Хемоцијанин

С Википедије, слободне енциклопедије

Хемоцијанин, домен који садржи бакар
Једна функционална јединица са кисеоником из хемоцијанина хоботнице
Идентификатори
Симбол Хемоцyанин_М
Пфам ПФ00372
ИнтерПро ИПР000896
СКОП 1лла
Хемоцијанин, домен алфа јединица
Кристална структура хексамерног хемоцијанина из Панулирус интерруптус рафинирано на резолуцији од 3,2 ангстрема
Идентификатори
СимболХемоцyанин_Н
ПфамПФ03722
ИнтерПроИПР005204
ПРОСИТЕПДОЦ00184
СЦОП1лла
СУПЕРФАМИЛY1лла
Хемоцијанин, домен налик иг
кристалографска анализа оксигенираних и деоксигенираних стања хемоцијанина артропода показује необичне разлике
Идентификатори
СимболХемоцyанин_Ц
ПфамПФ03723
ИнтерПроИПР005203
ПРОСИТЕПДОЦ00184
СЦОП1лла
СУПЕРФАМИЛY1лла

Хемоцијанини (Хц) су протеини који транспортују кисеоник по целом телу појединих бескичмењака. Ови металопротеини садрже два атома бакра који реверзибилно везују један молекул кисеоника (О2). Они су други после хемоглобина по учесталости употребе као молекул за транспорт кисеоника. За разлику од хемоглобина у црвеним крвним зрнцима који се налази код кичмењака, хемоцијанини нису ограничени у крвним ћелијама, већ су суспендовани директно у хемолимфи. Оксигенација изазива промену боје између безбојног Цу(I) деоксигенисаног облика и плавог Цу(II) оксигенисаног облика.[1]

Распрострањеност врста[уреди | уреди извор]

Хемоцијанин је прво открио у Оцтопус вулгарис Леон Фредерик 1878. Присуство бакра у мекушцима је још раније открио Бартоломео Бизио 1833.[2] Хемоцијанини се налазе у мекушцима и чланконошцима укључујући главоношце и ракове, и користе их неки копнени зглавкари као што су тарантула Еурyпелма цалифорницум,[3] царски шкорпион[4] и стонога Сцутигера цолеоптрата. Такође, складишни протеини ларви код многих инсеката изгледа да потичу од хемоцијанина.[5]

Надфамилија хемоцијанина[уреди | уреди извор]

Надфамилија хемоцијанина артропода се састоји од фенолоксидаза, хексамерина, псеудохемоцијанина или криптоцијанина и (диптеранских) хексамеринских рецептора.[6]

Фенолоксидазе су тирозиназе које садрже бакар. Ови протеини су укључени у процес склеротизације кутикуле артропода, у зарастању рана и хуморалној имунолошкој одбрани. Фенолоксидазу синтетишу зимогени и активира се цепањем Н-терминалног пептида.[7]

Они су хексамерини протеини за складиштење који се обично налазе код инсеката. Ове протеине синтетише масно тело ларве и они су повезани са циклусима лињања или условима исхране.[8]

Генетске секвенце псеудохемоцијанина и криптоцијанина су блиско повезане са хемоцијанинима код ракова. Ови протеини имају сличну структуру и функцију, али немају места за везивање бакра.[9]

Еволуционе промене унутар филогеније суперфамилије хемоцијанина су уско повезане са појавом ових различитих протеина у различитим врстама. Разумевање протеина унутар ове надфамилије не би било добро схваћено без опсежних студија хемоцијанина код зглавкара.[10]

Структура и механизам[уреди | уреди извор]

Иако је респираторна функција хемоцијанина слична оној код хемоглобина, постоји значајан број разлика у његовој молекуларној структури и механизму. Док хемоглобин носи своје атоме гвожђа у порфиринским прстеновима (хем групе), атоми бакра хемоцијанина су везани као простетске групе које координирају остаци хистидина. Сваки мономер хемоцијанина држи пар катјона бакра(I) на месту путем интеракције са имидазолним прстеновима шест хистидинских остатака.[11] Примећено је да врсте које користе хемоцијанин за транспорт кисеоника укључују ракове који живе у хладним срединама са ниским притиском кисеоника. Под овим околностима транспорт кисеоника хемоглобином је мање ефикасан од транспорта кисеоника хемоцијанином.[12] Ипак, постоје и копнени зглавкари који користе хемоцијанин, посебно пауци и шкорпиони, који живе у топлим климама. Молекул је конформационо стабилан и потпуно функционалан на температурама до 90 степени C.[13]

