Характеристики и функции на хемоцианините

на ключалка са протеини, отговорни за транспортирането на кислород в течна фаза в безгръбначните, които включват изключително артроподи и мекотели. Хемоцианините в хемолимфа играят роля аналогична на кръвния хемоглобин при птиците и бозайниците. Въпреки това, неговата ефективност като транспортьор е по-ниска.

Тъй като хемоцианините са протеини, които използват мед за улавяне на кислород вместо желязо, те се оцветяват в синьо. Може да се каже, че животните, които го използват, са сини кръвни животни.

Ние, както и другите бозайници, напротив, сме червено-кръвни животни. За да се изпълни тази функция, всяка молекула на този металопротеин изисква два медни атома за всеки кислороден комплекс.

Друга разлика между синята кръв и червените кръвни животни е как да се транспортира кислород. В първия, хемоцианин е пряко присъстващ в хемолимфата на животното. Хемоглобинът, от друга страна, се носи от специализирани клетки, наречени еритроцити.

Някои от хемоцианините са сред най-известните и най-добре проучени протеини. Те представляват голямо структурно разнообразие и се оказаха много полезни в широк спектър от медицински и терапевтични приложения при хора.

индекс

• 1 Общи характеристики
• 2 Функции
  • 2.1 Други функции
• 3 Използване
• 4 Препратки

Общи характеристики

Най-добре характеризираните хемоцианини са тези, които са били изолирани от мекотели. Те са сред най-големите известни протеини, с молекулни маси, вариращи между 3.3 и 13.5 MDa.

Хемоцианините от молюски са огромни кухи цилиндри на мултимерни гликопротеини, които обаче могат да бъдат намерени разтворими в хемолимфата на животното.

Една от причините за неговата висока разтворимост е, че хемоцианините имат повърхност с много висок отрицателен заряд. Те образуват подединици на декамери или мултидесерови между 330 и 550 kDa, които се състоят от седем паралогични функционални единици..

Паралогичен ген е такъв, който възниква от събитие на генетично дублиране: паралогичен протеин произтича от транслацията на паралогичен ген. В зависимост от организацията на техните функционални домейни, тези субединици взаимодействат помежду си, за да образуват декамери, didecameros и tridecameros.

Хемоцианинът на членестоногите, от друга страна, е хексамерен. В своето естествено състояние може да се намери като интеграл от кратните на хексамерите (от 2 х 6 до 8 х 6). Всяка субединица тежи между 70 и 75 kDa.

Друга забележителна характеристика на хемоцианините е, че те са структурно и функционално стабилни в доста широк температурен диапазон (от -20 ° С до над 90 ° С)..

В зависимост от организма, хемоцианините могат да бъдат синтезирани в специализирани органи на животното. При ракообразните това е хепатопанкреас. В други организми, те се синтезират в частност клетки като цианоцитите на хелицератите или рогоцитите на мекотелите..

функции

Най-известната функция на хемоцианините е свързана с участието им в енергийния метаболизъм. Хемоцианин прави възможно аеробното дишане при значителна част от безгръбначните.

Най-важната биоенергийна реакция при животните е дишането. На клетъчно ниво, дишането позволява деградиране на захарните молекули по контролиран и последователен начин, например за получаване на енергия.

За да се осъществи този процес, е необходим краен акцептор на електрони, който за всички цели е чрез антиномазия, кислород. Протеините, отговорни за неговото улавяне и транспортиране, са различни.

Много от тях използват комплекс от органични пръстени, които комплексират желязото, за да могат да взаимодействат с кислорода. Хемоглобин, например, използва порфирин (хем група).

Други използват метали като мед за същата цел. В този случай, металът образува временни комплекси с аминокиселинни остатъци от активното място на носещия протеин.

Въпреки че много медни протеини катализират окислителни реакции, хемоцианините реагират с кислород обратимо. Окисляването се проверява в етап, в който медът преминава от състояние I (безцветно) в състояние II окислено (синьо).

Пренася кислорода в хемолимфата, в която той представлява 50 до повече от 90% от общия протеин. За да се отчете неговата важна физиологична роля, макар и с ниска ефективност, хемоцианин може да бъде намерен в концентрации до 100 mg / mL.

Други функции

Натрупаните през годините доказателства показват, че хемоцианините изпълняват други функции, освен да действат като кислородни транспортери. Хемоцианините участват в хомеостатични и физиологични процеси. Те включват линеят, транспортиране на хормони, осморегулация и съхранение на протеини.

От друга страна е доказано, че хемоцианините играят основна роля в вродения имунен отговор. Хемоцианиновите пептиди и сродни пептиди показват антивирусна активност, както и фенолоксидазна активност. Последното действие, респираторно фенолоксидаза, е свързано с отбранителните процеси срещу патогените.

Хемоцианините функционират и като пептидни прекурсорни протеини с антимикробна и противогъбична активност. От друга страна, е установено, че някои хемоцианини имат неспецифична вътрешна антивирусна активност.

Тази активност не е цитотоксична за самото животно. В борбата срещу други патогени хемоцианините могат да се аглутинират в присъствието на, например, бактерии и да спрат инфекцията..

Важно е също да се отбележи, че хемоцианините участват в производството на реактивни кислородни видове (ROS). ROS са основни молекули във функционирането на имунната система, както и в отговорите на патогените при всички еукариоти.

приложения

Хемоцианините са силни имуностимуланти при бозайници. Поради тази причина, те са били използвани като хипоалергенни транспортери на молекули, които не са в състояние сами да пробуждат имунен отговор (хаптени).

От друга страна, те също са използвани като ефективни транспортери на хормони, лекарства, антибиотици и токсини. Те също са тествани като потенциални антивирусни съединения и като компаньони в химическите терапии срещу рак.

Накрая, има доказателства, че хемоцианините на някои ракообразни проявяват антитуморна активност в някои експериментални животински системи. Терапиите за ракови заболявания, които са били тествани, включват пикочен мехур, яйчници, гърда 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 използвани, например, при генерирането на електрохимични биосензори със значителен успех.

препратки

1. Абид Али, С., Абаси, А. (011) Скорпион хемоцианин: Синята кръв. DM Verlag Dr. Müller, Германия.
2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Разнообразни имунни функции на хемоцианини. Развитие и сравнителна имунология, 45: 43-55.
3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: структура, еволюция и физиология. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
4. Metzler, D. (2012) Биохимия: Химичните реакции на живите клетки. Elsevier, NY, САЩ.
5. Yang, P., Вие, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Електрохимична платформа за биочувствителност, базирана на хемоцианин- хибриден нанокомпозиционен филм от сажди. Аналитични методи, 5: 3168-3171.
6. Zanjani, N.T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) От океана до леглото: терапевтичният потенциал на молюскалните хемоцианини. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.