Википедија

Hemocijanin

(преусмерено са Imunocijanin)

Hemocijanini (Hc) su proteini koji transportuju kiseonik po celom telu pojedinih beskičmenjaka. Ovi metaloproteini sadrže dva atoma bakra koji reverzibilno vezuju jedan molekul kiseonika (O2). Oni su drugi posle hemoglobina po učestalosti upotrebe kao molekul za transport kiseonika. Za razliku od hemoglobina u crvenim krvnim zrncima koji se nalazi kod kičmenjaka, hemocijanini nisu ograničeni u krvnim ćelijama, već su suspendovani direktno u hemolimfi. Oksigenacija izaziva promenu boje između bezbojnog Cu(I) deoksigenisanog oblika i plavog Cu(II) oksigenisanog oblika.[1]

Hemocijanin, domen koji sadrži bakar
Jedna funkcionalna jedinica sa kiseonikom iz hemocijanina hobotnice
Идентификатори
Симбол Hemocyanin_M
Пфам PF00372
ИнтерПро IPR000896
СКОП 1lla
Hemocijanin, domen alfa jedinica
Kristalna struktura heksamernog hemocijanina iz Panulirus interruptus rafinirano na rezoluciji od 3,2 angstrema
Identifikatori
SimbolHemocyanin_N
PfamPF03722
InterProIPR005204
PROSITEPDOC00184
SCOP1lla
SUPERFAMILY1lla
Hemocijanin, domen nalik ig
kristalografska analiza oksigeniranih i deoksigeniranih stanja hemocijanina artropoda pokazuje neobične razlike
Identifikatori
SimbolHemocyanin_C
PfamPF03723
InterProIPR005203
PROSITEPDOC00184
SCOP1lla
SUPERFAMILY1lla

Rasprostranjenost vrsta

уреди

Hemocijanin je prvo otkrio u Octopus vulgaris Leon Frederik 1878. Prisustvo bakra u mekušcima je još ranije otkrio Bartolomeo Bizio 1833.[2] Hemocijanini se nalaze u mekušcima i člankonošcima uključujući glavonošce i rakove, i koriste ih neki kopneni zglavkari kao što su tarantula Eurypelma californicum,[3] carski škorpion[4] i stonoga Scutigera coleoptrata. Takođe, skladišni proteini larvi kod mnogih insekata izgleda da potiču od hemocijanina.[5]

Nadfamilija hemocijanina

уреди

Nadfamilija hemocijanina artropoda se sastoji od fenoloksidaza, heksamerina, pseudohemocijanina ili kriptocijanina i (dipteranskih) heksamerinskih receptora.[6]

Fenoloksidaze su tirozinaze koje sadrže bakar. Ovi proteini su uključeni u proces sklerotizacije kutikule artropoda, u zarastanju rana i humoralnoj imunološkoj odbrani. Fenoloksidazu sintetišu zimogeni i aktivira se cepanjem N-terminalnog peptida.[7]

Oni su heksamerini proteini za skladištenje koji se obično nalaze kod insekata. Ove proteine sintetiše masno telo larve i oni su povezani sa ciklusima linjanja ili uslovima ishrane.[8]

Genetske sekvence pseudohemocijanina i kriptocijanina su blisko povezane sa hemocijaninima kod rakova. Ovi proteini imaju sličnu strukturu i funkciju, ali nemaju mesta za vezivanje bakra.[9]

Evolucione promene unutar filogenije superfamilije hemocijanina su usko povezane sa pojavom ovih različitih proteina u različitim vrstama. Razumevanje proteina unutar ove nadfamilije ne bi bilo dobro shvaćeno bez opsežnih studija hemocijanina kod zglavkara.[10]

Struktura i mehanizam

уреди

Iako je respiratorna funkcija hemocijanina slična onoj kod hemoglobina, postoji značajan broj razlika u njegovoj molekularnoj strukturi i mehanizmu. Dok hemoglobin nosi svoje atome gvožđa u porfirinskim prstenovima (hem grupe), atomi bakra hemocijanina su vezani kao prostetske grupe koje koordiniraju ostaci histidina. Svaki monomer hemocijanina drži par katjona bakra(I) na mestu putem interakcije sa imidazolnim prstenovima šest histidinskih ostataka.[11] Primećeno je da vrste koje koriste hemocijanin za transport kiseonika uključuju rakove koji žive u hladnim sredinama sa niskim pritiskom kiseonika. Pod ovim okolnostima transport kiseonika hemoglobinom je manje efikasan od transporta kiseonika hemocijaninom.[12] Ipak, postoje i kopneni zglavkari koji koriste hemocijanin, posebno pauci i škorpioni, koji žive u toplim klimama. Molekul je konformaciono stabilan i potpuno funkcionalan na temperaturama do 90 stepeni C.[13]

