansvariga för transport av syre i flytande fas hos ryggradslösa djur som exklusivt innefattar leddjur och blötdjur. Hemocyaniner i hemolymph spelar en roll som är analog med blodhemoglobin hos fåglar och däggdjur. Emellertid är dess effektivitet som transportör lägre.

Eftersom hemocyaniner är proteiner som använder koppar för att fälla syre istället för järn, tar de en blå färg när de oxideras. Det kan sägas att de djur som använder det är blåbloddjur.

Vi är som andra däggdjur tvärtom röda blodiga djur. För att utföra denna funktion kräver varje molekyl av detta metalloprotein två kopparatomer för varje syre komplexbunden.

En annan skillnad mellan blått blod och röda bloddjur är hur man transporterar syre. I det förra är hemocyanin direkt närvarande i djurets hemolymf. Hemoglobin å andra sidan bärs av specialiserade celler som kallas erytrocyter.

Några av hemocyaninerna är bland de mest kända och bäst studerade proteinerna. De presenterar en stor strukturell mångfald och har visat sig vara mycket användbara i ett brett utbud av medicinska och terapeutiska tillämpningar hos människor.

index

• 1 Allmänna egenskaper
• 2 funktioner
  • 2.1 Andra funktioner
• 3 användningsområden
• 4 referenser

Allmänna egenskaper

De bästa karakteriserade hemocyaninerna är de som isolerats från blötdjur. Dessa är bland de största proteinerna kända, med molekylmassa mellan 3,3 och 13,5 MDa.

Molluskhemocyaninerna är enorma ihåliga cylindrar av multimera glykoproteiner, vilka emellertid kan lösas lösligt i djurets hemolymf.

En orsak till dess höga löslighet är att hemocyaniner har en yta med en mycket hög negativ laddning. De bildar subenheter av dekamerare eller multikameror mellan 330 och 550 kDa, vilka innefattar sju paralogiska funktionella enheter.

En paralogisk gen är en som härrör från en händelse av genetisk dubbelarbete: ett paralogiskt protein uppstår genom översättningen av en paralogisk gen. Beroende på organisationen av deras funktionella domäner interagerar dessa underenheter med varandra för att bilda dekamerare, didecameros och tridecameros.

Hemocyanin av artropoder är å andra sidan hexamerisk. I sitt ursprungsland kan det hittas som en integrerad del av multiplar av hexamerer (från 2 x 6 upp till 8 x 6). Varje subenhet väger mellan 70 och 75 kDa.

En annan enastående egenskap hos hemocyaniner är att de är strukturellt och funktionellt stabila över ett ganska brett temperaturområde (från -20ºC till över 90ºC).

Beroende på organismen kan hemocyaniner syntetiseras i specialiserade organ av djuret. I kräftdjur är det hepatopankreas. I andra organismer syntetiseras de i synnerhet celler såsom cyanocyterna av chelicerater eller rokocyterna hos blötdjur.

funktioner

Den mest kända funktionen av hemocyaniner har att göra med deras deltagande i energimetabolism. Hemocyanin möjliggör aerob andning i en betydande majoritet av ryggradslösa djur.

Den viktigaste bioenergetiska reaktionen hos djur andas. På cellulär nivå tillåter andning sönderdelande sockermolekyler på ett kontrollerat och successivt sätt, exempelvis för att erhålla energi.

För att genomföra denna process krävs en slutlig acceptor av elektroner, vilken för alla ändamål är av antonomia, syre. De proteiner som är ansvariga för dess fångst och transport varierar.

Många av dem använder ett komplex av organiska ringar som komplexar järn för att kunna interagera med syre. Hemoglobin använder till exempel en porfyrin (hemegrupp).

Andra använder metaller som koppar för samma ändamål. I detta fall bildar metallen temporära komplex med aminosyrarester från den aktiva platsen för bärarproteinet.

Även om många kopparproteiner katalyserar oxidativa reaktioner, reagerar hemocyaniner med syre reversibelt. Oxidation verifieras i ett steg där koppar passerar från tillstånd I (färglös) till tillstånd II oxiderad (blå).

Det transporterar syre i hemolymph, där det representerar 50 till mer än 90% av det totala proteinet. För att redogöra för sin viktiga fysiologiska roll, men med låg effektivitet kan hemocyanin hittas i koncentrationer så höga som 100 mg / ml.

Övriga funktioner

Bevis som ackumulerats under åren visar att hemocyaniner uppfyller andra funktioner förutom att de fungerar som syretransportörer. Hemocyaniner deltar i både hemostatiska och fysiologiska processer. Dessa innefattar smältning, transport av hormoner, osmoregulation och lagring av proteiner.

Det har visat sig å andra sidan att hemocyaniner spelar en grundläggande roll i det medfödda immunsvaret. Hemocyaninpeptiderna och relaterade peptider visar antiviral aktivitet, såväl som fenoloxidasaktivitet. Denna sista aktivitet, respiratoriskt fenoloxidas, är relaterat till försvarsprocesser mot patogener.

Hemocyaniner fungerar också som peptidprekursorproteiner med antimikrobiell och antifungal aktivitet. Det har däremot visat sig att vissa hemocyaniner har icke-specifik inneboende antiviral aktivitet.

Denna aktivitet är inte cytotoxisk för själva djuret. I kampen mot andra patogener kan hemocyaniner agglutinera i närvaro av exempelvis bakterier och stoppa infektionen.

Det är också viktigt att notera att hemocyaniner är involverade i produktion av reaktiva syrearter (ROS). ROS är grundläggande molekyler i immunsystemets funktion, liksom i responsen på patogener i alla eukaryoter.

tillämpningar

Hemocyaniner är starka immunostimulanter i däggdjur. Av denna anledning har de använts som hypoallergena transportörer av molekyler som inte kan väcka ett immunsvar av sig själva (haptens).

Å andra sidan har de också använts som effektiva transportörer av hormoner, droger, antibiotika och toxiner. De har också testats som potentiella antivirala föreningar och som kamrater i kemiska terapier mot cancer.

Slutligen finns det bevis för att hemocyaninerna från vissa kräftdjur uppvisar antitumöraktivitet i vissa försöksdjurssystem. Behandlingar för cancer som testats inkluderar blåsor, äggstockar, bröst, etc..

Ur strukturell och funktionell synvinkel har hemocyaniner egna egenskaper som gör dem ideala för utveckling av nya biologiska nanomaterial. De har exempelvis använts vid generering av elektrokemiska biosensorer med stor framgång.

referenser

1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpionhemocyanin: Blåblodet. DM Verlag Dr. Müller, Tyskland.
2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Diverse immunfunktioner av hemocyaniner. Utvecklings- och jämförande immunologi, 45: 43-55.
3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluskanhemocyanin: struktur, utveckling och fysiologi. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
4. Metzler, D. (2012) Biokemi: Kemiska reaktioner hos levande celler. Elsevier, NY, USA.
5. Yang, P., du, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrobiosensor plattform baserad på en hemocyanin- [email protected] NP kolsvart hybrid nanokompositfilm. Analytiska metoder, 5: 3168-3171.
6. Zanjani, N. T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A. L. (2018) Från havet till bedside: den terapeutiska potentialen för blötdjur hemocyaniner. Nuvarande läkemedelskemi, 25: 2292-2303.