A hemocianinok olyan fehérjék, amelyek felelősek a gerinctelen állatok folyadékfázisában az oxigén szállításáért, ide értve kizárólag az ízeltlábúakat és a puhatestűeket. A hemolimfában található hemocianinok hasonló szerepet töltenek be a madarak és emlősök vérében a hemoglobin szerepével. Ennek hatékonysága szállítószalagként azonban alacsonyabb.
Mivel a hemocianinok olyan fehérjék, amelyek vas helyett réz felhasználják az oxigén becsapódását, oxidációkor kékké válnak. Azt mondhatjuk, hogy az állatok, akik ezt használják, kékvérű állatok.
Hemocianin molekula.
Mi, mint más emlősök, éppen ellenkezőleg, vörösvérű állatok vagyunk. Ennek a funkciónak a teljesítéséhez a metalloprotein minden egyes molekulájához két réz atom szükséges minden komplexált oxigénhez.
A kék- és vörösvéres állatok közötti másik különbség az oxigén szállításának módja. Az előbbiben a hemocianin közvetlenül jelen van az állat hemolimfájában. A hemoglobint ezzel szemben a vörösvértesteknek nevezett speciális sejtek hordozzák.
Néhány hemocianin a legismertebb és a legjobban tanulmányozott fehérjék közé tartozik. Széles szerkezeti sokféleségük van, és bebizonyították, hogy nagyon hasznosak az emberek gyógyászati és terápiás alkalmazásának széles körében.
Általános tulajdonságok
A legjobban jellemzett hemocianinok azok, amelyeket puhatestűekből izoláltak. Ezek a legnagyobb ismert fehérjék, amelyek molekulatömege 3,3 és 13,5 MDa között van.
A puhatestű hemocianinok hatalmas üreges multimer glikoproteinek öntvények, amelyek azonban oldódnak az állat hemolimfájában.
Magas oldhatóságának egyik oka az, hogy a hemocianinek felülete nagyon magas negatív töltéssel rendelkezik. Dekamer vagy multidekamer alegységeket képeznek, amelyek 330 és 550 kDa közötti, körülbelül hét paralogikus funkcionális egységet tartalmaznak.
Egy paralogue gén genetikai párhuzamos eseményből származik: egy paralogue protein egy paralogue gén transzlációjából származik. A funkcionális domének megszervezésétől függően ezek az alegységek kölcsönhatásba lépnek, hogy dekamerokat, didekamereket és tridekamerákat képezzenek.
A ízeltlábúak hemocianin ezzel szemben hexamer. Natív állapotában hexamer többszöröseinek egész számát képezi (2 x 6-tól 8 x 6-ig). Minden alegység súlya 70 és 75 kDa között van.
A hemocianinek másik kiemelkedő tulajdonsága az, hogy szerkezetileg és funkcionálisan stabilak meglehetősen széles hőmérsékleti tartományban (-20 ° C-tól több mint 90 ° C-ig).
A szervezettől függően, a hemocianinok az állat speciális szerveiben szintetizálhatók. A rákfélékben a hepatopancreas. Más szervezetekben azokat különös sejtekben szintetizálják, mint például a chelicerátumok cianocitái vagy puhatestűek rogocitái.
Jellemzők
A hemocianinek legismertebb funkciója az energiacserében való részvételük. A hemocianin a gerinctelenek jelentős többségében lehetővé teszi az aerob légzést.
Az állatokban a legfontosabb bioenergetikus reakció a légzés. Sejtek szintjén a légzés lehetővé teszi például a cukormolekulák szabályozott és egymást követő lebontását, hogy energiát nyerjenek.
Ennek a folyamatnak a végrehajtásához egy végleges elektronakceptorra van szükség, amely minden szempontból és célból, par excellence, oxigén. A befogásáért és szállításáért felelős fehérjék változatosak.
Sokan szerves gyűrűkből álló komplexet használnak, amely komplexálja a vasat az oxigénnel való kölcsönhatás céljából. A hemoglobin például egy porfirint (hem csoport) használ.
