Su hemocyanins su proteini odgovorni za prijenos kisika u u tekućoj fazi u beskralježnjaka uključuju, isključivo, artropoda i školjki. Hemocijanini u hemolimfi ispunjavaju ulogu analognu onoj hemoglobina u krvi ptica i sisavaca. Međutim, njegova učinkovitost kao transportera je manja.
Budući da su hemocijani proteini koji koriste bakar umjesto željeza za hvatanje kisika, kad se oksidira, oni postaju plavi. Može se reći da su životinje koje ga koriste plavokrvne.
Molekula hemocijana.
Mi smo, poput ostalih sisavaca, crvenokrvave životinje. Za obavljanje ove funkcije, svaka molekula ovog metaloproteina potrebna je dva atoma bakra za svaki složeni kisik.
Druga razlika između plavokrvnih i crvenokrvnih životinja je način na koji prevoze kisik. U prvom, hemocijanin je izravno prisutan u hemolimfi životinje. Nasuprot tome, hemoglobin nose specijalizirane stanice koje se nazivaju eritrociti.
Neki od hemocijana spadaju u red najpoznatijih i najbolje proučenih proteina. Imaju široku strukturnu raznolikost i pokazale su se vrlo korisnima u širokom rasponu medicinskih i terapijskih primjena kod ljudi.
Opće karakteristike
Najbolje karakterizirani hemocijani su oni koji su izolirani od mekušaca. To su među najvećim poznatim proteinima, s molekularnom masom u rasponu od 3,3 do 13,5 MDa.
Hemocijanini mekušaca su ogromni šuplji ulošci multimernih glikoproteina koji, međutim, mogu biti topljivi u hemolimfi životinje.
Jedan od razloga njihove visoke topljivosti je da hemocijanini imaju površinu s vrlo visokim negativnim nabojem. Oni tvore decamer ili multidekamernu podjedinicu između 330 i 550 kDa, a sastoji se od oko sedam paralognih funkcionalnih jedinica.
Paralogni gen je onaj koji nastaje iz događaja umnožavanja gena: protein paraloga nastaje prevođenjem paralognog gena. Ovisno o organizaciji svojih funkcionalnih domena, ove podjedinice međusobno djeluju kako bi tvorile dekamere, didekamere i tridekamere.
Hemocijanin artropoda je heksamer. U svom izvornom stanju može se naći kao cijeli broj višestrukih heksamera (od 2 x 6 do 8 x 6). Svaka podjedinica teži između 70 i 75 kDa.
Još jedna izvanredna karakteristika hemocijanana je da su oni strukturno i funkcionalno stabilni u prilično širokom temperaturnom rasponu (od -20 ° C do više od 90 ° C).
Ovisno o organizmu, hemocijanini se mogu sintetizirati u specijaliziranim organima životinje. Kod rakova je to hepatopancreas. U drugim se organizmima sintetiziraju u određenim stanicama poput cijanocita kelicerata ili rogocita mekušaca.
Značajke
Najpoznatija funkcija hemocijana je vezana uz njihovo sudjelovanje u energetskom metabolizmu. Hemocijanin omogućuje aerobno disanje u značajnoj većini beskralježnjaka.
Najvažnija bioenergetska reakcija kod životinja je disanje. Na staničnoj razini disanje omogućuje kontroliranom i sukcesivnom razgradnju molekula šećera, na primjer, za dobivanje energije.
Za provođenje ovog postupka potreban je konačni akceptor elektrona, koji je za sve namjere i svrhe, par excellence, kisik. Proteini odgovorni za njegovo hvatanje i transport su različiti.
Mnogi od njih koriste kompleks organskih prstenova koji kompleksiraju željezo da bi mogli komunicirati s kisikom. Na primjer, za hemoglobin koristi se porfirin (heme grupa).
Drugi koriste metale kao što je bakar za istu svrhu. U ovom slučaju, metal tvori privremene komplekse s aminokiselinskim ostacima aktivnog mjesta proteina nosača.
Iako mnogi bakarni proteini kataliziraju oksidativne reakcije, hemocijanini reverzibilno reagiraju s kisikom. Oksidacija se odvija u koraku u kojem bakar prelazi iz stanja I (bezbojno) u stanje II oksidirano (plavo).
Ona nosi kisik u hemolimfi u kojem predstavlja 50 do više od 90% ukupnog proteina. Da bi se uzela u obzir njegova važna fiziološka uloga, premda uz malu učinkovitost, hemocijanin se može naći u koncentracijama do čak 100 mg / mL.
Ostale funkcije
Dokazi prikupljeni tijekom godina pokazuju da hemocijani služe i drugim funkcijama osim što djeluju kao prijenosnici kisika. Hemocijanin sudjeluje i u homeostatskim i u fiziološkim procesima. Oni uključuju topljenje, transport hormona, osmoregulaciju i skladištenje proteina.
S druge strane, dokazano je da hemocijani igraju temeljnu ulogu u urođenom imunološkom odgovoru. Hemocijanin peptidi i srodni peptidi pokazuju antivirusnu aktivnost kao i fenoloksidaznu aktivnost. Ova posljednja aktivnost, respiratorna fenoloksidaza, povezana je s obrambenim procesima protiv patogena.
Hemocijanin također djeluje kao proteinski prekursor peptida s antimikrobnim i antifungalnim djelovanjem. S druge strane, dokazano je da neki hemocijanini imaju nespecifično unutarnje antivirusno djelovanje.
Ova aktivnost nije citotoksična za samu životinju. U borbi protiv drugih patogena hemocijanini mogu aglutinirati u prisutnosti, na primjer, bakterija i zaustaviti infekciju.
Važno je također napomenuti da hemocijani sudjeluju u proizvodnji reaktivnih kisikovih vrsta (ROS). ROS su osnovne molekule u funkcioniranju imunološkog sustava, kao i u odgovorima na patogene u svim eukariotima.
Prijave
Hemocijanini su snažni imunostimulansi kod sisavaca. Zbog toga su korišteni kao hipoalergeni prenositelji molekula koji nisu u stanju sami potaknuti imunološki odgovor (haptens).
S druge strane, oni su korišteni i kao učinkoviti prijenosnici hormona, lijekova, antibiotika i toksina. Također su testirani kao potencijalni antivirusni spojevi i kao suputnici u kemijskoj terapiji protiv raka.
Konačno, postoje dokazi da hemocijani iz određenih rakova imaju antitumorsko djelovanje u nekim eksperimentalnim životinjskim sustavima. Testirani lijekovi protiv raka uključuju mjehur, jajnik, dojku itd.
Sa strukturalnog i funkcionalnog stajališta, hemocijanini imaju svoje osobine koje ih čine idealnim za razvoj novih bioloških nanomaterijala. Primjerice, korišteni su u proizvodnji elektrokemijskih biosenzora sa značajnim uspjehom.
Reference
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: The blue blood. DM Verlag Dr. Müller, Njemačka.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Različite imunološke funkcije hemocijana. Razvojna i komparativna imunologija, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktura, evolucija i fiziologija. Biofizički pregledi, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biochemistry: Kemijske reakcije živih stanica. Elsevier, NY, SAD.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokemijska platforma biosenziranja temeljena na hemocijaninu - NP - hibridni nano čađa -kompozitni film. Analitičke metode, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Od oceana do kreveta: terapeutski potencijal molukanih hemocijana. Trenutna medicinska kemija, 25: 2292-2303.