The hemocyanins adalah protein yang bertanggungjawab bagi pengangkutan oksigen dalam yang fasa cecair dalam invertebrata termasuk, semata-mata, artropod dan moluska. Hemocyanin dalam hemolimf berperan sama dengan hemoglobin dalam darah pada burung dan mamalia. Walau bagaimanapun, kecekapannya sebagai penghantar lebih rendah.
Oleh kerana hemosianin adalah protein yang menggunakan tembaga dan bukan zat besi untuk memerangkap oksigen, ia menjadi biru ketika teroksidasi. Boleh dikatakan bahawa haiwan yang menggunakannya adalah haiwan berdarah biru.
Molekul hemosianin.
Kita, seperti mamalia lain, sebaliknya, adalah haiwan berdarah merah. Untuk menjalankan fungsi ini, setiap molekul metalloprotein ini memerlukan dua atom kuprum untuk setiap oksigen kompleks.
Perbezaan lain antara haiwan berdarah biru dan berdarah merah adalah cara mereka mengangkut oksigen. Pada bekas, hemosianin terdapat secara langsung di hemolimf haiwan. Sebaliknya, hemoglobin dibawa oleh sel khusus yang disebut eritrosit.
Sebilangan daripada hemosianin adalah antara protein yang terkenal dan paling banyak dikaji. Mereka mempunyai kepelbagaian struktur yang luas dan terbukti sangat berguna dalam pelbagai aplikasi perubatan dan terapi pada manusia.
Ciri umum
Hemosianin yang paling baik adalah yang telah diasingkan dari moluska. Ini adalah antara protein terbesar yang diketahui, dengan jisim molekul antara 3.3 hingga 13.5 MDa.
Hemocyanin moluska adalah sebilangan besar glikoprotein multimerik yang, bagaimanapun, dapat didapati larut dalam hemolim haiwan.
Salah satu sebab kelarutannya yang tinggi adalah bahawa hemosianin mempunyai permukaan dengan muatan negatif yang sangat tinggi. Mereka membentuk subuner decamer atau multidecamer antara 330 dan 550 kDa, yang terdiri daripada kira-kira tujuh unit fungsi paralogik.
Gen paralog adalah gen yang timbul dari peristiwa penduaan genetik: protein paralog timbul dari terjemahan gen paralog. Bergantung pada organisasi domain fungsinya, subunit ini saling berinteraksi untuk membentuk decamers, didecamers, dan tridecamers.
Sebaliknya, hemosianin arthropod adalah heksamer. Dalam keadaan asalnya, ia boleh didapati sebagai bilangan bulat bagi penggandaan heksamer (dari 2 x 6 hingga 8 x 6). Setiap subunit mempunyai berat antara 70 dan 75 kDa.
Satu lagi ciri khas hemosianin adalah stabil dan berfungsi secara stabil dalam julat suhu yang cukup luas (dari -20ºC hingga lebih dari 90ºC).
Bergantung pada organisma, hemosianin dapat disintesis dalam organ khas haiwan. Pada krustasea adalah hepatopancreas. Dalam organisma lain, mereka disintesis dalam sel-sel tertentu seperti sianosit chelicerates, atau rogosit moluska.
ciri-ciri
Fungsi hemosianin yang paling terkenal ada kaitannya dengan penyertaan mereka dalam metabolisme tenaga. Hemocyanin memungkinkan pernafasan aerobik berlaku pada sebilangan besar invertebrata.
Reaksi bioenergetik yang paling penting pada haiwan adalah pernafasan. Pada peringkat sel, pernafasan membolehkan degradasi molekul gula terkawal dan berturut-turut, misalnya, untuk mendapatkan tenaga.
Untuk melaksanakan proses ini memerlukan akseptor elektron akhir, yang untuk semua maksud dan tujuannya adalah, yang terbaik, oksigen. Protein yang bertanggungjawab untuk penangkapan dan pengangkutannya bervariasi.
Sebilangan besar daripada mereka menggunakan sebentuk cincin organik yang menyusun zat besi untuk berinteraksi dengan oksigen. Hemoglobin, misalnya, menggunakan porphyrin (kumpulan heme).
