Hemocianīnu īpašības un funkcijas



The hemocianīni ir olbaltumvielas, kas atbild par skābekļa pārvadāšanu šķidrā fāzē bezmugurkaulniekiem, kuros ietilpst tikai posmkāji un gliemji. Hemocianīniem hemolimfā ir līdzīga loma asins hemoglobīna koncentrācijai putniem un zīdītājiem. Tomēr tā kā pārvadātāja efektivitāte ir zemāka.

Tā kā hemocianīni ir olbaltumvielas, kas izmanto dzelzi, lai notvertu skābekli, nevis dzelzi, oksidējot tās uzņem zilo krāsu. Var teikt, ka dzīvnieki, kas to izmanto, ir zilie asins dzīvnieki.

Mēs, tāpat kā citi zīdītāji, gluži pretēji, ir sarkanās asinis. Lai veiktu šo funkciju, katrai šī metalloproteīna molekulai ir vajadzīgi divi vara atomi katram skābekļa kompleksam.

Vēl viena atšķirība starp zilajām asinīm un sarkanajiem asins dzīvniekiem ir, kā transportēt skābekli. Pirmajā gadījumā hemocianīns tieši atrodas dzīvnieka hemolimfā. No otras puses, hemoglobīnu pārvadā specializētas šūnas, ko sauc par eritrocītiem.

Daži no hemocianīniem ir viens no pazīstamākajiem un vislabāk pētītajiem proteīniem. Tie ir plaši strukturāli daudzveidīgi un ir izrādījušies ļoti noderīgi dažādos medicīniskos un terapeitiskos lietojumos cilvēkiem.

Indekss

  • 1 Vispārīgi raksturlielumi
  • 2 Funkcijas
    • 2.1 Citas funkcijas
  • 3 Lietojumi
  • 4 Atsauces

Vispārīgās īpašības

Vislabāk raksturotie hemocianīni ir tie, kas izolēti no gliemjiem. Tie ir viens no lielākajiem zināmiem proteīniem, kuru molekulmasa svārstās no 3,3 līdz 13,5 MDa.

Mollusk hemocianīni ir milzīgi daudzslāņu glikoproteīnu cilindri, kas tomēr var šķist šķīstoši dzīvnieka hemolimfā..

Viens no iemesliem, kāpēc tā ir labi šķīstoša, ir tas, ka hemocianīniem ir virsma ar ļoti augstu negatīvo lādiņu. Tās veido dekameru vai multidekameru apakšvienības starp 330 un 550 kDa, kas sastāv no septiņām paralogiskām funkcionālām vienībām..

Paralogisks gēns ir tāds, kas rodas no ģenētiskās dublēšanās: paralogisks proteīns rodas no paralogiskā gēna translācijas. Atkarībā no to funkcionālo domēnu organizācijas šīs apakšvienības savstarpēji mijiedarbojas, lai veidotu maldinātājus, didekamerus un tridekamerus..

No posmkāju hemocianīna, no otras puses, ir heksamers. Savā dzimtajā stāvoklī to var atrast kā heksamēru daudzkārtņu integrālu (no 2 x 6 līdz 8 x 6). Katra apakšvienība sver no 70 līdz 75 kDa.

Vēl viena izcila hemocianīnu īpašība ir tā, ka tās ir strukturāli un funkcionāli stabilas diezgan plašā temperatūras diapazonā (no -20ºC līdz vairāk nekā 90 ° C)..

Atkarībā no organisma hemocianīnus var sintezēt dzīvnieka specializētajos orgānos. Vēžveidīgajos tas ir hepatopankreas. Citos organismos tos sintezē konkrētās šūnās, piemēram, helikerātu cianocītos vai mīkstmiešu rogocītos..

Funkcijas

Vispazīstamākā hemocianīnu funkcija ir saistīta ar viņu dalību enerģētiskajā vielmaiņā. Hemocianīns nodrošina aerobo elpošanu nozīmīgā lielākā daļa bezmugurkaulnieku.

Svarīgākā bioenerģiskā reakcija dzīvniekiem ir elpošana. Šūnu līmenī elpošana ļauj kontrolēt un secīgi noārdīt cukura molekulas, piemēram, iegūt enerģiju.

Lai veiktu šo procesu, ir vajadzīgs galīgais elektronu akcents, kas visos nolūkos, izmantojot antonomiju, ir skābeklis. Dažādi ir proteīni, kas ir atbildīgi par tās uztveršanu un transportēšanu.

