Характеристики та функції гемоціанінів



The гемоціаніни це білки, що відповідають за транспортування кисню в рідкій фазі в безхребетних, які включають, виключно, членистоногі і молюски. Гемоціаніни в гемолімфі грають роль аналогічну гемоглобіну крові у птахів і ссавців. Однак його ефективність як транспортера нижче.

Оскільки гемоціаніни є білками, які використовують мідь для уловлювання кисню замість заліза, вони окислюються синім кольором. Можна сказати, що тварини, які використовують його, є тваринами синьої крові.

Ми, як і інші ссавці, навпаки, є червоношкірими тваринами. Для здійснення цієї функції кожна молекула цього металопротеїну потребує двох атомів міді для кожного комплексу кисню.

Ще однією відмінністю між блакитною кров'ю і червоними кров'яними тваринами є спосіб транспортування кисню. У першому гемоціанін безпосередньо присутній в гемолімфі тварини. З іншого боку, гемоглобін переноситься спеціалізованими клітинами, які називаються еритроцитами.

Деякі з гемоціанінів є одними з найбільш відомих і краще вивчених білків. Вони представляють широке структурне розмаїття і виявилися дуже корисними в широкому діапазоні медичних і терапевтичних застосувань у людей.

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Функції
    • 2.1 Інші функції
  • 3 Використання
  • 4 Посилання

Загальна характеристика

Найбільш характерними є гемоціаніни, які були виділені з молюсків. Вони є одними з найбільших відомих білків, з молекулярними масами в межах від 3,3 до 13,5 МДа.

Молюска гемоціаніни є величезними порожнистими циліндрами мультимерних глікопротеїнів, які, однак, можна виявити розчинними в гемолімфі тварини.

Однією з причин його високої розчинності є те, що гемоціаніни мають поверхню з дуже високим негативним зарядом. Вони утворюють субодиниці декамерів або мультідерева між 330 і 550 кДа, які складаються з семи паралогічних функціональних одиниць.

Паралогічний ген - це той, що виникає в результаті генетичного дублювання: паралогічний білок виникає в результаті трансляції паралогічного гена. Залежно від організації їх функціональних доменів, ці субодиниці взаємодіють один з одним, утворюючи декамери, didecameros і tridecameros.

З іншого боку, гемоціанін членистоногих є гексамерним. У рідному стані його можна знайти як інтеграл з кратних гексамерів (від 2 x 6 до 8 x 6). Кожна субодиниця важить від 70 до 75 кДа.

Інша видатна характеристика гемоціанінів полягає в тому, що вони структурно і функціонально стабільні в досить широкому діапазоні температур (від -20 ° С до 90 ° С).

В залежності від організму гемоціаніни можуть бути синтезовані в спеціалізованих органах тварини. У ракоподібних це гепатопанкреас. В інших організмах вони синтезуються, зокрема, клітинами, такими як ціаноцити хеліцератів або рогоцити молюсків.

Функції

Найбільш відома функція гемоціанінів пов'язана з їх участю в енергетичному обміні. Гемоціанін робить можливим аеробне дихання у значної більшості безхребетних.

Найважливішою біоенергетичною реакцією у тварин є дихання. На клітинному рівні дихання дозволяє деградувати молекули цукру контрольованим і послідовним способом, наприклад, для отримання енергії.

Для здійснення цього процесу необхідний остаточний акцептор електронів, який для всіх цілей є, за допомогою антиномазії, киснем. Білки, відповідальні за його захоплення і транспортування, різноманітні.

Багато з них використовують комплекс органічних кілець, які комплексують залізо для взаємодії з киснем. Гемоглобін, наприклад, використовує порфірин (гем-група).

Інші використовують такі метали, як мідь. У цьому випадку метал утворює тимчасові комплекси з амінокислотними залишками з активного сайту білка-носія.

Хоча багато мідних білків каталізують окисні реакції, гемоціаніни оборотно реагують з киснем. Окислення перевіряється на етапі, в якому мідь переходить з стану I (безбарвний) до стану II окисленого (синього).

Вона переносить кисень в гемолімфу, в якій вона становить від 50 до більш ніж 90% загального білка. Для врахування своєї важливої ​​фізіологічної ролі, хоча і з низькою ефективністю, гемоціанін можна знайти в концентраціях до 100 мг / мл.

Інші функції

Докази, накопичені за ці роки, свідчать про те, що гемоціаніни виконують інші функції, крім того, що вони виконують роль кисневих транспортерів. Гемоціаніни беруть участь в гомеостатичних і фізіологічних процесах. До них відносяться линька, транспортування гормонів, осморегуляція і зберігання білків.

З іншого боку, доведено, що гемоціаніни відіграють фундаментальну роль у вродженому імунному відповіді. Пептиди гемоціанінів і споріднені пептиди проявляють противірусну активність, а також фенолоксидазную активність. Ця остання активність, респіраторна фенолоксидаза, пов'язана з оборонними процесами проти патогенів.

Гемоціаніни також функціонують як білки-попередники пептидів з антимікробною та протигрибковою активністю. З іншого боку, було встановлено, що деякі гемоціаніни мають неспецифічну внутрішню антивірусну активність.

Ця активність не є цитотоксичною для самої тварини. У боротьбі з іншими патогенами гемоціаніни можуть агглютинироваться в присутності, наприклад, бактерій і зупиняти інфекцію.

Важливо також відзначити, що гемоціаніни беруть участь у виробництві реактивних форм кисню (ROS). ROS є фундаментальними молекулами у функціонуванні імунної системи, а також у відповідях на патогени у всіх еукаріотів.

Використання

Гемоціаніни є сильними імуностимуляторами у ссавців. З цієї причини вони використовувалися як гіпоалергенні транспортери молекул, які не здатні самостійно пробудити імунну відповідь (гаптени).

З іншого боку, вони також використовуються як ефективні транспортери гормонів, ліків, антибіотиків і токсинів. Вони також були випробувані як потенційні противірусні сполуки і як компаньйони в хімічній терапії проти раку.

Нарешті, є докази того, що гемоціаніни деяких ракоподібних проявляють протипухлинну активність у деяких експериментальних системах тварин. Лікування раку, що пройшло тестування, включає сечовий міхур, яєчники, груди і т.д..

З структурної та функціональної точки зору гемоціаніни мають свої особливості, які роблять їх ідеальними для розробки нових біологічних наноматеріалів. Вони були використані, наприклад, у генерації електрохімічних біосенсорів зі значним успіхом.

Список літератури

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Синя кров. DM Verlag доктор Мюллер, Німеччина.
  2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Різноманітні імунні функції гемоціанінів. Розвиваюча і порівняльна імунологія, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Молекулярний гемоціанін: структура, еволюція і фізіологія. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Біохімія: хімічні реакції живих клітин. Elsevier, NY, США.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Електрохімічна платформа для біосенсування на основі гемоціаніну [захищена електронною поштою] сажа гібридна нанокомпозитна плівка. Аналітичні методи, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N.T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Від океану до ліжка: терапевтичний потенціал молюсків гемоціанінів. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.