Cele hemocianinele sunt proteine responsabile cu transportul oxigenului în faza lichidă nevertebrate includ, în mod exclusiv, artropode și moluste. Hemocianinele din hemolimf îndeplinesc un rol analog celui al hemoglobinei din sânge la păsări și mamifere. Cu toate acestea, eficiența sa ca transportor este mai mică.
Deoarece hemocianinele sunt proteine care folosesc cupru în loc de fier pentru a captura oxigenul, acestea devin albastre atunci când sunt oxidate. Se poate spune că animalele care îl folosesc sunt animale cu sânge albastru.
Molecula de hemocianină.
Noi, ca și alte mamifere, dimpotrivă, suntem animale cu sânge roșu. Pentru a îndeplini această funcție, fiecare moleculă a acestei metaloproteine necesită doi atomi de cupru pentru fiecare oxigen complexat.
O altă diferență între animalele cu sânge albastru și sângele roșu este modul în care transportă oxigenul. În primul, hemocianina este prezentă direct în hemolimfa animalului. În schimb, hemoglobina este purtată de celule specializate numite eritrocite.
Unele dintre hemocianine sunt printre cele mai cunoscute și mai bine studiate proteine. Au o mare diversitate structurală și s-au dovedit a fi foarte utile într-o gamă largă de aplicații medicale și terapeutice la om.
Caracteristici generale
Cele mai bine caracterizate hemocianine sunt cele care au fost izolate de moluște. Acestea sunt printre cele mai mari proteine cunoscute, cu mase moleculare cuprinse între 3,3 și 13,5 MDa.
Hemocianinele de moluscă sunt turnate uriașe de glicoproteine multimerice care, totuși, pot fi găsite solubile în hemolimfa animalului.
Unul dintre motivele solubilității lor ridicate este că hemocianinele au o suprafață cu o încărcare negativă foarte mare. Ele formează subunități decamer sau multidecamer între 330 și 550 kDa, cuprinzând aproximativ șapte unități funcționale paralogice.
O genă paralogică este una care rezultă dintr-un eveniment de duplicare genetică: o proteină paralogică rezultă din traducerea unei gene paralogue. În funcție de organizarea domeniilor lor funcționale, aceste subunități interacționează între ele pentru a forma decamere, didecamere și tridecamere.
În schimb, hemocianina artropodă este hexamer. În starea sa natală poate fi găsit ca un număr întreg de multipli de hexameri (de la 2 x 6 la 8 x 6). Fiecare subunitate cântărește între 70 și 75 kDa.
O altă caracteristică remarcabilă a hemocianinelor este aceea că acestea sunt structurale și funcționale stabile pe un interval de temperatură destul de larg (de la -20ºC la mai mult de 90ºC).
În funcție de organism, hemocianinele pot fi sintetizate în organe specializate ale animalului. La crustacee este hepatopancreasul. În alte organisme, acestea sunt sintetizate în anumite celule, cum ar fi cianocitele cheliceratelor sau rogocitele moluștelor.
Caracteristici
Cea mai cunoscută funcție a hemocianinelor are legătură cu participarea lor la metabolismul energetic. Hemocianina face posibilă respirația aerobă într-o majoritate semnificativă a nevertebratelor.
Cea mai importantă reacție bioenergetică la animale este respirația. La nivel celular, respirația permite degradarea controlată și succesivă a moleculelor de zahăr, de exemplu, pentru a obține energie.
Pentru a realiza acest proces este nevoie de un acceptor final de electroni, care pentru toate intențiile și scopurile este, prin excelență, oxigen. Proteinele responsabile de captarea și transportul acesteia sunt variate.
Multe dintre ele folosesc un complex de inele organice care complexează fierul pentru a interacționa cu oxigenul. Hemoglobina, de exemplu, folosește o porfirină (grup heme).
Alții folosesc metale precum cupru în același scop. În acest caz, metalul formează complexe temporare cu resturi de aminoacizi ale situsului activ al proteinei purtătoare.
Deși multe proteine de cupru catalizează reacțiile oxidative, hemocianinele reacționează în mod reversibil cu oxigenul. Oxidarea are loc într-o etapă în care cuprul trece de la starea I (incolor) la starea II oxidată (albastru).
Poartă oxigen în hemolimfă, în care reprezintă 50 până la peste 90% din proteina totală. Pentru a ține seama de rolul său fiziologic important, deși cu eficiență scăzută, hemocianina poate fi găsită în concentrații de până la 100 mg / ml.
Alte funcții
Dovezile acumulate de-a lungul anilor indică faptul că hemocianinele servesc alte funcții, în afară de acționarea ca transportori de oxigen. Hemocianinele participă atât la procesele homeostatice cât și la cele fiziologice. Acestea includ mutarea, transportul hormonilor, osmoregularea și stocarea proteinelor.
Pe de altă parte, s-a dovedit că hemocianinele joacă un rol fundamental în răspunsul imun înnăscut. Peptidele de hemocianină și peptidele înrudite arată activitate antivirală, precum și activitate de fenoloxidază. Această ultimă activitate, fenoloxidază respiratorie, este legată de procesele de apărare împotriva agenților patogeni.
Hemocianinele funcționează, de asemenea, ca proteine precursoare peptidice cu activitate antimicrobiană și antifungică. Pe de altă parte, s-a dovedit că unele hemocianine au o activitate antivirală intrinsecă nespecifică.
Această activitate nu este citotoxică pentru animal în sine. În lupta împotriva altor agenți patogeni, hemocianinele se pot aglutina în prezența, de exemplu, bacterii și pot opri infecția.
De asemenea, este important de menționat că hemocianinele participă la producerea speciilor reactive de oxigen (ROS). ROS sunt molecule fundamentale în funcționarea sistemului imunitar, precum și în răspunsurile la agenții patogeni din toate eucariotele.
Aplicații
Hemocianinele sunt imunostimulante puternice la mamifere. Din acest motiv, au fost folosiți ca transportori hipoalergenici ai moleculelor care nu sunt capabili să provoace un răspuns imun de la sine (hapteni).
Pe de altă parte, au fost folosiți și ca transportori eficienți de hormoni, medicamente, antibiotice și toxine. Au fost, de asemenea, testate ca potențiali compuși antivirali și ca însoțitori în terapiile chimice împotriva cancerului.
În cele din urmă, există dovezi că hemocianinele provenite din anumite crustacee au activitate antitumorală în unele sisteme animale experimentale. Tratamentele de cancer care au fost testate includ cele ale vezicii urinare, ovarelor, sânului etc.
Din punct de vedere structural și funcțional, hemocianinele au propriile caracteristici care le fac ideale pentru dezvoltarea de noi nanomateriale biologice. Au fost utilizate, de exemplu, în generarea de biosenzori electrochimici cu un succes considerabil.
Referințe
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocianină: sângele albastru. DM Verlag Dr. Müller, Germania.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Diverse funcții imune ale hemocianinelor. Imunologie dezvoltatoare și comparative, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Hemocianină moluscană: structură, evoluție și fiziologie. Recenzii biofizice, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biochimia: reacțiile chimice ale celulelor vii. Elsevier, NY, SUA.
- Yang, P., Tu, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Platforma electrochimică de biosensibilitate bazată pe o hemocianină - NP - negru de carbon hibrid nano -film compus. Metode analitice, 5: 3168-3171.
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) De la ocean la noptieră: potențialul terapeutic al hemocianinelor moluște. Actuală Chimie Medicinală, 25: 2292-2303.