Daudzi no viņiem izmanto organisko gredzenu kompleksu, kas komplekso dzelzi, lai varētu mijiedarboties ar skābekli. Piemēram, hemoglobīns izmanto porfirīnu (heme grupu).

Citi izmanto tādus pašus mērķus kā metāli. Šajā gadījumā metāls veido pagaidu kompleksus ar aminoskābju atlikumiem no nesējproteīna aktīvās vietas.

Lai gan daudzi vara proteīni katalizē oksidatīvās reakcijas, hemocianīni reaģē ar skābekli atgriezeniski. Oksidāciju pārbauda tādā posmā, kurā vara no I stāvokļa (bezkrāsains) nonāk oksidētā stāvoklī (zils).

Tas transportē skābekli hemolimfā, kurā tas veido 50 līdz vairāk nekā 90% no kopējā olbaltumvielu daudzuma. Lai ņemtu vērā tās svarīgo fizioloģisko lomu, lai gan ar zemu efektivitāti, hemocianīnu var atrast līdz pat 100 mg / ml koncentrācijā..

Citas funkcijas

Gadu gaitā uzkrātie pierādījumi liecina, ka hemocianīni pilda citas funkcijas, nevis darbojas kā skābekļa pārvadātāji. Hemocianīni piedalās gan homeostatiskos, gan fizioloģiskos procesos. Tie ietver molting, hormonu transportēšanu, osmoregulāciju un proteīnu uzglabāšanu.

No otras puses, ir pierādīts, ka hemocianīniem ir būtiska loma iedzimtajā imūnreakcijā. Hemocianīna peptīdi un ar tiem saistītie peptīdi uzrāda pretvīrusu aktivitāti, kā arī fenoloksidāzes aktivitāti. Šī pēdējā darbība, respiratorā fenoloksidāze, ir saistīta ar aizsardzības procesiem pret patogēniem.

Hemocianīni darbojas arī kā peptīdu prekursoru proteīni ar antimikrobiālu un pretsēnīšu darbību. No otras puses, ir konstatēts, ka dažiem hemocianīniem piemīt nespecifiska iekšēja pretvīrusu aktivitāte.

Šī darbība nav citotoksiska pašam dzīvniekam. Cīņā pret citiem patogēniem hemocianīni var aglutēt, piemēram, baktēriju klātbūtnē un apturēt infekciju..

Ir svarīgi arī atzīmēt, ka hemocianīni ir iesaistīti reaktīvo skābekļa sugu (ROS) ražošanā. ROS ir būtiskas molekulas imūnsistēmas funkcionēšanā, kā arī reakcijās uz patogēniem visos eukariotos.

Lietojumi

Hemocianīni ir spēcīgi imūnstimulatori zīdītājiem. Šī iemesla dēļ tie ir izmantoti kā hipoalerģiski molekulu pārvadātāji, kas nespēj paši pamodināt imūnās atbildes (haptēnus)..

No otras puses, tie ir izmantoti arī kā efektīvi hormonu, narkotiku, antibiotiku un toksīnu pārvadātāji. Tie ir arī pārbaudīti kā potenciāli pretvīrusu savienojumi un kā pavadoņi ķīmiskā terapijā pret vēzi.

Visbeidzot, ir pierādījumi, ka dažu vēžveidīgo hemocianīniem dažās eksperimentālās dzīvnieku sistēmās piemīt pretvēža aktivitāte. Apstrādāti vēzi, kas ir pārbaudīti, ir urīnpūšļa, olnīcu, krūšu utt..

No strukturālā un funkcionālā viedokļa hemocianīniem ir savas īpašības, kas padara tās ideāli piemērotas jaunu bioloģisko nanomateriālu izstrādei. Tie ir izmantoti, piemēram, elektroķīmisko biosensoru radīšanā ar ievērojamiem panākumiem.

Atsauces

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: zilā asinis. DM Verlag Dr. Müller, Vācija.
  2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Daudzveidīgas hemocianīnu imūnfunkcijas. Developmental un Comparative Immunology, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktūra, evolūcija un fizioloģija. Biofizikālās atsauksmes, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biochemistry: Dzīvo šūnu ķīmiskās reakcijas. Elsevier, NY, USA.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektroķīmiskā biosensēšanas platforma, kuras pamatā ir hemocianīna [e-pasts aizsargāts] oglekļa melnā hibrīda nano-kompozīta plēve. Analītiskās metodes, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N. T., Saksena, M.M., Dehgani, F., Cunningham, A.L. (2018) No okeāna līdz gultai: mīkstmiešu hemocianīnu terapeitiskais potenciāls. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.