Par hemocyanins ir olbaltumvielas, kas atbild par skābekļa transportu uz šķidrā fāzē bezmugurkaulnieki ir, tikai, posmkāju un moluskiem. Hemocianīni hemolimfā pilda putnu un zīdītāju asinīs līdzīgu lomu kā hemoglobīns. Tomēr tā kā konveijera efektivitāte ir zemāka.
Tā kā hemocianīni ir olbaltumvielas, kas skābekļa slazdīšanai izmanto vara, nevis dzelzi, oksidējoties, tie kļūst zilā krāsā. Var teikt, ka dzīvnieki, kas to lieto, ir zilganasinības dzīvnieki.
Hemocianīna molekula.
Mēs, tāpat kā citi zīdītāji, gluži pretēji, esam sarkanasiņu dzīvnieki. Lai veiktu šo funkciju, katrai šī metalloproteīna molekulai ir nepieciešami divi vara atomi katram kompleksajam skābeklim.
Vēl viena atšķirība starp zilganas un sarkanasiņu dzīvniekiem ir veids, kā viņi pārvadā skābekli. Pirmajā hemocianīns tieši atrodas dzīvnieka hemolimfā. Turpretī hemoglobīnu pārvadā specializētas šūnas, ko sauc par eritrocītiem.
Daži no hemocianīniem ir vieni no pazīstamākajiem un vislabāk izpētītajiem proteīniem. Viņiem ir plaša strukturālā daudzveidība, un tie ir izrādījušies ļoti noderīgi plašā medicīniskā un terapeitiskā lietojumā cilvēkiem.
Vispārīgais raksturojums
Vislabāk raksturotie hemocianīni ir tie, kas ir izolēti no gliemjiem. Tie ir vieni no lielākajiem zināmajiem olbaltumvielām ar molekulmasu no 3,3 līdz 13,5 MDa.
Gliemju hemocianīni ir milzīgi dobi multimēru glikoproteīnu lējumi, kas tomēr šķīst dzīvnieka hemolimfā.
Viens no to augstās šķīdības iemesliem ir tas, ka hemocianīniem ir virsma ar ļoti lielu negatīvo lādiņu. Tie veido dekameru vai multidekameru apakšvienības no 330 līdz 550 kDa, kas satur apmēram septiņas paralogiskas funkcionālās vienības.
Paralogi gēns ir tāds, kas rodas no ģenētiskas dublēšanās: paraloga olbaltumviela rodas paraloga gēna tulkošanas rezultātā. Atkarībā no funkcionālo domēnu organizācijas, šīs apakšvienības mijiedarbojas savā starpā, veidojot dekamerus, didekamerus un tridekamerus.
Posmkāju hemocianīns, savukārt, ir heksamers. Savā dzimtajā stāvoklī to var atrast kā heksameru daudzkārtņu skaitli (no 2 x 6 līdz 8 x 6). Katra apakšvienība sver no 70 līdz 75 kDa.
Vēl viena izcila hemocianīnu īpašība ir tā, ka tie ir strukturāli un funkcionāli stabili diezgan plašā temperatūras diapazonā (no -20 ° C līdz vairāk nekā 90 ° C).
Atkarībā no organisma, hemocianīnus var sintezēt specializētos dzīvnieka orgānos. Vēžveidīgajos tas ir hepatopancreas. Citos organismos tie tiek sintezēti konkrētās šūnās, piemēram, chelicerātu cianocītos vai gliemju rogocītos.
Iespējas
Hemocianīnu vispazīstamākā funkcija ir saistīta ar viņu piedalīšanos enerģijas metabolismā. Hemocianīns ļauj veikt aerobo elpošanu lielākajā daļā bezmugurkaulnieku.
Vissvarīgākā bioenerģētiskā reakcija dzīvniekiem ir elpošana. Šūnu līmenī elpošana ļauj kontrolēti un secīgi sadalīt cukura molekulas, piemēram, lai iegūtu enerģiju.
Lai veiktu šo procesu, ir nepieciešams galīgais elektronu pieņemšanas līdzeklis, kas visiem nolūkiem un mērķiem ir izcili skābeklis. Olbaltumvielas, kas atbild par tā uztveršanu un transportēšanu, ir dažādas.
Daudzi no viņiem izmanto organisko gredzenu kompleksu, kas veido dzelzi, lai mijiedarbotos ar skābekli. Piemēram, hemoglobīnā tiek izmantots porfirīns (hema grupa).
