Charakteristiky a funkcie hemocyanínov



kľúčová dierka sú proteíny zodpovedné za transport kyslíka v kvapalnej fáze u bezstavovcov, ktoré zahŕňajú výlučne článkonožce a mäkkýše. Hemyanyanins v hemolymph hrajú úlohu analogickú krvný hemoglobín u vtákov a cicavcov. Jeho účinnosť ako transportéra je však nižšia.

Vzhľadom k tomu, hemocyanins sú proteíny, ktoré používajú meď zachytiť kyslík namiesto železa, ktoré sa na modrú farbu, keď oxidované. Dá sa povedať, že zvieratá, ktoré ho používajú, sú modré krvinky.

My, rovnako ako iní cicavce, sme naopak červeno-krvavými zvieratami. Na uskutočnenie tejto funkcie každá molekula tohto metaloproteínu vyžaduje dva atómy medi pre každý komplex kyslíka.

Ďalším rozdielom medzi modrou krvou a červenými krvami je spôsob prenosu kyslíka. V prvom prípade je hemocyanín priamo prítomný v hemolymfe zvieraťa. Na druhej strane hemoglobín nesie špecializované bunky nazývané erytrocyty.

Niektoré z hemocyanínov patria medzi najznámejšie a najlepšie študované proteíny. Predstavujú širokú štrukturálnu rozmanitosť a ukázali sa ako veľmi užitočné v širokom spektre medicínskych a terapeutických aplikácií u ľudí.

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Funkcie
    • 2.1 Ďalšie funkcie
  • 3 Použitie
  • 4 Odkazy

Všeobecné charakteristiky

Najlepšie charakterizované hemocyaníny sú tie, ktoré boli izolované z mäkkýšov. Patria medzi najväčšie známe proteíny s molekulovou hmotnosťou v rozmedzí od 3,3 do 13,5 MDa.

Hemokyaníny mäkkýšov sú obrovské duté valce multimérnych glykoproteínov, ktoré však môžu byť nájdené rozpustné v hemolymfe zvieraťa..

Jedným z dôvodov jeho vysokej rozpustnosti je, že hemocyaníny majú povrch s veľmi vysokým záporným nábojom. Tvoria podjednotky dekúmerov alebo multidekamerov medzi 330 a 550 kDa, ktoré obsahujú sedem paralogických funkčných jednotiek.

Paralogický gén je gén, ktorý vzniká v dôsledku genetickej duplikácie: paralogický proteín vzniká z translácie paralogického génu. V závislosti na organizácii ich funkčných domén tieto podjednotky vzájomne interagujú, aby vytvorili dekaméry, didekamery a tridekamery..

Na druhej strane hemocyanín článkonožcov je hexamérny. Vo svojom natívnom stave sa dá nájsť ako integrál násobkov hexamérov (od 2 x 6 do 8 x 6). Každá podjednotka váži medzi 70 a 75 kDa.

Ďalšou vynikajúcou vlastnosťou hemocyanínov je, že sú štrukturálne a funkčne stabilné v pomerne širokom teplotnom rozsahu (od -20 ° C do viac ako 90 ° C)..

V závislosti od organizmu sa môžu hemocyaníny syntetizovať v špecializovaných orgánoch zvieraťa. U kôrovcov je to hepatopankreas. V iných organizmoch sa syntetizujú v určitých bunkách, ako sú cyanocyty chelicerátov alebo rogocyty mäkkýšov..

funkcie

Najznámejšia funkcia hemocyanínov sa týka ich účasti na energetickom metabolizme. Hemyanyanín umožňuje aeróbne dýchanie u väčšiny bezstavovcov.

Najdôležitejšou bioenergetickou reakciou u zvierat je dýchanie. Na bunkovej úrovni umožňuje dýchanie kontrolovať molekuly cukru kontrolovaným a postupným spôsobom, napríklad na získanie energie.

Na uskutočnenie tohto procesu je potrebný konečný akceptor elektrónov, ktorý je pre všetky účely pomocou kyslíka. Proteíny zodpovedné za jeho zachytávanie a transport sú rôzne.