Mások ugyanilyen célokra fémeket, például rézet használnak. Ebben az esetben a fém ideiglenes komplexeket képez a hordozófehérje aktív helyének aminosavmaradékaival.
Bár sok rézfehérje katalizálja az oxidatív reakciókat, a hemocianinek reverzibilis reakcióba lépnek az oxigénnel. Az oxidációt egy lépésben hajtjuk végre, amelyben a réz az I. állapotból (színtelen) a II. Állapotba oxidálódott (kék).
Az oxigént hordozza a hemolimfában, amelyben az összfehérje 50–90% -át képviseli. Fontos fiziológiás szerepének figyelembevétele érdekében, bár alacsony hatékonyságú, a hemocianin akár 100 mg / ml koncentrációban is megtalálható.
Egyéb funkciók
Az évek során összegyűjtött bizonyítékok azt mutatják, hogy a hemocianinok más funkciókat is ellátnak, kivéve az oxigén transzportereket. A hemocianinok mind homeosztatikus, mind élettani folyamatokban részt vesznek. Ide tartoznak az olvadás, a hormonszállítás, az ozmoreguláció és a fehérje tárolása.
Másrészt bebizonyosodott, hogy a hemocianinek alapvető szerepet játszanak a veleszületett immunválaszban. A hemocianin peptidek és rokon peptidek antivirális, valamint fenoloxidáz aktivitást mutatnak. Ez az utolsó tevékenység, a légzési fenoloxidáz, a kórokozók elleni védekezési folyamatokhoz kapcsolódik.
A hemocianinok antimikrobiális és gombaellenes aktivitással rendelkező peptid prekurzorfehérjékként is funkcionálnak. Másrészt, bebizonyosodott, hogy egyes hemocianinek nem-specifikus belső vírusellenes aktivitással rendelkeznek.
Ez az aktivitás nem citotoxikus magára az állatra. Más kórokozók elleni küzdelemben a hemocianinok például baktériumok jelenlétében agglutinálódhatnak és megállíthatják a fertőzést.
Fontos megjegyezni, hogy a hemocianinok részt vesznek a reaktív oxigénfajok (ROS) előállításában. A ROS alapvető molekulák az immunrendszer működésében, valamint az összes eukarióta kórokozókra adott válaszában.
Alkalmazások
A hemocianinok erős immunstimulánsok emlősökben. Ezért olyan molekulák hipoalergén transzportereiként használják őket, amelyek önmagukban nem képesek immunválasz kiváltására (haptenek).
Másrészt a hormonok, gyógyszerek, antibiotikumok és méreganyagok hatékony transzportereiként is felhasználták őket. Vizsgálták őket potenciális vírusellenes vegyületekként és társaként a rák elleni kémiai terápiákban is.
Végül bizonyítékok vannak arra, hogy egyes rákfélék hemocianinjai daganatellenes hatással rendelkeznek egyes kísérleti állati rendszerekben. A tesztelt rákkezelések közé tartozik a húgyhólyag, petefészek, emlő stb.
Szerkezeti és funkcionális szempontból a hemocianinek megvannak a sajátosságai, amelyek ideálisak új biológiai nanomatermékek kifejlesztésére. Ezeket például felhasználták az elektrokémiai bioszenzorok előállításához, jelentős sikerrel.
Irodalom
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Skorpió hemocianin: A kék vér. DM Verlag Dr. Müller, Németország.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) A hemocianinek változatos immunfunkciói. Fejlődési és összehasonlító immunológia, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: szerkezet, evolúció és élettan. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biokémia: Az élő sejtek kémiai reakciói. Elsevier, NY, USA.
- Yang, P., Te, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Hemocianin – NP – korom hibrid nano-alapú elektrokémiai bioszenzációs platform. -kompozit film. Analytical Methods, 5, 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Az óceántól az ágyig: a puhatestű hemocianinok terápiás potenciálja. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.