Citiem tajā pašā nolūkā tiek izmantoti metāli, piemēram, varš. Šajā gadījumā metāls veido īslaicīgus kompleksus ar nesējproteīna aktīvās vietas aminoskābju atlikumiem.
Lai arī daudzi vara proteīni katalizē oksidatīvās reakcijas, hemocianīni reaģē ar skābekli atgriezeniski. Oksidēšana notiek posmā, kurā varš pāriet no I stāvokļa (bezkrāsains) uz oksidēta II stāvokli (zils).
Tas nes skābekli hemolimfā, kurā tas ir no 50 līdz vairāk nekā 90% no kopējā olbaltumvielu daudzuma. Lai ņemtu vērā tā svarīgo fizioloģisko lomu, kaut arī ar zemu efektivitāti, hecyanīna koncentrācija var sasniegt 100 mg / ml.
Citas funkcijas
Gadu gaitā uzkrātā informācija liecina, ka hemocianīni, izņemot skābekļa pārvadātājus, pilda arī citas funkcijas. Hemocianīni piedalās gan homeostatiskos, gan fizioloģiskos procesos. Tie ietver kausēšanu, hormonu transportēšanu, osmoregulāciju un olbaltumvielu uzglabāšanu.
No otras puses, ir pierādīts, ka hemocianīniem ir būtiska loma iedzimtas imūnās atbildes reakcijā. Hemocianīna peptīdi un saistītie peptīdi uzrāda pretvīrusu, kā arī fenoloksidāzes aktivitāti. Šī pēdējā darbība, elpceļu fenoksididāze, ir saistīta ar aizsardzības procesiem pret patogēniem.
Hemocianīni darbojas arī kā peptīdu prekursoru proteīni ar pretmikrobu un pretsēnīšu iedarbību. No otras puses, ir pierādīts, ka dažiem hemocianīniem ir nespecifiska pretvīrusu aktivitāte.
Šī darbība nav citotoksiska pašam dzīvniekam. Cīņā ar citiem patogēniem, piemēram, baktēriju klātbūtnē, hemocianīni var aglutināt un apturēt infekciju.
Ir arī svarīgi atzīmēt, ka hemocianīni piedalās reaktīvo skābekļa sugu (ROS) veidošanā. ROS ir pamata molekulas imūnsistēmas darbībā, kā arī reakcijā uz patogēniem visos eikariotos.
Lietojumprogrammas
Hemocianīni ir spēcīgi imūnstimulējoši līdzekļi zīdītājiem. Šī iemesla dēļ tie ir izmantoti kā hipoalerģiski molekulu pārvadātāji, kuri paši nespēj izraisīt imūno reakciju (haptēni).
No otras puses, tie ir izmantoti arī kā efektīvi hormonu, narkotiku, antibiotiku un toksīnu transportētāji. Tie ir pārbaudīti arī kā potenciāli pretvīrusu savienojumi un kā pavadoņi ķīmiskajā terapijā pret vēzi.
Visbeidzot, ir pierādījumi, ka dažu vēžveidīgo hemocianīniem ir pretvēža aktivitāte dažās izmēģinājumu dzīvnieku sistēmās. Pārbaudītajās vēža ārstēšanas procedūrās ietilpst urīnpūšļa, olnīcu, krūts u.c.
No strukturālā un funkcionālā viedokļa hemocianīniem ir savas īpašības, kas padara tos ideālus jaunu bioloģisko nanomateriālu izstrādei. Tie ir izmantoti, piemēram, elektroķīmisko bio sensoru ražošanā ar ievērojamiem panākumiem.
Atsauces
- Abids Ali, S., Abbasi, A. (011) Skorpiona hemocianīns: zilas asinis. DM Verlag Dr. Müller, Vācija.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Hemocianīnu daudzveidīgās imūnās funkcijas. Attīstības un salīdzinošā imunoloģija, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktūra, evolūcija un fizioloģija. Biofizikālie pārskati, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Bioķīmija: Dzīvu šūnu ķīmiskās reakcijas. Elsevier, NY, ASV.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektroķīmiskās biojutības platforma, kuras pamatā ir hemocianīna – NP – oglekļa melnā hibrīda nano -kompozīta filma. Analytical Methods, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) No okeāna līdz gultai: gliemju hemocianīnu terapeitiskais potenciāls. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.