Χαρακτηριστικά και λειτουργίες αιμοκυανινών

Το αιμοκυανίνες είναι πρωτεΐνες υπεύθυνες για τη μεταφορά οξυγόνου σε υγρή φάση σε ασπόνδυλα που περιλαμβάνουν, αποκλειστικά, αρθρόποδα και μαλάκια. Οι αιμοκυανίνες στην αιμολυμφή παίζουν ρόλο ανάλογο με την αιμοσφαιρίνη του αίματος σε πτηνά και θηλαστικά. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητά του ως μεταφορέα είναι χαμηλότερη.

Δεδομένου ότι οι αιμοκυανίνες είναι πρωτεΐνες που χρησιμοποιούν χαλκό για να παγιδεύουν οξυγόνο αντί για σίδηρο, παίρνουν ένα μπλε χρώμα όταν οξειδώνονται. Μπορεί να ειπωθεί ότι τα ζώα που το χρησιμοποιούν είναι μπλε ζώα αίματος.

Εμείς, όπως και άλλα θηλαστικά, αντίθετα, είμαστε ερυθροκύτταρα. Για να πραγματοποιηθεί αυτή η λειτουργία, κάθε μόριο αυτής της μεταλλοπρωτεΐνης απαιτεί δύο άτομα χαλκού για κάθε σύμπλεγμα οξυγόνου.

Μια άλλη διαφορά μεταξύ του μπλε αίματος και των ερυθρών αιμοφόρων ζώων είναι ο τρόπος μεταφοράς του οξυγόνου. Στην πρώτη, η αιμοκυανίνη ευρίσκεται ευθέως στην αιμολυμίδα του ζώου. Η αιμοσφαιρίνη, από την άλλη πλευρά, μεταφέρεται από εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται ερυθροκύτταρα.

Ορισμένες από τις αιμοκυανίνες είναι από τις πιο γνωστές και μελετημένες πρωτεΐνες. Παρουσιάζουν μια ευρεία δομική ποικιλομορφία και έχουν αποδειχθεί πολύ χρήσιμες σε ένα ευρύ φάσμα ιατρικών και θεραπευτικών εφαρμογών στον άνθρωπο.

Ευρετήριο

• 1 Γενικά χαρακτηριστικά
• 2 Λειτουργίες
  • 2.1 Άλλες λειτουργίες
• 3 Χρήσεις
• 4 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Οι καλύτερα χαρακτηρισμένες αιμοκυανίνες είναι αυτές που έχουν απομονωθεί από τα μαλάκια. Αυτές είναι από τις μεγαλύτερες γνωστές πρωτεΐνες, με μοριακές μάζες κυμαινόμενες μεταξύ 3.3 και 13.5 MDa.

Αιμοκυανίνες Μαλακίων είναι τεράστιες κοίλους κυλίνδρους πολυμερική γλυκοπρωτεΐνες οι οποίες, ωστόσο, μπορεί να είναι τόσο διαλυτοί στην αιμολέμφο του ζώου.

Ένας από τους λόγους για την υψηλή διαλυτότητά του είναι ότι οι αιμοκυανίνες έχουν μια επιφάνεια με πολύ υψηλό αρνητικό φορτίο. Δημιουργούν υπομονάδες αποκωδικοποιητών ή πολυκαναλίκων μεταξύ 330 και 550 kDa, που περιλαμβάνουν επτά παραλογικά λειτουργικά τμήματα.

Ένα παραλογικό γονίδιο είναι αυτό που προκύπτει από ένα γεγονός γενετικής επικάλυψης: μια παραλογική πρωτεΐνη προκύπτει από τη μετάφραση ενός παραλογικού γονιδίου. Ανάλογα με την οργάνωση των λειτουργικών περιοχών τους, αυτές οι υπομονάδες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν αποκωδικοποιητές, didecameros και tridecameros.

Η αιμοκυανίνη των αρθροπόδων, από την άλλη πλευρά, είναι εξαμερή. Στην μητρική του κατάσταση μπορεί να βρεθεί ως ενιαίο σύνολο πολλαπλών εξαμερών (από 2 x 6 έως 8 x 6). Κάθε υπομονάδα ζυγίζει μεταξύ 70 και 75 kDa.