Mnohé z nich používajú komplex organických kruhov, ktoré komplexujú železo, aby boli schopné interakcie s kyslíkom. Napríklad hemoglobín používa porfyrín (skupina hemu).

Iní používajú na rovnaký účel kovy, ako je napríklad meď. V tomto prípade kov tvorí dočasné komplexy s aminokyselinovými zvyškami z aktívneho miesta nosného proteínu.

Aj keď mnoho proteínov medi katalyzuje oxidačné reakcie, hemocyaníny reagujú reverzibilne s kyslíkom. Oxidácia sa overuje v kroku, v ktorom meď prechádza zo stavu I (bezfarebný) do stavu II oxidovaného (modrý)..

Prenáša kyslík v hemolympe, v ktorom predstavuje 50 až viac ako 90% celkového proteínu. Aby sa zohľadnila jeho dôležitá fyziologická úloha, aj keď s nízkou účinnosťou, hemocyanín sa nachádza v koncentráciách až 100 mg / ml..

Ďalšie funkcie

Dôkazy nahromadené v priebehu rokov naznačujú, že hemocyaníny plnia iné funkcie okrem pôsobenia ako transportéry kyslíka. Hemyanyaníny sa podieľajú na homeostatických aj fyziologických procesoch. Patrí medzi ne liatie, transport hormónov, osmoregulácia a skladovanie proteínov.

Na druhej strane sa dokázalo, že hemocyaníny zohrávajú zásadnú úlohu v prirodzenej imunitnej odpovedi. Hemocyanínové peptidy a príbuzné peptidy vykazujú antivírusovú aktivitu, ako aj aktivitu fenoloxidázy. Táto posledná aktivita, respiračná fenoloxidáza, súvisí s obrannými procesmi proti patogénom.

Hemyanyaníny tiež fungujú ako peptidové prekurzorové proteíny s antimikrobiálnou a protiplesňovou aktivitou. Na druhej strane sa zistilo, že niektoré hemocyaníny majú nešpecifickú vnútornú antivírusovú aktivitu.

Táto aktivita nie je cytotoxická pre samotné zviera. V boji proti iným patogénom môže hemocyanín aglutinovať v prítomnosti napríklad baktérií a zastaviť infekciu..

Je tiež dôležité poznamenať, že hemocyaníny sa podieľajú na produkcii reaktívnych foriem kyslíka (ROS). ROS sú základné molekuly vo fungovaní imunitného systému, ako aj v odpovediach na patogény vo všetkých eukaryotoch.

aplikácie

Hemyanyaníny sú silnými imunostimulantmi u cicavcov. Z tohto dôvodu boli použité ako hypoalergénne transportéry molekúl, ktoré nie sú schopné prebudiť imunitnú reakciu sami (haptény)..

Na druhej strane sa tiež používajú ako účinné transportéry hormónov, liekov, antibiotík a toxínov. Boli tiež testované ako potenciálne antivírusové zlúčeniny a ako spoločníci v chemickej terapii proti rakovine.

Nakoniec existujú dôkazy, že hemocyaníny určitých kôrovcov vykazujú protinádorovú aktivitu v niektorých experimentálnych zvieracích systémoch. Liečby rakoviny, ktoré boli testované, zahŕňajú močový mechúr, vaječníky, prsia atď..

Zo štrukturálneho a funkčného hľadiska majú hemocyaníny svoje vlastné vlastnosti, vďaka ktorým sú ideálne pre vývoj nových biologických nanomateriálov. Používali sa napríklad pri generovaní elektrochemických biosenzorov so značným úspechom.

referencie

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Modrá krv. DM Verlag Dr. Müller, Nemecko.
  2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Rôzne imunitné funkcie hemocyanínov. Developmental and Comparative Immunology, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: štruktúra, evolúcia a fyziológia. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biochémia: Chemické reakcie živých buniek. Elsevier, NY, USA.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrochemická biosenzorová platforma založená na hemocyanin- [email protected] NP- nano-kompozitný film z uhlíkových sadzí. Analytické metódy, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N. T., Saksena, M. M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Z oceánu do postele: terapeutický potenciál hemocyanínov z mäkkýšov. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.