Hemotsüaniinide omadused ja funktsioonid



The hemotsüaniinid on valgud, mis vastutavad vedelas faasis hapniku transportimise eest selgrootutel, mis hõlmavad ainult lülijalgseid ja molluskeid. Hemotsüaniinid hemolümfis mängivad lindude ja imetajate veres hemoglobiiniga analoogset rolli. Siiski on selle tõhusus vedajana madalam.

Kuna hemotsüaniinid on valgud, mis kasutavad vase raua asemel hapniku lõksuks, võtavad nad oksüdeerimisel sinise värvi. Võib öelda, et seda kasutavad loomad on sinised vereloomi.

Meie, nagu teised imetajad, on vastupidi punased verised loomad. Selle funktsiooni teostamiseks vajab iga selle metalloproteiini molekul iga hapniku jaoks kaks vask-aatomit.

Teine erinevus sinise vere ja punaste vereloomade vahel on hapniku transportimine. Esimeses on hemotsüaniin vahetult olemas looma hemolümfis. Teisest küljest kannavad hemoglobiini erirakud, mida nimetatakse erütrotsüütideks.

Mõned hemotsüaniinid on üks tuntumaid ja paremini uuritud valke. Need kujutavad endast suurt struktuurilist mitmekesisust ja on osutunud väga kasulikuks mitmesugustes meditsiinilistes ja terapeutilistes rakendustes inimestel.

Indeks

  • 1 Üldised omadused
  • 2 Funktsioonid
    • 2.1 Muud funktsioonid
  • 3 Kasutamine
  • 4 Viited

Üldised omadused

Kõige paremini iseloomustatud hemotsüaniinid on need, mis on eraldatud molluskitest. Need on suurimad teadaolevad valgud, mille molekulmass on vahemikus 3,3 kuni 13,5 MDa.

Mollusk hemotsüaniinid on tohutud multimeersete glükoproteiinide õõnsad silindrid, mida võib siiski leida looma hemolümfis lahustuvaks..

Selle kõrge lahustuvuse üheks põhjuseks on see, et hemotsüaniinidel on väga kõrge negatiivse laenguga pind. Need moodustavad 330–550 kDa suuruste dekameeride või multidekamerosõlmede, mis koosnevad seitsmest paralogilisest funktsionaalsest üksusest..

Paraloogiline geen on selline, mis tuleneb geneetilise dubleerimise sündmusest: paraloogne valk tekib paraloogilise geeni translatsioonist. Sõltuvalt nende funktsionaalsete domeenide korraldusest mõjutavad need allüksused üksteisega decamers, didecameros ja tridecameros.

Lülijalgsete hemotsüaniin on seevastu heksameer. Oma natiivses olekus võib seda leida heksameeride mitmekordsete integraalidena (2 x 6 kuni 8 x 6). Iga alaühik kaalub 70 ja 75 kDa vahel.

Hemotsüaniinide veel üks silmapaistev omadus on see, et nad on struktuurselt ja funktsionaalselt stabiilsed suhteliselt laia temperatuurivahemiku (-20 ° C kuni üle 90 ° C) juures..

Sõltuvalt organismist võib hemotsüaniine sünteesida looma spetsialiseeritud organites. Koorikutel on see hepatopankreas. Teistes organismides sünteesitakse nad eriti rakkudes, nagu kelaatide tsüanotsüütides või molluskite rogotsüütides..

Funktsioonid

Hemotsüaniinide kõige tuntum funktsioon on seotud nende osalemisega energia metabolismis. Hemotsüaniin teeb aerobilise hingamise võimalikuks suurema osa selgrootutest.

Kõige olulisem bioenergeetiline reaktsioon loomadel on hingamine. Rakutasandil võimaldab hingamine suhkru molekule lagundada kontrollitult ja järjestikku, näiteks energia saamiseks.

Selle protsessi teostamiseks on vaja elektronide lõplikku aktsepteerijat, mis kõigil eesmärkidel on hapniku abil antonomia. Selle kogumise ja transpordi eest vastutavad valgud on erinevad.

Paljud neist kasutavad orgaaniliste rõngaste kompleksi, mis komplitseerib rauda, ​​et oleks võimalik hapnikuga suhelda. Hemoglobiin kasutab näiteks porfüriini (hemirühma).