Većina hemocijanina se vezuje sa kiseonikom nekooperativno i otprilike je za jednu četvrtinu efikasnija od hemoglobina u transportu kiseonika po količini krvi. Hemoglobin kooperativno vezuje kiseonik zbog promena sterne konformacije u proteinskom kompleksu, što povećava afinitet hemoglobina za kiseonik kada je delimično oksigenisan. Kod nekih hemocijanina kod bodljaša i nekih drugih vrsta zglavkara primećuje se kooperativno vezivanje, sa Hilovim koeficijentima od 1,6–3,0. Hilovi koeficijenti variraju u zavisnosti od vrste i laboratorijskih podešavanja merenja. Hemoglobin, poređenja radi, ima Hilov koeficijent obično u opsegu 2,8–3,0. U ovim slučajevima kooperativnog vezivanja hemocijanin je raspoređen u proteinske podkomplekse od 6 podjedinica (heksamer) svaka sa jednim mestom za vezivanje kiseonika; vezivanje kiseonika na jednu jedinicu u kompleksu bi povećalo afinitet susednih jedinica. Svaki heksamerni kompleks je raspoređen zajedno da formira veći kompleks od desetina heksamera. U jednoj studiji, utvrđeno je da kooperativno vezivanje zavisi od toga da su heksameri raspoređeni zajedno u veći kompleks, što sugeriše kooperativno vezivanje između heksamera. Na profil vezivanja kiseonika hemocijanina utiču i nivoi rastvorenih jona soli i pH.[14]

Hemocijanin je napravljen od mnogih pojedinačnih proteinskih podjedinica, od kojih svaka sadrži dva atoma bakra i može da veže jedan molekul kiseonika (O2). Svaka podjedinica teži oko 75 kilodaltona (kDa). Podjedinice mogu biti raspoređene u dimere ili heksamere u zavisnosti od vrste; kompleks dimera ili heksamera je takođe raspoređen u lance ili klastere čija težina prelazi 1500 kDa. Podjedinice su obično homogene, ili heterogene sa dve varijante tipa podjedinica. Zbog velike veličine hemocijanina, obično se nalazi da slobodno pluta u krvi, za razliku od hemoglobina.[15]

 
Struktura od 3,8 MDa hemocijanina mekušaca japanske leteće lignje. To je homodekamer od pet dimera raspoređenih u cilindar prečnika 31 nm. Svaki monomer ima niz od osam pojedinačnih podjedinica, svaka sa mestom vezujućim Cu2O2.[16] 4YD9​

Heksameri su karakteristični za hemocijanine člankonožaca.[17] Hemocijanin tarantule Eurypelma californicum[3] se sastoji od 4 heksamera ili 24 peptidna lanca. Hemocijanin iz kućne stonoge Scutigera coleoptrata[18] se sastoji od 6 heksamera ili 36 lanaca. Bodljaši imaju hemocijanin od 8 heksamera (tj. 48 lanaca). Jednostavni heksameri se nalaze u jastogu Panulirus interruptus i izopodu Bathynomus giganteus.[17] Peptidni lanci kod rakova dugački su oko 660 aminokiselinskih ostataka, a kod helicerata oko 625. U velikim kompleksima postoji niz varijanti lanaca, svi približno iste dužine; čiste komponente se obično samostalno ne sklapaju.

Katalitička aktivnost

уреди
 
Aktivno mesto hemocijanina u odsustvu O2 (svaki Cu centar je katjon, naelektrisanja nisu prikazana).
 
O2 vezani oblik aktivnog mesta hemocijanina (Cu2 centar je dikatjon, naelektrisanje nije prikazano).