Yang lain menggunakan logam seperti tembaga untuk tujuan yang sama. Dalam kes ini, logam membentuk kompleks sementara dengan residu asid amino dari tapak aktif protein pembawa.
Walaupun banyak protein tembaga memangkin reaksi oksidatif, hemosianin bertindak balas dengan oksigen secara terbalik. Pengoksidaan berlaku pada tahap di mana tembaga beralih dari keadaan I (tidak berwarna) ke keadaan II teroksidasi (biru).
Ia membawa oksigen di hemolimf, di mana ia mewakili 50 hingga lebih dari 90% daripada jumlah protein. Untuk mengambil kira peranan fisiologinya yang penting, walaupun dengan kecekapan rendah, hemosianin dapat dijumpai dalam kepekatan setinggi 100 mg / mL.
Fungsi lain
Bukti yang terkumpul selama bertahun-tahun menunjukkan bahawa hemosianin berfungsi fungsi lain selain bertindak sebagai pengangkut oksigen. Hemosianin mengambil bahagian dalam proses homeostatik dan fisiologi. Ini termasuk molting, pengangkutan hormon, osmoregulasi, dan penyimpanan protein.
Sebaliknya, telah terbukti bahawa hemosianin memainkan peranan penting dalam tindak balas imun semula jadi. Peptida hemosianin, dan peptida yang berkaitan, menunjukkan aktiviti antivirus dan juga aktiviti fenoloksidase. Aktiviti terakhir ini, fenoloksidase pernafasan, berkaitan dengan proses pertahanan terhadap patogen.
Hemosianin juga berfungsi sebagai protein prekursor peptida dengan aktiviti antimikroba dan antijamur. Sebaliknya, telah terbukti bahawa beberapa hemocyanin mempunyai aktiviti antivirus intrinsik yang tidak spesifik.
Aktiviti ini tidak bersifat sitotoksik kepada haiwan itu sendiri. Dalam memerangi patogen lain, hemosianin dapat terkumpul di hadapan, misalnya, bakteria dan menghentikan jangkitan.
Penting juga untuk diperhatikan bahawa hemosianin mengambil bahagian dalam pengeluaran spesies oksigen reaktif (ROS). ROS adalah molekul asas dalam fungsi sistem imun, dan juga tindak balas terhadap patogen pada semua eukariota.
Permohonan
Hemosianin adalah imunostimulan kuat pada mamalia. Atas sebab ini, mereka telah digunakan sebagai pengangkut molekul hypoallergenic yang tidak dapat membangkitkan tindak balas imun dengan sendirinya (haptens).
Di sisi lain, mereka juga digunakan sebagai pengangkut hormon, ubat, antibiotik dan racun yang cekap. Mereka juga telah diuji sebagai sebatian antivirus yang berpotensi dan sebagai pendamping dalam terapi kimia melawan barah.
Akhirnya, ada bukti bahawa hemosianin dari krustasea tertentu mempunyai aktiviti antitumor dalam beberapa sistem haiwan eksperimen. Rawatan barah yang telah diuji meliputi pundi kencing, ovari, payudara, dll.
Dari sudut pandang struktur dan fungsional, hemosianin mempunyai ciri tersendiri yang menjadikannya sesuai untuk pengembangan nanomaterial biologi baru. Mereka telah digunakan, misalnya, dalam penghasilan biosensor elektrokimia dengan kejayaan yang besar.
Rujukan
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Hemosianin kalajengking: Darah biru. DM Verlag Dr. Müller, Jerman.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Mempelbagaikan fungsi imun hemosianin. Imunologi Perkembangan dan Perbandingan, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Hemocyanin moluska: struktur, evolusi, dan fisiologi. Ulasan Biofizik, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biokimia: Reaksi kimia sel hidup. Elsevier, NY, Amerika Syarikat.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Platform biosensing elektrokimia berdasarkan hemosianin - NP - nano hibrid karbon hitam -komposit filem. Kaedah Analisis, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Dari lautan ke sisi katil: potensi terapi hemocyanin moluska. Kimia Perubatan Semasa, 25: 2292-2303.