Ένα άλλο εξαιρετικό χαρακτηριστικό των αιμοκυανινών είναι ότι είναι δομικά και λειτουργικά σταθερά σε αρκετά ευρύ φάσμα θερμοκρασιών (από -20 ° C έως πάνω από 90 ° C).

Ανάλογα με τον οργανισμό, οι αιμοκυανίνες μπορούν να συντίθενται σε εξειδικευμένα όργανα του ζώου. Στα οστρακόδερμα είναι το ηπατοπάνcreas. Σε άλλους οργανισμούς, συντίθενται σε συγκεκριμένα κύτταρα όπως τα κυανοκύτταρα των χηλικατικών ή τα ρογκοκύτταρα των μαλακίων.

Λειτουργίες

Η πιο γνωστή λειτουργία των αιμοκυανινών έχει να κάνει με τη συμμετοχή τους στον ενεργειακό μεταβολισμό. Η αιμοκυανίνη καθιστά δυνατή αερόβια αναπνοή σε μια μεγάλη πλειοψηφία ασπόνδυλων.

Η πιο σημαντική βιοενεργειακή αντίδραση στα ζώα είναι η αναπνοή. Σε κυτταρικό επίπεδο, η αναπνοή επιτρέπει την αποικοδόμηση μορίων σακχάρου με ελεγχόμενο και διαδοχικό τρόπο, για παράδειγμα, για να ληφθεί ενέργεια.

Για να γίνει αυτή η διαδικασία, απαιτείται ένας τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων, ο οποίος για όλους τους σκοπούς είναι, με αντωνομασία, οξυγόνο. Οι πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για την σύλληψη και τη μεταφορά τους ποικίλουν.

Πολλοί από αυτούς χρησιμοποιούν ένα σύμπλεγμα από οργανικούς δακτυλίους που συμπλέκουν το σίδηρο για να είναι σε θέση να αλληλεπιδράσουν με το οξυγόνο. Η αιμοσφαιρίνη, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί μια πορφυρίνη (ομάδα heme).

Άλλοι χρησιμοποιούν μέταλλα όπως ο χαλκός για τον ίδιο σκοπό. Στην περίπτωση αυτή, το μέταλλο σχηματίζει πρόσκαιρα σύμπλοκα με υπολείμματα αμινοξέων από την ενεργό θέση της πρωτεΐνης φορέα.

Αν και πολλές πρωτεΐνες χαλκού καταλύουν οξειδωτικές αντιδράσεις, οι αιμοκυανίνες αντιδρούν αναστρέψιμα με το οξυγόνο. Η οξείδωση επαληθεύεται σε ένα βήμα στο οποίο ο χαλκός περνά από την κατάσταση Ι (άχρωμη) έως την οξειδωμένη κατάσταση (μπλε).

Μεταφέρει οξυγόνο στην αιμολύμπη, στην οποία αντιπροσωπεύει 50 έως περισσότερο από το 90% της συνολικής πρωτεΐνης. Για να ληφθεί υπόψη ο σημαντικός φυσιολογικός του ρόλος, αν και με χαμηλή αποτελεσματικότητα, η αιμοκυανίνη μπορεί να βρεθεί σε συγκεντρώσεις τόσο υψηλές όσο 100 mg / mL.

Άλλες λειτουργίες

Τα στοιχεία που συσσωρεύτηκαν κατά τη διάρκεια των ετών υποδεικνύουν ότι οι αιμοκυανίνες εκπληρώνουν άλλες λειτουργίες εκτός από το να ενεργούν ως μεταφορείς οξυγόνου. Οι αιμοκυανίνες συμμετέχουν τόσο στις ομοιοστατικές όσο και στις φυσιολογικές διεργασίες. Αυτές περιλαμβάνουν τη γέμιση, τη μεταφορά των ορμονών, τον οπισθορυθμό και την αποθήκευση πρωτεϊνών.