Teised kasutavad samal eesmärgil metalle nagu vask. Sel juhul moodustab metalli ajutised kompleksid kandjavalgu aktiivse saidi aminohappejääkidega.

Kuigi paljud vaskvalgud katalüüsivad oksüdatiivseid reaktsioone, reageerivad hemotsüaniinid hapnikuga pöörduvalt. Oksüdeerimist kontrollitakse etapis, milles vask läbib olekust I (värvitu) kuni olekusse II oksüdeeritud (sinine).

See transpordib hapnikku hemolümfis, milles see moodustab 50 kuni 90% kogu valgust. Arvestades selle olulist füsioloogilist rolli, võib küll madala efektiivsusega hemotsüaniini leida kontsentratsioonides, mis on nii suured kui 100 mg / ml..

Muud funktsioonid

Aastate jooksul kogunenud tõendid näitavad, et hemotsüaniinid täidavad muid funktsioone peale hapniku transpordi. Hemotsüaniinid osalevad nii homeostaatilistes kui ka füsioloogilistes protsessides. Nende hulka kuuluvad molting, hormoonide transport, osmoreguleerimine ja valkude säilitamine.

Teisest küljest on tõestatud, et hemotsüaniinid mängivad olulist rolli kaasasündinud immuunvastuses. Hemotsüaniini peptiidid ja nendega seotud peptiidid näitavad nii viirusevastast aktiivsust kui ka fenoloksidaasi aktiivsust. See viimane aktiivsus, respiratoorne fenooloksidaas, on seotud patogeenide kaitsmise protsessidega.

Hemotsüaniinid toimivad ka antimikroobse ja seenevastase toimega peptiidi prekursorvalkudena. Teisest küljest on leitud, et mõnedel hemotsüaniinidel on mittespetsiifiline sisemine viirusevastane toime.

See aktiivsus ei ole looma enda jaoks tsütotoksiline. Võitluses teiste patogeenide vastu võivad hemotsüaniinid aglutineeruda näiteks bakterite juuresolekul ja infektsiooni peatada..

Samuti on oluline märkida, et hemotsüaniinid on seotud reaktiivsete hapniku liikide (ROS) tootmisega. ROS on põhilised molekulid immuunsüsteemi toimimises, samuti reaktsioonides patogeenidele kõigis eukarüootides.

Kasutamine

Hemotsüaniinid on imetajatel tugevad immunostimulandid. Sel põhjusel on neid kasutatud selliste molekulide hüpoallergilisteks transporteriteks, kes ei suuda end immuunvastust äratada (hapteenid)..

Teisest küljest on neid kasutatud ka tõhusate hormoonide, ravimite, antibiootikumide ja toksiinide transportijatena. Neid on testitud ka potentsiaalsete viirusevastaste ühenditena ja kaaslastena vähktõve vastases keemilises ravis.

Lõpuks on tõendeid selle kohta, et teatud koorikloomade hemotsüaniinidel on mõningates eksperimentaalsetes loomade süsteemides kasvajavastane toime. Testitud vähktõve raviks on põis, munasarjad, rinnad jne..

Struktuurilisest ja funktsionaalsest vaatepunktist on hemotsüaniinidel oma omadused, mis muudavad need ideaalseks uute bioloogiliste nanomaterjalide väljatöötamiseks. Neid on kasutatud näiteks elektrokeemiliste biosensorite loomisel, millel on märkimisväärne edu.

Viited

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Skorpioni hemotsüaniin: sinine veri. DM Verlag Dr. Müller, Saksamaa.
  2. Coates, C. J., Nairn, J. (2014) Hemotsüaniinide mitmekesised immuunfunktsioonid. Developmental ja Comparative Immunology, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktuur, evolutsioon ja füsioloogia. Biofüüsikalised ülevaated, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biokeemia: Elusrakkude keemilised reaktsioonid. Elsevier, NY, USA.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Elektrokeemiline biosenseerimisplatvorm, mis põhineb hemotsüaniin [e-posti kaitsega] NP- süsinik-must hübriid-nano-komposiitfilm. Analüütilised meetodid, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, N. T., Saksena, M.M., Dehghani, F., Cunningham, A.L. (2018) Ookeanist voodisse: molluskide hemotsüaniinide terapeutiline potentsiaal. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.