Kenmerken en functies van hemocyaninen

de sleutelgat zijn eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het transport van zuurstof in vloeibare fase in ongewervelde dieren die uitsluitend geleedpotigen en weekdieren omvatten. Hemocyanines in hemolymfe spelen een rol analoog aan bloedhemoglobine bij vogels en zoogdieren. De efficiëntie als een transporter is echter lager.

Omdat hemocyanines eiwitten zijn die koper gebruiken om zuurstof in plaats van ijzer op te vangen, krijgen ze bij het oxideren een blauwe kleur. Men kan zeggen dat de dieren die het gebruiken blauwe bloeddieren zijn.

Wij, net als andere zoogdieren, daarentegen, zijn roodbloedige dieren. Om deze functie uit te voeren heeft elk molecuul van dit metalloproteïne twee koperatomen nodig voor elke gecomplexeerde zuurstof.

Een ander verschil tussen blauw bloed en dieren met een rood bloed is het transport van zuurstof. In de eerste is hemocyanine direct aanwezig in de hemolymfe van het dier. Hemoglobine, aan de andere kant, wordt gedragen door gespecialiseerde cellen die erytrocyten worden genoemd.

Sommige hemocyanines behoren tot de best bekende en best bestudeerde eiwitten. Ze bieden een brede structurele diversiteit en hebben bewezen zeer nuttig te zijn in een breed scala van medische en therapeutische toepassingen bij mensen.

index

• 1 Algemene kenmerken
• 2 functies
  • 2.1 Andere functies
• 3 Gebruik
• 4 Referenties

Algemene kenmerken

De best gekarakteriseerde hemocyaninen zijn die welke zijn geïsoleerd uit weekdieren. Dit zijn enkele van de grootste bekende eiwitten, met moleculaire massa's variërend van 3,3 tot 13,5 MDa.

De hemocyanines van weekdieren zijn enorme holle cilinders van multimere glycoproteïnen, die echter oplosbaar kunnen zijn in de hemolymfe van het dier..

Een van de redenen voor zijn hoge oplosbaarheid is dat hemocyanines een oppervlak hebben met een zeer hoge negatieve lading. Ze vormen subeenheden van decamers of multidecameros tussen 330 en 550 kDa, die uit zeven paralogische functionele eenheden bestaan..

Een paralogisch gen is er een dat ontstaat uit een gebeurtenis van genetische duplicatie: een paralogisch eiwit ontstaat uit de translatie van een paralogisch gen. Afhankelijk van de organisatie van hun functionele domeinen, interageren deze subeenheden met elkaar om decamers, didecameros en tridecameros te vormen.

Het hemocyanine van geleedpotigen, aan de andere kant, is hexameer. In zijn oorspronkelijke staat kan het worden gevonden als een integraal van veelvouden van hexameren (van 2 x 6 tot 8 x 6). Elke subeenheid weegt tussen 70 en 75 kDa.

Een ander opmerkelijk kenmerk van hemocyanines is dat ze structureel en functioneel stabiel zijn over een vrij groot temperatuurbereik (van -20ºC tot meer dan 90ºC).

Afhankelijk van het organisme kunnen hemocyanines worden gesynthetiseerd in gespecialiseerde organen van het dier. Bij kreeftachtigen zijn het de hepatopancreas. In andere organismen worden ze gesynthetiseerd in bepaalde cellen zoals de cyanocyten van cheliceraten of de rogocyten van weekdieren.

functies

De meest bekende functie van hemocyanines heeft te maken met hun deelname aan het energiemetabolisme. Hemocyanine maakt aërobe ademhaling mogelijk bij een aanzienlijke meerderheid van ongewervelde dieren.

De belangrijkste bio-energetische reactie bij dieren is ademhalen. Op cellulair niveau maakt ademhaling het mogelijk om suikermoleculen op een gecontroleerde en opeenvolgende manier af te breken, bijvoorbeeld om energie te verkrijgen.

Om dit proces uit te voeren, is een laatste acceptor van elektronen vereist, die voor alle doeleinden door antonomasia zuurstof is. De eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het vangen en transport ervan zijn gevarieerd.

Velen van hen gebruiken een complex van organische ringen die ijzer complexeren om met zuurstof in contact te kunnen komen. Hemoglobine gebruikt bijvoorbeeld een porfyrine (heemgroep).