Έχει αποδειχθεί, από την άλλη πλευρά, ότι οι αιμοκυανίνες παίζουν βασικό ρόλο στην έμφυτη ανοσοαπόκριση. Τα πεπτίδια αιμοκυανίνης και τα σχετικά πεπτίδια παρουσιάζουν αντι-ιική δραστικότητα, καθώς και δραστικότητα φαινολοξειδάσης. Αυτή η τελευταία δραστηριότητα, αναπνευστική φαινολοξειδάση, σχετίζεται με τις διαδικασίες άμυνας κατά των παθογόνων.

Οι αιμοκυανίνες λειτουργούν επίσης ως πρόδρομες πρωτεΐνες πεπτιδίων με αντιμικροβιακή και αντιμυκητική δράση. Έχει βρεθεί, από την άλλη πλευρά, ότι ορισμένες αιμοκυανίνες έχουν μη ειδική ενδογενή αντι-ιική δράση.

Αυτή η δραστηριότητα δεν είναι κυτταροτοξική για το ίδιο το ζώο. Στην καταπολέμηση άλλων παθογόνων, οι αιμοκυανίνες μπορούν να συγκολληθούν παρουσία, για παράδειγμα, βακτηρίων και να σταματήσουν τη μόλυνση.

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι οι αιμοκυανίνες εμπλέκονται στην παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS). Τα ROS είναι θεμελιώδη μόρια στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος, καθώς και στις αποκρίσεις σε παθογόνους παράγοντες σε όλους τους ευκαρυώτες.

Χρησιμοποιεί

Οι αιμοκυανίνες είναι ισχυρά ανοσοδιεγερτικά σε θηλαστικά. Για το λόγο αυτό, έχουν χρησιμοποιηθεί ως φορείς υποαλλεργική μόρια είναι ανίκανα να προκαλεί μια ανοσοαπόκριση από μόνα τους (απτένια).

Από την άλλη πλευρά, έχουν χρησιμοποιηθεί και ως αποτελεσματικοί μεταφορείς ορμονών, φαρμάκων, αντιβιοτικών και τοξινών. Έχουν επίσης δοκιμαστεί ως πιθανές αντιιικές ενώσεις και ως συντρόφισσες σε χημικές θεραπείες κατά του καρκίνου.

Τέλος, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι αιμοκυανίνες ορισμένων καρκινοειδών εμφανίζουν αντικαρκινική δραστηριότητα σε ορισμένα πειραματικά ζωικά συστήματα. Θεραπείες για καρκίνους που έχουν δοκιμαστεί περιλαμβάνουν ουροδόχο κύστη, ωοθηκών, μαστού κλπ..

Από τη δομική και λειτουργική άποψη, οι αιμοκυανίνες έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά που τα καθιστούν ιδανικά για την ανάπτυξη νέων βιολογικών νανοϋλικών. Έχουν χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, στην παραγωγή ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων με σημαντική επιτυχία.

Αναφορές

1. Abid Ali, S., Abbasi, Α. (011) Η αιμοκυανίνη Scorpion: Το μπλε αίμα. DM Verlag Dr. Müller, Γερμανία.
2. Coates, C.J., Nairn, J. (2014) Διάφορες ανοσολογικές λειτουργίες των αιμοκυανινών. Αναπτυξιακή και συγκριτική ανοσολογία, 45: 43-55.
3. Κάτω, S., Matsui, Τ, Gatsogiannis, C., Tanaka, Υ (2018) Μαλακίων αιμοκυανίνη: δομή, εξέλιξη, και τη φυσιολογία. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
4. Metzler, D. (2012) Βιοχημεία: Οι χημικές αντιδράσεις των ζωντανών κυττάρων. Elsevier, NY, ΗΠΑ.
5. Yang, Π, Μπορείτε, J., Li, Φ, Φέι, J., Φενγκ, Β, Ο, Χ Zhou, J. (2013) Η ηλεκτροχημική πλατφόρμα biosensing βασίζεται σε hemocyanin- [email protected] NP- μαύρου άνθρακα υβριδικού νανο-σύνθετου φιλμ. Analytical Methods, 5: 3168-3171.
6. Zanjani, Ν Τ, Saksena, Μ Μ, Dehghani, F., Cunningham, Α L. (2018) Από ωκεανό προς κομοδίνο: το θεραπευτικό δυναμικό των μαλακίων αιμοκυανίνες. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.