На хемоцианини са протеини, отговорни за кислород транспорт в на течната фаза в безгръбначни включват, изключително, членестоноги и мекотели. Хемоцианините в хемолимфа изпълняват роля, аналогична на тази на хемоглобина в кръвта при птици и бозайници. Въпреки това, неговата ефективност като конвейер е по-ниска.
Тъй като хемоцианините са протеини, които използват мед вместо желязо, за да улавят кислорода, те се оцветяват синьо, когато се окисляват. Може да се каже, че животните, които го използват, са синекръвни животни.
Молекула на хемоцианин.
Ние, като другите бозайници, напротив, сме червенокръвни животни. За да изпълни тази функция, всяка молекула от този металопротеин се нуждае от два медни атома за всеки комплексен кислород.
Друга разлика между синьокръвните и червенокръвните животни е начинът, по който пренасят кислород. В първия, хемоцианинът присъства директно в хемолимфата на животното. За разлика от него хемоглобинът се носи от специализирани клетки, наречени еритроцити.
Някои от хемоцианините са сред най-известните и най-добре изследвани протеини. Те имат голямо структурно разнообразие и са се оказали много полезни при широк спектър от медицински и терапевтични приложения при хора.
Основни характеристики
Най-добре характеризираните хемоцианини са тези, които са изолирани от мекотели. Те са сред най-големите известни протеини, с молекулни маси вариращи от 3,3 до 13,5 MDa.
Хемоцианините на молюски са огромни кухи отливки от мултимерни гликопротеини, които обаче могат да бъдат разтворими в хемолимфата на животните.
Една от причините за високата им разтворимост е, че хемоцианините имат повърхност с много висок отрицателен заряд. Те образуват декамерни или мултикамерни субединици между 330 и 550 kDa, съдържащи около седем паралогични функционални единици.
Паралог гена е този, който възниква от генетично дублиране събитие: паралогичен протеин възниква от транслацията на паралогичен ген. В зависимост от организацията на техните функционални домейни, тези субединици си взаимодействат помежду си, за да образуват декамери, didecamer и tridecamer.
За разлика от това, членестоногият хемоцианин е хексамер. В родното си състояние той може да бъде намерен като цяло число от кратни хексамери (от 2 х 6 до 8 х 6). Всяка субединица тежи между 70 и 75 kDa.
Друга изключителна характеристика на хемоцианините е, че те са структурно и функционално стабилни в доста широк температурен диапазон (от -20 ° C до повече от 90 ° C).
В зависимост от организма, хемоцианините могат да се синтезират в специализирани органи на животното. При ракообразните е хепатопанкреасът. В други организми те се синтезират в конкретни клетки като цианоцити на хеликарати или рогоцити на мекотели.
Характеристика
Най-известната функция на хемоцианините е свързана с участието им в енергийния метаболизъм. Хемоцианинът прави възможно аеробното дишане при значително мнозинство от безгръбначни.
Най-важната биоенергетична реакция при животните е дишането. На клетъчно ниво дишането позволява контролираното и последователно разграждане на захарните молекули, например, за получаване на енергия.
За осъществяването на този процес е необходим краен приемник на електрон, който за всички намерения и цели е, par excellence, кислород. Протеините, отговорни за неговото улавяне и транспортиране, са разнообразни.
Много от тях използват комплекс от органични пръстени, които комплексират желязо, за да взаимодействат с кислорода. За хемоглобин например се използва порфирин (хема група).
Други използват метали като мед за същата цел. В този случай металът образува временни комплекси с аминокиселинни остатъци от активния сайт на протеина-носител.
Въпреки че много медни протеини катализират окислителните реакции, хемоцианините реагират с кислорода обратимо. Окисляването се извършва на етап, в който медта преминава от състояние I (безцветно) до състояние II окислено (синьо).
Той носи кислород в хемолимфата, в която той представлява от 50 до повече от 90% от общия протеин. За да се отчете важната му физиологична роля, макар и с ниска ефективност, хемоцианинът може да бъде открит в концентрации до 100 mg / mL.
Други функции
Данните, натрупани през годините, показват, че хемоцианините изпълняват и други функции, освен че действат като преносители на кислород. Хемоцианините участват както в хомеостатичните, така и във физиологичните процеси. Те включват разтопяване, транспорт на хормони, осморегулация и съхранение на протеини.
От друга страна е доказано, че хемоцианините играят основна роля за вродения имунен отговор. Хемоцианиновите пептиди и сродните им пептиди показват антивирусна активност, както и фенолоксидазна активност. Тази последна дейност, респираторна фенолоксидаза, е свързана с защитните процеси срещу патогени.
Хемоцианините също функционират като пептидни прекурсорни протеини с антимикробна и противогъбична активност. От друга страна е доказано, че някои хемоцианини имат неспецифично присъщо антивирусно действие.
Тази активност не е цитотоксична за самото животно. В борбата с други патогени хемоцианините могат да аглутинират в присъствието например на бактерии и да спрат инфекцията.
Важно е също да се отбележи, че хемоцианините участват в производството на реактивни видове кислород (ROS). ROS са основни молекули във функционирането на имунната система, както и в отговорите на патогени във всички еукариоти.
Приложения
Хемоцианините са силни имуностимуланти при бозайници. Поради тази причина те са били използвани като хипоалергенни преносители за молекули, които не са в състояние сами да предизвикат имунен отговор (хаптен).
От друга страна, те също са били използвани като ефективни преносители на хормони, лекарства, антибиотици и токсини. Те също са тествани като потенциални антивирусни съединения и като спътници в химическата терапия срещу рака.
И накрая, има данни, че хемоцианините от някои ракообразни имат противотуморна активност в някои експериментални животински системи. Тестваните ракови заболявания, които са тествани, включват лечението на пикочния мехур, яйчниците, гърдата и др.
От структурна и функционална гледна точка хемоцианините имат свои собствени характеристики, които ги правят идеални за разработването на нови биологични наноматериали. Те са били използвани например при генерирането на електрохимични биосензори със значителен успех.
Препратки
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Синята кръв. ДМ Верлаг д-р Мюлер, Германия.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Разнообразни имунни функции на хемоцианините. Развитие и сравнителна имунология, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: структура, еволюция и физиология. Биофизични рецензии, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Биохимия: Химическите реакции на живите клетки. Elsevier, NY, САЩ.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Електрохимична платформа за биосенсиране на базата на хемоцианин - NP - хибрид нано на сажди -композитен филм. Аналитични методи, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) От океана до леглото: терапевтичният потенциал на молусканските хемоцианини. Текуща лекарствена химия, 25: 2292-2303.