Anderen gebruiken metalen zoals koper voor hetzelfde doel. In dit geval vormt het metaal tijdelijke complexen met aminozuurresten van de actieve plaats van het dragereiwit.

Hoewel veel kopereiwitten oxidatieve reacties katalyseren, reageren hemocyanines omkeerbaar met zuurstof. Oxidatie wordt geverifieerd in een stap waarin koper van toestand I (kleurloos) overgaat naar toestand II geoxideerd (blauw).

Het transporteert zuurstof in de hemolymfe, waarin het 50 tot meer dan 90% van het totale eiwit vertegenwoordigt. Om rekening te houden met de belangrijke fysiologische rol ervan, hoewel hemocyanine met lage efficiëntie kan worden gevonden in concentraties zo hoog als 100 mg / ml.

Andere functies

Bewijs dat in de loop van de jaren is opgebouwd, wijst erop dat hemocyanines andere functies vervullen dan alleen als zuurstoftransporteurs. Hemocyanines nemen deel aan zowel homeostatische als fysiologische processen. Deze omvatten rui, transport van hormonen, osmoregulatie en opslag van eiwitten.

Het is echter bewezen dat hemocyanines een fundamentele rol spelen in de aangeboren immuunrespons. De hemocyanine-peptiden en verwante peptiden vertonen antivirale activiteit evenals fenoloxidase-activiteit. Deze laatste activiteit, respiratoir fenoloxidase, houdt verband met verdedigingsprocessen tegen pathogenen.

Hemocyaninen functioneren ook als peptideprecursoreiwitten met antimicrobiële en antischimmelactiviteit. Er is echter gevonden dat sommige hemocyaninen niet-specifieke intrinsieke antivirale activiteit hebben.

Deze activiteit is niet cytotoxisch voor het dier zelf. In de strijd tegen andere pathogenen kunnen hemocyanines agglutineren in aanwezigheid van bijvoorbeeld bacteriën en de infectie stoppen.

Het is ook belangrijk op te merken dat hemocyanines betrokken zijn bij de productie van reactieve zuurstofspecies (ROS). ROS zijn fundamentele moleculen in het functioneren van het immuunsysteem, evenals in de reacties op pathogenen in alle eukaryoten.

toepassingen

Hemocyanines zijn sterke immunostimulantia bij zoogdieren. Om deze reden zijn ze gebruikt als hypoallergene transporters van moleculen die niet in staat zijn om zelf een immuunreactie op te wekken (haptens).

Aan de andere kant zijn ze ook gebruikt als efficiënte transporteurs van hormonen, medicijnen, antibiotica en toxines. Ze zijn ook getest als potentiële antivirale verbindingen en als metgezellen in chemische therapieën tegen kanker.

Tenslotte is er bewijs dat de hemocyanines van bepaalde kreeftachtigen antitumoractiviteit vertonen in sommige experimentele dierensystemen. Behandelingen voor kankers die zijn getest omvatten blaas, eierstok, borst, enz..

Vanuit structureel en functioneel oogpunt hebben hemocyanines hun eigen kenmerken waardoor ze ideaal zijn voor de ontwikkeling van nieuwe biologische nanomaterialen. Ze zijn bijvoorbeeld gebruikt bij het genereren van elektrochemische biosensoren met aanzienlijk succes.

referenties

1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpionhemocyanine: het blauwe bloed. DM Verlag Dr. Müller, Duitsland.
2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Diverse immuunfuncties van hemocyanines. Developmental and Comparative Immunology, 45: 43-55.
3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan-hemocyanine: structuur, evolutie en fysiologie. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
4. Metzler, D. (2012) Biochemie: de chemische reacties van levende cellen. Elsevier, NY, VS..
5. Yang, P., U, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., Hij, X. Zhou, J. (2013) Elektrochemische biosensoren platform gebaseerd op een hemocyanin- [email protected] NP carbonzwart hybride nano-composietfilm. Analytical Methods, 5: 3168-3171.
6. Zanjani, T. N., Saksena, M. M., Dehghani, F., Cunningham, A. L. (2018) Van oceaan naar bed: het therapeutisch potentieel van molluscan hemocyanines. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.