Већина хемоцијанина се везује са кисеоником некооперативно и отприлике је за једну четвртину ефикаснија од хемоглобина у транспорту кисеоника по количини крви. Хемоглобин кооперативно везује кисеоник због промена стерне конформације у протеинском комплексу, што повећава афинитет хемоглобина за кисеоник када је делимично оксигенисан. Код неких хемоцијанина код бодљаша и неких других врста зглавкара примећује се кооперативно везивање, са Хиловим коефицијентима од 1,6–3,0. Хилови коефицијенти варирају у зависности од врсте и лабораторијских подешавања мерења. Хемоглобин, поређења ради, има Хилов коефицијент обично у опсегу 2,8–3,0. У овим случајевима кооперативног везивања хемоцијанин је распоређен у протеинске подкомплексе од 6 подјединица (хексамер) свака са једним местом за везивање кисеоника; везивање кисеоника на једну јединицу у комплексу би повећало афинитет суседних јединица. Сваки хексамерни комплекс је распоређен заједно да формира већи комплекс од десетина хексамера. У једној студији, утврђено је да кооперативно везивање зависи од тога да су хексамери распоређени заједно у већи комплекс, што сугерише кооперативно везивање између хексамера. На профил везивања кисеоника хемоцијанина утичу и нивои растворених јона соли и пХ.[14]

Хемоцијанин је направљен од многих појединачних протеинских подјединица, од којих свака садржи два атома бакра и може да веже један молекул кисеоника (О2). Свака подјединица тежи око 75 килодалтона (кДа). Подјединице могу бити распоређене у димере или хексамере у зависности од врсте; комплекс димера или хексамера је такође распоређен у ланце или кластере чија тежина прелази 1500 кДа. Подјединице су обично хомогене, или хетерогене са две варијанте типа подјединица. Због велике величине хемоцијанина, обично се налази да слободно плута у крви, за разлику од хемоглобина.[15]

Структура од 3,8 МДа хемоцијанина мекушаца јапанске летеће лигње. То је хомодекамер од пет димера распоређених у цилиндар пречника 31 нм. Сваки мономер има низ од осам појединачних подјединица, свака са местом везујућим Цу2О2.[16] 4YД9​

Хексамери су карактеристични за хемоцијанине чланконожаца.[17] Хемоцијанин тарантуле Еурyпелма цалифорницум[3] се састоји од 4 хексамера или 24 пептидна ланца. Хемоцијанин из кућне стоноге Сцутигера цолеоптрата[18] се састоји од 6 хексамера или 36 ланаца. Бодљаши имају хемоцијанин од 8 хексамера (тј. 48 ланаца). Једноставни хексамери се налазе у јастогу Панулирус интерруптус и изоподу Батхyномус гигантеус.[17] Пептидни ланци код ракова дугачки су око 660 аминокиселинских остатака, а код хелицерата око 625. У великим комплексима постоји низ варијанти ланаца, сви приближно исте дужине; чисте компоненте се обично самостално не склапају.

Каталитичка активност[уреди | уреди извор]

Активно место хемоцијанина у одсуству О2 (сваки Цу центар је катјон, наелектрисања нису приказана).
О2 везани облик активног места хемоцијанина (Цу2 центар је дикатјон, наелектрисање није приказано).

Хемоцијанин је хомологан са фенол оксидазама (нпр. тирозиназа) пошто оба протеина имају остатке хистидина, назване координациони центри за везивање бакра „тип 3“, као и ензими тирозиназа и катехол оксидаза.[19] У оба случаја, прво се морају активирати неактивни прекурсори ензима (који се називају и зимогени или проензими). Ово се ради уклањањем аминокиселине која блокира улазни канал у активно место када проензим није активан. Тренутно нема других познатих модификација неопходних да би се активирао проензим и омогућила каталитичка активност. Конформационе разлике одређују врсту каталитичке активности коју хемоцијанин може да изврши.[20] Хемоцијанин такође показује активност фенол оксидазе, али са успореном кинетиком од веће стеричне масе на активном месту. Делимична денатурација заправо побољшава активност фенол оксидазе хемоцијанина обезбеђујући бољи приступ активном месту.[1][19]

Спектрална својства[уреди | уреди извор]

Доња страна оклопа црвеног каменог рака (Цанцер продуцтус). Љубичасту боју изазива хемоцијанин.