Hemocijanin je homologan sa fenol oksidazama (npr. tirozinaza) pošto oba proteina imaju ostatke histidina, nazvane koordinacioni centri za vezivanje bakra „tip 3“, kao i enzimi tirozinaza i katehol oksidaza.[19] U oba slučaja, prvo se moraju aktivirati neaktivni prekursori enzima (koji se nazivaju i zimogeni ili proenzimi). Ovo se radi uklanjanjem aminokiseline koja blokira ulazni kanal u aktivno mesto kada proenzim nije aktivan. Trenutno nema drugih poznatih modifikacija neophodnih da bi se aktivirao proenzim i omogućila katalitička aktivnost. Konformacione razlike određuju vrstu katalitičke aktivnosti koju hemocijanin može da izvrši.[20] Hemocijanin takođe pokazuje aktivnost fenol oksidaze, ali sa usporenom kinetikom od veće sterične mase na aktivnom mestu. Delimična denaturacija zapravo poboljšava aktivnost fenol oksidaze hemocijanina obezbeđujući bolji pristup aktivnom mestu.[1][19]

Spektralna svojstva

уреди
 
Donja strana oklopa crvenog kamenog raka (Cancer productus). Ljubičastu boju izaziva hemocijanin.

Spektroskopija oksihemocijanina pokazuje nekoliko značajnih karakteristika:[21]

Dosta rada je bilo posvećeno pripremanju sintetičkih analoga aktivnog mesta hemocijanina.[21] Jedan takav model, koji sadrži par centara bakra bočno premošćenih sa perokso ligandom, pokazuje ν(O-O) na 741 cm−1 i UV-Vis spektar sa apsorbancijama na 349 i 551 nm. Oba ova merenja se slažu sa eksperimentalnim zapažanjima za oxyHc.[22] Odvajanje Cu-Cu u modelu kompleksa je 3,56 Å, a oksihemocijanina je oko 3,6 Å (deoxyHc: oko 4,6 Å).[22][23][24]

Antikancerogena dejstva

уреди

Hemocijanin pronađen u krvi čileanskog školjke Concholepas concholepas, ima imunoterapeutske efekte protiv raka bešike na glodarskim modelima. Miševi sa primenom C. concholepas pre implantacije ćelija tumora bešike (MBT-2). Miševi tretirani hemocijaninom C. concholepas pokazali su antitumorske efekte: produženo preživljavanje, smanjen rast i učestalost tumora i nedostatak toksičnih efekata, i to može imati potencijalnu upotrebu u budućoj imunoterapiji površinskog karcinoma bešike.[25]

KLH hemocijanin je imuni stimulant. On se dobija iz cirkulišućih glikoproteina morskog mekušaca Megathura crenulata. Pokazalo se da je KLH značajan tretman protiv proliferacije raka dojke, raka pankreasa i ćelija raka prostate kada se isporučuje in vitro. KLH hemocijanin inhibira rast ljudskog Baretovog karcinoma jednjaka putem apoptičkih i neapoptičnih mehanizama ćelijske smrti.[26]

Primeri: uticaj životne sredine na nivoe hemocijanina

уреди

Jedna studija iz 2003. godine o uticaju uslova kulture metabolita u krvi i hemocijanina belog škampa Litopenaeus vannamei otkrila je da ishrana utiče na nivoe hemocijanina, posebno oksihemocijanina. Studija je uporedila nivoe oksihemocijanina u krvi belih škampa smeštenih u zatvorenom ribnjaku sa komercijalnom ishranom sa ishranom belih škampa smeštenih u otvorenom jezercu sa dostupnijim izvorom proteina (prirodna živa hrana). Nivoi oksihemocijanina i glukoze u krvi bili su viši kod škampa smeštenih u otvorenim ribnjacima. Takođe je otkriveno da nivoi metabolita u krvi imaju tendenciju da budu niži kod vrsta sa niskim nivoom aktivnosti, kao što su rakovi, jastozi i škampi u zatvorenom, u poređenju sa škampima na otvorenom. Ova korelacija verovatno ukazuje na morfološki i fiziološki razvoj rakova. Čini se da nivoi ovih proteina i metabolita u krvi zavise od energetskih potreba i dostupnosti tih izvora energije.[27]

