Tyto hemocyaniny jsou proteiny odpovědné za transport kyslíku v v kapalné fázi v bezobratlých zahrnují výlučně, členovců a měkkýši. Hemocyaniny v hemolymfě plní roli analogickou úloze hemoglobinu v krvi u ptáků a savců. Jeho účinnost jako dopravníku je však nižší.
Protože hemocyaniny jsou proteiny, které používají měď místo železa k zachycení kyslíku, změní se při oxidaci na modrou. Dá se říci, že zvířata, která jej používají, jsou modrookrevní zvířata.
Hemocyaninová molekula.
Naopak jsme stejně jako ostatní savci červenokrevní zvířata. K provedení této funkce vyžaduje každá molekula tohoto metaloproteinu dva atomy mědi pro každý komplexovaný kyslík.
Další rozdíl mezi modrookrevnými a červenokrevnými zvířaty je způsob, jakým transportují kyslík. V prvním případě je hemocyanin přímo přítomen v hemolymfě zvířete. Hemoglobin je naopak nesen specializovanými buňkami zvanými erytrocyty.
Některé z hemocyaninů patří mezi nejznámější a nejlépe studované proteiny. Mají širokou strukturální rozmanitost a ukázaly se jako velmi užitečné v široké škále lékařských a terapeutických aplikací u lidí.
Obecné vlastnosti
Nejlépe charakterizovanými hemocyaniny jsou ty, které byly izolovány z měkkýšů. Patří mezi největší známé proteiny s molekulovou hmotností v rozmezí 3,3 až 13,5 MDa.
Hemocyaniny měkkýšů jsou obrovské duté odlitky multimerní glykoproteiny, které však lze v hemolymfě zvířete nalézt jako rozpustné.
Jedním z důvodů jejich vysoké rozpustnosti je to, že hemocyaniny mají povrch s velmi vysokým negativním nábojem. Tvoří dekamerní nebo multidekeramické podjednotky mezi 330 a 550 kDa, obsahující asi sedm paralogických funkčních jednotek.
Paralogový gen je gen, který vzniká v důsledku genetické duplikace: paralogový protein vzniká translací paralogového genu. V závislosti na organizaci jejich funkčních domén tyto podjednotky interagují spolu navzájem a vytvářejí dekamery, didecamery a tridecamery.
Naproti tomu hemocyanin členovce je hexamer. Ve svém rodném stavu je to celé číslo násobků hexamerů (od 2 x 6 do 8 x 6). Každá podjednotka váží mezi 70 a 75 kDa.
Další vynikající vlastností hemocyaninů je to, že jsou strukturálně a funkčně stabilní v poměrně širokém teplotním rozsahu (od -20 ° C do více než 90 ° C).
V závislosti na organismu mohou být hemocyaniny syntetizovány ve specializovaných orgánech zvířete. U korýšů je to hepatopankreas. V jiných organismech jsou syntetizovány zejména v buňkách, jako jsou cyanocyty chelicerátů nebo rogocyty měkkýšů.
Funkce
Nejznámější funkce hemocyaninů souvisí s jejich účastí na energetickém metabolismu. Hemocyanin umožňuje aerobní dýchání u významné většiny bezobratlých.
Nejdůležitější bioenergetickou reakcí u zvířat je dýchání. Na buněčné úrovni umožňuje dýchání řízenou a postupnou degradaci molekul cukru, například získávání energie.
K provedení tohoto procesu je nutný finální elektronový akceptor, který je pro všechny záměry a účely par excellence, kyslík. Proteiny zodpovědné za jeho zachycení a transport jsou různé.
Mnoho z nich používá komplex organických kruhů, které tvoří komplex železa, aby interagovaly s kyslíkem. Například hemoglobin používá porfyrin (skupina heme).
Jiní používají kovy jako měď pro stejný účel. V tomto případě kov tvoří dočasné komplexy s aminokyselinovými zbytky aktivního místa nosného proteinu.
Ačkoli mnoho měděných proteinů katalyzuje oxidační reakce, hemocyaniny reagují s kyslíkem reverzibilně. Oxidace probíhá v kroku, ve kterém měď přechází ze stavu I (bezbarvá) do stavu II oxidovaná (modrá).
Nese kyslík v hemolymfě, ve které představuje 50 až více než 90% celkového proteinu. Aby se vysvětlila jeho důležitá fyziologická role, i když s nízkou účinností, lze hemocyanin nalézt v koncentracích až 100 mg / ml.
Další funkce
Důkazy nashromážděné v průběhu let ukazují, že hemocyaniny slouží kromě funkce kyslíkových transportérů i jiným funkcím. Hemocyaniny se účastní jak homeostatických, tak fyziologických procesů. Patří mezi ně tání, transport hormonů, osmoregulace a ukládání proteinů.
Na druhé straně se ukázalo, že hemocyaniny hrají zásadní roli v přirozené imunitní reakci. Hemocyaninové peptidy a příbuzné peptidy vykazují antivirovou aktivitu a fenoloxidázovou aktivitu. Tato poslední aktivita, respirační fenoloxidáza, souvisí s obrannými procesy proti patogenům.
Hemocyaniny také fungují jako peptidové prekurzorové proteiny s antimikrobiální a fungicidní aktivitou. Na druhé straně se ukázalo, že některé hemocyaniny mají nespecifickou vnitřní antivirovou aktivitu.
Tato aktivita není cytotoxická pro samotné zvíře. V boji proti jiným patogenům mohou hemocyaniny aglutinovat v přítomnosti například bakterií a zastavit infekci.
Je také důležité poznamenat, že hemocyaniny se podílejí na produkci reaktivních druhů kyslíku (ROS). ROS jsou základní molekuly ve fungování imunitního systému, stejně jako v reakcích na patogeny ve všech eukaryotech.
Aplikace
Hemocyaniny jsou silnými imunostimulanty u savců. Z tohoto důvodu byly použity jako hypoalergenní transportéry molekul, které samy nemohou vyvolat imunitní odpověď (hapteny).
Na druhé straně se také používají jako účinné transportéry hormonů, léků, antibiotik a toxinů. Byly také testovány jako potenciální antivirové sloučeniny a jako společníci v chemických terapiích proti rakovině.
Nakonec existují důkazy, že hemocyaniny z některých korýšů mají protinádorovou aktivitu v některých experimentálních živočišných systémech. Testovaná léčba rakoviny zahrnuje léčbu močového měchýře, vaječníků, prsu atd.
Ze strukturálního a funkčního hlediska mají hemocyaniny své vlastní vlastnosti, díky nimž jsou ideální pro vývoj nových biologických nanomateriálů. Byly použity například při výrobě elektrochemických biosenzorů se značným úspěchem.
Reference
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Modrá krev. DM Verlag Dr. Müller, Německo.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Rozmanité imunitní funkce hemocyaninů. Vývojová a srovnávací imunologie, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktura, vývoj a fyziologie. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biochemie: Chemické reakce živých buněk. Elsevier, NY, USA.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrochemická biosensingová platforma založená na hemocyaninu - NP - hybridní sazí nano -kompozitní film. Analytical Methods, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Od oceánu k lůžku: terapeutický potenciál měkkýšových hemocyaninů. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.