Ці равлики представляють собою білки , відповідальні за транспорт кисню в в рідкій фазі в безхребетних включають в себе, виключно, членистоногих і молюсків. Гемоціаніни в гемолімфі виконують роль, аналогічну ролі гемоглобіну в крові у птахів та ссавців. Однак його ефективність як транспортера нижча.
Оскільки гемоціаніни є білками, які використовують мідь замість заліза для захоплення кисню, вони окислюються синім кольором. Можна сказати, що тварини, які його використовують, - синьокровні тварини.
Молекула гемоціаніну.
Ми, як і інші ссавці, навпаки, є червонокровними тваринами. Для виконання цієї функції кожній молекулі цього металопротеїну потрібно два атоми міді на кожен складний кисень.
Ще одна відмінність синьокровних від червонокровних тварин - це спосіб транспортування кисню. У першому гемоціанін безпосередньо присутній у гемолімфі тварини. Гемоглобін, навпаки, переноситься спеціалізованими клітинами, які називаються еритроцитами.
Деякі з гемоціанінів належать до числа найбільш відомих і найбільш вивчених білків. Вони мають широке структурне різноманіття і виявилися дуже корисними у широкому діапазоні медичних та терапевтичних застосувань у людей.
Загальна характеристика
Найкраще характеризуються гемоціаніни - ті, які були виділені з молюсків. Це одні з найбільших відомих білків, молекулярні маси яких становлять від 3,3 до 13,5 МДа.
Гемоціаніни молюсків - це величезні порожнисті відливи мультимерних глікопротеїнів, які, однак, можуть бути розчинними в гемолімфі тварини.
Однією з причин їх високої розчинності є те, що гемоціаніни мають поверхню з дуже високим негативним зарядом. Вони утворюють декамерні або багатокамерні субодиниці між 330 і 550 кДа, що містять близько семи паралогічних функціональних одиниць.
Паралог-ген - це той, який виникає внаслідок події генетичного дублювання: білок паралогу виникає при трансляції гена паралога. Залежно від організації своїх функціональних доменів, ці підрозділи взаємодіють між собою, утворюючи декамери, дідекамери та тридекамери.
Гемоціанін членистоногих, навпаки, є гексамером. У рідному стані його можна зустріти як ціле число кратних гексамерів (від 2 х 6 до 8 х 6). Кожна субодиниця важить від 70 до 75 кДа.
Ще одна видатна характеристика гемоціанінів полягає в тому, що вони є структурно і функціонально стійкими в досить широкому діапазоні температур (від -20 ° С до понад 90 ° С).
Залежно від організму гемоціаніни можуть синтезуватися в спеціалізованих органах тварини. У ракоподібних це гепатопанкреас. В інших організмах вони синтезуються в особливих клітинах, таких як ціаноцити хелікератів або рогоцити молюсків.
Особливості
Найвідоміша функція гемоціанінів пов'язана з їх участю в енергетичному обміні. Гемоціанін робить аеробне дихання можливим у значної більшості безхребетних.
Найважливішою біоенергетичною реакцією у тварин є дихання. На клітинному рівні дихання дозволяє контролювати і послідовно деградувати молекули цукру, наприклад, отримувати енергію.
Для здійснення цього процесу потрібен кінцевий акцептор електронів, який для всіх цілей і цілей - це бездоганний кисень. Білки, що відповідають за його захоплення та транспортування, різноманітні.
Багато з них використовують комплекс органічних кілець, які комплексують залізо для взаємодії з киснем. Наприклад, для гемоглобіну використовується порфірин (група гема).
Інші використовують метали, такі як мідь, з тією ж метою. У цьому випадку метал утворює тимчасові комплекси з амінокислотними залишками активного сайту білка-носія.
Хоча багато білків міді каталізують окислювальні реакції, гемоціаніни зворотно реагують з киснем. Окислення відбувається на етапі, коли мідь переходить із стану I (безбарвний) до стану II, окисленого (синій).
Він несе кисень у гемолімфі, в якому він становить від 50 до понад 90% всього білка. Для врахування його важливої фізіологічної ролі, хоча при низькій ефективності, вміст гемоціаніну може знаходитися в концентраціях до 100 мг / мл.
Інші функції
Дані, накопичені за ці роки, свідчать про те, що гемоціаніни виконують інші функції, окрім того, що вони виступають транспортерами кисню. Гемоціаніни беруть участь як у гомеостатичних, так і у фізіологічних процесах. До них відносяться линька, транспорт гормонів, осморегуляція та зберігання білка.
З іншого боку, було доведено, що гемоціаніни відіграють основну роль у вродженій імунній відповіді. Пептиди гемоціаніну та споріднені пептиди виявляють як противірусну активність, так і фенолоксидазну активність. Ця остання активність, респіраторна фенолоксидаза, пов'язана з захисними процесами проти збудників хвороб.
Гемоціаніни також функціонують як білки-попередники пептидів з антимікробною та протигрибковою активністю. З іншого боку, було доведено, що деякі гемоціаніни мають неспецифічну внутрішню противірусну активність.
Ця активність не є цитотоксичною для самої тварини. У боротьбі з іншими збудниками гемоціаніни можуть агглютинуватися у присутності, наприклад, бактерій та зупинити інфекцію.
Важливо також зазначити, що гемоціаніни беруть участь у виробництві реактивних видів кисню (ROS). ROS - це основні молекули у функціонуванні імунної системи, а також у реакціях на патогени у всіх еукаріотів.
Програми
Гемоціаніни - сильні імуностимулятори у ссавців. З цієї причини їх використовували як гіпоалергенні транспортери молекул, які не здатні викликати імунну відповідь самостійно (гаптени).
З іншого боку, вони також використовуються як ефективні транспортери гормонів, препаратів, антибіотиків та токсинів. Вони також перевірені як потенційні противірусні сполуки та як супутники в хімічній терапії проти раку.
Нарешті, є дані, що гемоціаніни деяких ракоподібних мають протипухлинну активність у деяких експериментальних тваринних системах. Тестування раку, яке було протестовано, включає сечовий міхур, яєчники, груди тощо.
З структурної та функціональної точки зору гемоціаніни мають свої особливості, які роблять їх ідеальними для розробки нових біологічних наноматеріалів. Вони були використані, наприклад, при генерації електрохімічних біосенсорів із значним успіхом.
Список літератури
- Абід Алі, С., Аббасі, А. (011) Гемоціанін Скорпіона: Синя кров. Доктор Мюллер, Німеччина.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Різноманітні імунні функції гемоціанінів. Розвивальна та порівняльна імунологія, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: структура, еволюція та фізіологія. Біофізичні огляди, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Біохімія: хімічні реакції живих клітин. Elsevier, Нью-Йорк, США.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Електрохімічна платформа біочутливості на основі гемоціаніну - NP - гібриду нано-сажі -складена плівка. Аналітичні методи, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Від океану до ліжка: терапевтичний потенціал молюска гемоціанінів. Поточна лікарська хімія, 25: 2292-2303.