Спектроскопија оксихемоцијанина показује неколико значајних карактеристика:[21]

Доста рада је било посвећено припремању синтетичких аналога активног места хемоцијанина.[21] Један такав модел, који садржи пар центара бакра бочно премошћених са пероксо лигандом, показује ν(О-О) на 741 цм−1 и УВ-Вис спектар са апсорбанцијама на 349 и 551 нм. Оба ова мерења се слажу са експерименталним запажањима за оxyХц.[22] Одвајање Цу-Цу у моделу комплекса је 3,56 Å, а оксихемоцијанина је око 3,6 Å (деоxyХц: око 4,6 Å).[22][23][24]

Антиканцерогена дејства[уреди | уреди извор]

Хемоцијанин пронађен у крви чилеанског шкољке Цонцхолепас цонцхолепас, има имунотерапеутске ефекте против рака бешике на глодарским моделима. Мишеви са применом C. цонцхолепас пре имплантације ћелија тумора бешике (МБТ-2). Мишеви третирани хемоцијанином C. цонцхолепас показали су антитуморске ефекте: продужено преживљавање, смањен раст и учесталост тумора и недостатак токсичних ефеката, и то може имати потенцијалну употребу у будућој имунотерапији површинског карцинома бешике.[25]

КЛХ хемоцијанин је имуни стимулант. Он се добија из циркулишућих гликопротеина морског мекушаца Мегатхура цренулата. Показало се да је КЛХ значајан третман против пролиферације рака дојке, рака панкреаса и ћелија рака простате када се испоручује ин витро. КЛХ хемоцијанин инхибира раст људског Баретовог карцинома једњака путем апоптичких и неапоптичних механизама ћелијске смрти.[26]

Примери: утицај животне средине на нивое хемоцијанина[уреди | уреди извор]

Једна студија из 2003. године о утицају услова културе метаболита у крви и хемоцијанина белог шкампа Литопенаеус ваннамеи открила је да исхрана утиче на нивое хемоцијанина, посебно оксихемоцијанина. Студија је упоредила нивое оксихемоцијанина у крви белих шкампа смештених у затвореном рибњаку са комерцијалном исхраном са исхраном белих шкампа смештених у отвореном језерцу са доступнијим извором протеина (природна жива храна). Нивои оксихемоцијанина и глукозе у крви били су виши код шкампа смештених у отвореним рибњацима. Такође је откривено да нивои метаболита у крви имају тенденцију да буду нижи код врста са ниским нивоом активности, као што су ракови, јастози и шкампи у затвореном, у поређењу са шкампима на отвореном. Ова корелација вероватно указује на морфолошки и физиолошки развој ракова. Чини се да нивои ових протеина и метаболита у крви зависе од енергетских потреба и доступности тих извора енергије.[27]