Vidi još

уреди

Reference

уреди
  1. ^ а б Coates CJ, Nairn J (јул 2014). „Diverse immune functions of hemocyanins”. Developmental and Comparative Immunology. 45 (1): 43—55. PMID 24486681. doi:10.1016/j.dci.2014.01.021. 
  2. ^ Ghiretti-Magaldi A, Ghiretti F (1992). „The pre-history of hemocyanin. The discovery of copper in the blood of molluscs”. Experientia (на језику: енглески). 48 (10): 971—972. ISSN 0014-4754. S2CID 33290596. doi:10.1007/BF01919143. 
  3. ^ а б Voit R, Feldmaier-Fuchs G, Schweikardt T, Decker H, Burmester T (децембар 2000). „Complete sequence of the 24-mer hemocyanin of the tarantula Eurypelma californicum. Structure and intramolecular evolution of the subunits”. The Journal of Biological Chemistry. 275 (50): 39339—39344. PMID 10961996. doi:10.1074/jbc.M005442200  . 
  4. ^ Jaenicke E, Pairet B, Hartmann H, Decker H (2012). „Crystallization and preliminary analysis of crystals of the 24-meric hemocyanin of the emperor scorpion (Pandinus imperator)”. PLOS ONE. 7 (3): e32548. Bibcode:2012PLoSO...732548J. PMC 3293826  . PMID 22403673. doi:10.1371/journal.pone.0032548  . 
  5. ^ Beintema JJ, Stam WT, Hazes B, Smidt MP (мај 1994). „Evolution of arthropod hemocyanins and insect storage proteins (hexamerins)”. Molecular Biology and Evolution. 11 (3): 493—503. PMID 8015442. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a040129  . 
  6. ^ Burmester T (фебруар 2002). „Origin and evolution of arthropod hemocyanins and related proteins”. Journal of Comparative Physiology B: Biochemical, Systemic, and Environmental Physiology. 172 (2): 95—107. PMID 11916114. S2CID 26023927. doi:10.1007/s00360-001-0247-7. 
  7. ^ Cerenius L, Söderhäll K (април 2004). „The prophenoloxidase-activating system in invertebrates”. Immunological Reviews. 198 (1): 116—126. PMID 15199959. S2CID 10614298. doi:10.1111/j.0105-2896.2004.00116.x. 
  8. ^ Terwilliger NB (1999). „Hemolymph Proteins and Molting in Crustaceans and Insects”. American Zoologist. 39 (3): 589—599. doi:10.1093/icb/39.3.589  . 
  9. ^ Terwilliger NB, Dangott L, Ryan M (март 1999). „Cryptocyanin, a crustacean molting protein: evolutionary link with arthropod hemocyanins and insect hexamerins”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (5): 2013—2018. Bibcode:1999PNAS...96.2013T. PMC 26728  . PMID 10051586. doi:10.1073/pnas.96.5.2013  . 
  10. ^ Burmester T (фебруар 2001). „Molecular evolution of the arthropod hemocyanin superfamily”. Molecular Biology and Evolution. 18 (2): 184—195. PMID 11158377. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a003792  . 
  11. ^ Rannulu NS, Rodgers MT (март 2005). „Solvation of copper ions by imidazole: structures and sequential binding energies of Cu+(imidazole)x, x = 1-4. Competition between ion solvation and hydrogen bonding”. Physical Chemistry Chemical Physics. 7 (5): 1014—1025. Bibcode:2005PCCP....7.1014R. PMID 19791394. doi:10.1039/b418141g. 
  12. ^ Strobel A, Hu MY, Gutowska MA, Lieb B, Lucassen M, Melzner F, 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  . 
  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  . 
  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  . 
  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  . 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). „A new model for dioxygen binding in hemocyanin. Synthesis, characterization, and molecular structure of the μ-η2:η2 peroxo dinuclear copper(II) complexes, [Cu(BH(3,5-R2pz)3)]2(O2) (R = i-Pr and Ph)”. Journal of the American Chemical Society. 114 (4): 1277—91. doi:10.1021/ja00030a025. 
  23. ^ Gaykema WP, Hol WG, Vereijken JM, Soeter NM, Bak HJ, Beintema JJ (1984). „3.2 Å structure of the copper-containing, oxygen-carrying protein Panulirus interruptus haemocyanin”. Nature. 309 (5963): 23—9. Bibcode:1984Natur.309...23G. S2CID 4260701. doi:10.1038/309023a0. 
  24. ^ Kodera M, Katayama K, Tachi Y, Kano K, Hirota S, Fujinami S, 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

Spoljašnje veze

уреди
 
Hemocijanin на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Hemocijanin&oldid=28299371”