Види још[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ а б Цоатес ЦЈ, Наирн Ј (јул 2014). „Диверсе иммуне фунцтионс оф хемоцyанинс”. Девелопментал анд Цомпаративе Иммунологy. 45 (1): 43—55. ПМИД 24486681. дои:10.1016/ј.дци.2014.01.021. 
  2. ^ Гхиретти-Магалди А, Гхиретти Ф (1992). „Тхе пре-хисторy оф хемоцyанин. Тхе дисцоверy оф цоппер ин тхе блоод оф моллусцс”. Еxпериентиа (на језику: енглески). 48 (10): 971—972. ИССН 0014-4754. С2ЦИД 33290596. дои:10.1007/БФ01919143. 
  3. ^ а б Воит Р, Фелдмаиер-Фуцхс Г, Сцхwеикардт Т, Децкер Х, Бурместер Т (децембар 2000). „Цомплете сеqуенце оф тхе 24-мер хемоцyанин оф тхе тарантула Еурyпелма цалифорницум. Струцтуре анд интрамолецулар еволутион оф тхе субунитс”. Тхе Јоурнал оф Биологицал Цхемистрy. 275 (50): 39339—39344. ПМИД 10961996. дои:10.1074/јбц.М005442200 Слободан приступ. 
  4. ^ Јаеницке Е, Паирет Б, Хартманн Х, Децкер Х (2012). „Црyсталлизатион анд прелиминарy аналyсис оф црyсталс оф тхе 24-мериц хемоцyанин оф тхе емперор сцорпион (Пандинус император)”. ПЛОС ОНЕ. 7 (3): е32548. Бибцоде:2012ПЛоСО...732548Ј. ПМЦ 3293826 Слободан приступ. ПМИД 22403673. дои:10.1371/јоурнал.поне.0032548 Слободан приступ. 
  5. ^ Беинтема ЈЈ, Стам WТ, Хазес Б, Смидт МП (мај 1994). „Еволутион оф артхропод хемоцyанинс анд инсецт стораге протеинс (хеxамеринс)”. Молецулар Биологy анд Еволутион. 11 (3): 493—503. ПМИД 8015442. дои:10.1093/оxфордјоурналс.молбев.а040129 Слободан приступ. 
  6. ^ Бурместер Т (фебруар 2002). „Оригин анд еволутион оф артхропод хемоцyанинс анд релатед протеинс”. Јоурнал оф Цомпаративе Пхyсиологy Б: Биоцхемицал, Сyстемиц, анд Енвиронментал Пхyсиологy. 172 (2): 95—107. ПМИД 11916114. С2ЦИД 26023927. дои:10.1007/с00360-001-0247-7. 
  7. ^ Церениус L, Сöдерхäлл К (април 2004). „Тхе пропхенолоxидасе-ацтиватинг сyстем ин инвертебратес”. Иммунологицал Ревиеwс. 198 (1): 116—126. ПМИД 15199959. С2ЦИД 10614298. дои:10.1111/ј.0105-2896.2004.00116.x. 
  8. ^ Терwиллигер НБ (1999). „Хемолyмпх Протеинс анд Молтинг ин Црустацеанс анд Инсецтс”. Америцан Зоологист. 39 (3): 589—599. дои:10.1093/ицб/39.3.589 Слободан приступ. 
  9. ^ Терwиллигер НБ, Данготт L, Рyан M (март 1999). „Црyптоцyанин, а црустацеан молтинг протеин: еволутионарy линк wитх артхропод хемоцyанинс анд инсецт хеxамеринс”. Процеедингс оф тхе Натионал Ацадемy оф Сциенцес оф тхе Унитед Статес оф Америца. 96 (5): 2013—2018. Бибцоде:1999ПНАС...96.2013Т. ПМЦ 26728 Слободан приступ. ПМИД 10051586. дои:10.1073/пнас.96.5.2013 Слободан приступ. 
  10. ^ Бурместер Т (фебруар 2001). „Молецулар еволутион оф тхе артхропод хемоцyанин суперфамилy”. Молецулар Биологy анд Еволутион. 18 (2): 184—195. ПМИД 11158377. дои:10.1093/оxфордјоурналс.молбев.а003792 Слободан приступ. 
  11. ^ Раннулу НС, Родгерс МТ (март 2005). „Солватион оф цоппер ионс бy имидазоле: струцтурес анд сеqуентиал биндинг енергиес оф Цу+(имидазоле)x, x = 1-4. Цомпетитион бетwеен ион солватион анд хyдроген бондинг”. Пхyсицал Цхемистрy Цхемицал Пхyсицс. 7 (5): 1014—1025. Бибцоде:2005ПЦЦП....7.1014Р. ПМИД 19791394. дои:10.1039/б418141г. 
  12. ^ Стробел А, Ху МY, Гутоwска МА, Лиеб Б, Луцассен M, Мелзнер Ф, et al. (децембар 2012). „Influence of temperature, hypercapnia, and development on the relative expression of different hemocyanin isoforms in the common cuttlefish Sepia officinalis” (PDF). Journal of Experimental Zoology. Part A, Ecological Genetics and Physiology. 317 (8): 511—523. PMID 22791630. doi:10.1002/jez.1743. 
  13. ^ Sterner R, Vogl T, Hinz HJ, Penz F, Hoff R, Föll R, Decker H (мај 1995). „Extreme thermostability of tarantula hemocyanin”. FEBS Letters. 364 (1): 9—12. PMID 7750550. doi:10.1016/0014-5793(95)00341-6. 
  14. ^ Perton FG, Beintema JJ, Decker H (мај 1997). „Influence of antibody binding on oxygen binding behavior of Panulirus interruptus hemocyanin”. FEBS Letters. 408 (2): 124—126. PMID 9187351. doi:10.1016/S0014-5793(97)00269-X. 
  15. ^ Waxman L (мај 1975). „The structure of arthropod and mollusc hemocyanins”. The Journal of Biological Chemistry. 250 (10): 3796—3806. PMID 1126935. doi:10.1016/S0021-9258(19)41469-5 Слободан приступ. 
  16. ^ Gai, Zuoqi; Matsuno, Asuka; Kato, Koji; Kato, Sanae; Khan, Md Rafiqul Islam; Shimizu, Takeshi; Yoshioka, Takeya; Kato, Yuki; Kishimura, Hideki; Kanno, Gaku; Miyabe, Yoshikatsu; Terada, Tohru; Tanaka, Yoshikazu; Yao, Min (2015). „Crystal Structure of the 3.8-MDa Respiratory Supermolecule Hemocyanin at 3.0 Å Resolution”. Structure (на језику: енглески). 23 (12): 2204—2212. doi:10.1016/j.str.2015.09.008 Слободан приступ. 
  17. ^ а б van Holde KE, Miller KI (1995). „Hemocyanins”. Ур.: Anfinsen CB, Richards FM, Edsall JT, Eisenberg DS. Advances in Protein Chemistry. 47. Academic Press. стр. 1—81. ISBN 978-0-12-034247-1. PMID 8561049. doi:10.1016/S0065-3233(08)60545-8. 
  18. ^ Kusche K, Hembach A, Hagner-Holler S, Gebauer W, Burmester T (јул 2003). „Complete subunit sequences, structure and evolution of the 6 x 6-mer hemocyanin from the common house centipede, Scutigera coleoptrata”. European Journal of Biochemistry. 270 (13): 2860—2868. PMID 12823556. doi:10.1046/j.1432-1033.2003.03664.x Слободан приступ. 
  19. ^ а б Decker H, Tuczek F (август 2000). „Tyrosinase/catecholoxidase activity of hemocyanins: structural basis and molecular mechanism”. Trends in Biochemical Sciences. 25 (8): 392—397. PMID 10916160. doi:10.1016/S0968-0004(00)01602-9. 
  20. ^ Decker H, Schweikardt T, Nillius D, Salzbrunn U, Jaenicke E, Tuczek F (август 2007). „Similar enzyme activation and catalysis in hemocyanins and tyrosinases”. Gene. 398 (1–2): 183—191. PMID 17566671. doi:10.1016/j.gene.2007.02.051. 
  21. ^ а б Elwell CE, Gagnon NL, Neisen BD, Dhar D, Spaeth AD, Yee GM, Tolman WB (фебруар 2017). „Copper-Oxygen Complexes Revisited: Structures, Spectroscopy, and Reactivity”. Chemical Reviews. 117 (3): 2059—2107. PMC 5963733 Слободан приступ. PMID 28103018. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00636. 
  22. ^ а б Kitajima N, Fujisawa K, Fujimoto C, Morooka Y, Hashimoto S, Kitagawa T, et al. (1992). „А неw модел фор диоxyген биндинг ин хемоцyанин. Сyнтхесис, цхарацтеризатион, анд молецулар струцтуре оф тхе μ-η2:η2 пероxо динуцлеар цоппер(II) цомплеxес, [Цу(БХ(3,5-Р2пз)3)]2(О2) (Р = и-Пр анд Пх)”. Јоурнал оф тхе Америцан Цхемицал Социетy. 114 (4): 1277—91. дои:10.1021/ја00030а025. 
  23. ^ Гаyкема WП, Хол WГ, Вереијкен ЈМ, Соетер НМ, Бак ХЈ, Беинтема ЈЈ (1984). „3.2 Å струцтуре оф тхе цоппер-цонтаининг, оxyген-царрyинг протеин Панулирус интерруптус хаемоцyанин”. Натуре. 309 (5963): 23—9. Бибцоде:1984Натур.309...23Г. С2ЦИД 4260701. дои:10.1038/309023а0. 
  24. ^ Кодера M, Катаyама К, Тацхи Y, Кано К, Хирота С, Фујинами С, et al. (1999). „Crystal Structure and Reversible O2-Binding of a Room Temperature Stable μ-η2:η2-Peroxodicopper(II) Complex of a Sterically Hindered Hexapyridine Dinucleating Ligand”. Journal of the American Chemical Society. 121 (47): 11006—7. doi:10.1021/ja992295q. 
  25. ^ Atala A (2006). „This Month in Investigative Urology”. The Journal of Urology. 176 (6): 2335—6. doi:10.1016/j.juro.2006.09.002. 
  26. ^ McFadden DW, Riggs DR, Jackson BJ, Vona-Davis L (новембар 2003). „Keyhole limpet hemocyanin, a novel immune stimulant with promising anticancer activity in Barrett's esophageal adenocarcinoma”. American Journal of Surgery. 186 (5): 552—555. PMID 14599624. doi:10.1016/j.amjsurg.2003.08.002. 
  27. ^ Pascual C, Gaxiola G, Rosas C (2003). „Blood metabolites and hemocyanin of the white shrimp, Litopenaeus vannamei: The effect of culture conditions and a comparison with other crustacean species”. Marine Biology. 142 (4): 735—745. S2CID 82961592. doi:10.1007/s00227-002-0995-2. 

Literatura[уреди | уреди извор]

Spoljašnje veze[уреди | уреди извор]

Hemocijanin на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Hemocijanin&oldid=27679058”