De hemocyanines zijn eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het transport van zuurstof in de vloeibare fase bij ongewervelde dieren, waaronder uitsluitend geleedpotigen en weekdieren. Hemocyanines in hemolymfe vervullen een rol analoog aan die van hemoglobine in bloed bij vogels en zoogdieren. De efficiëntie als transportband is echter lager.
Omdat hemocyanines eiwitten zijn die koper in plaats van ijzer gebruiken om zuurstof vast te houden, worden ze blauw wanneer ze worden geoxideerd. Men kan zeggen dat de dieren die het gebruiken blauwbloedige dieren zijn.
Wij zijn daarentegen, net als andere zoogdieren, roodbloedige dieren. Om deze functie uit te voeren, heeft elk molecuul van dit metalloproteïne twee koperatomen nodig voor elke gecomplexeerde zuurstof..
Een ander verschil tussen blauwbloedige en roodbloedige dieren is de manier waarop ze zuurstof transporteren. In de eerste is hemocyanine direct aanwezig in de hemolymfe van het dier. Hemoglobine daarentegen wordt gedragen door gespecialiseerde cellen die erytrocyten worden genoemd..
Enkele van de hemocyanines behoren tot de bekendste en best bestudeerde eiwitten. Ze hebben een brede structurele diversiteit en hebben bewezen zeer nuttig te zijn in een breed scala van medische en therapeutische toepassingen bij mensen.
Artikel index
De best gekarakteriseerde hemocyanines zijn die welke zijn geïsoleerd uit weekdieren. Dit zijn enkele van de grootste bekende eiwitten, met molecuulgewichten tussen 3,3 en 13,5 MDa.
Hemocyanines van weekdieren zijn enorme holle afgietsels van multimere glycoproteïnen die echter oplosbaar kunnen worden gevonden in de hemolymfe van het dier..
Een van de redenen voor hun hoge oplosbaarheid is dat hemocyanines een oppervlak hebben met een zeer hoge negatieve lading. Ze vormen subeenheden van decameren of multidecamers van tussen 330 en 550 kDa, die ongeveer zeven paralogische functionele eenheden omvatten.
Een paraloog gen is een gen dat voortkomt uit een genetische duplicatiegebeurtenis: een paraloog eiwit komt voort uit de vertaling van een paraloog gen. Afhankelijk van de organisatie van hun functionele domeinen, werken deze subeenheden met elkaar samen om decameren, didecamers en tridecamers te vormen..
Het geleedpotige hemocyanine is daarentegen hexameria. In zijn oorspronkelijke staat kan het worden gevonden als een geheel getal van veelvouden van hexameren (van 2 x 6 tot 8 x 6). Elke subeenheid weegt tussen 70 en 75 kDa.
Een ander opvallend kenmerk van hemocyanines is dat ze structureel en functioneel stabiel zijn in een vrij breed temperatuurbereik (van -20ºC tot meer dan 90ºC)..
Afhankelijk van het organisme kunnen hemocyanines worden gesynthetiseerd in gespecialiseerde organen van het dier. Bij schaaldieren is het de hepatopancreas. In andere organismen worden ze in bepaalde cellen gesynthetiseerd, zoals cyanocyten van cheliceraten of rogocyten van weekdieren..
De bekendste functie van hemocyanines heeft te maken met hun deelname aan het energiemetabolisme. Hemocyanine maakt aërobe ademhaling mogelijk bij een aanzienlijke meerderheid van ongewervelde dieren.
De belangrijkste bio-energetische reactie bij dieren is ademhaling. Op cellulair niveau maakt ademhaling de afbraak van suikermoleculen op een gecontroleerde en opeenvolgende manier mogelijk, bijvoorbeeld om energie te verkrijgen.
Om dit proces uit te voeren is een laatste elektronenacceptor nodig, die bij uitstek zuurstof is. De eiwitten die verantwoordelijk zijn voor hun vangst en transport zijn gevarieerd.
Velen van hen gebruiken een complex van organische ringen die ijzer complexeren om in wisselwerking te treden met zuurstof. Hemoglobine gebruikt bijvoorbeeld een porfyrine (heemgroep).
Anderen gebruiken metalen zoals koper voor hetzelfde doel. In dit geval vormt het metaal tijdelijke complexen met aminozuurresten van de actieve plaats van het dragereiwit..
Hoewel veel koperproteïnen oxidatieve reacties katalyseren, reageren hemocyanines reversibel met zuurstof. De oxidatie vindt plaats in een stap waarin het koper van toestand I (kleurloos) naar toestand II geoxideerd (blauw) gaat.
Het vervoert zuurstof in de hemolymfe, waarin het 50 tot meer dan 90% van het totale eiwit vertegenwoordigt. Om zijn belangrijke fysiologische rol te verklaren, kan hemocyanine, hoewel met een lage efficiëntie, worden aangetroffen in concentraties zo hoog als 100 mg / ml..
Bewijs dat in de loop van de jaren is verzameld, geeft aan dat hemocyanines andere functies vervullen dan als zuurstoftransporteurs. Hemocyanines nemen deel aan zowel homeostatische als fysiologische processen. Deze omvatten rui, hormoontransport, osmoregulatie en eiwitopslag..
Aan de andere kant is bewezen dat hemocyanines een fundamentele rol spelen bij de aangeboren immuunrespons. Hemocyaninepeptiden en verwante peptiden vertonen zowel antivirale activiteit als fenoloxidaseactiviteit. Deze laatste activiteit, respiratoire fenoloxidase, houdt verband met afweerprocessen tegen pathogenen.
Hemocyanines functioneren ook als peptidevoorlopereiwitten met antimicrobiële en schimmelwerende werking. Aan de andere kant is bewezen dat sommige hemocyanines een niet-specifieke intrinsieke antivirale activiteit hebben.
Deze activiteit is niet cytotoxisch voor het dier zelf. In de strijd tegen andere ziekteverwekkers kunnen hemocyanines agglutineren in aanwezigheid van bijvoorbeeld bacteriën en de infectie stoppen.
Het is ook belangrijk op te merken dat hemocyanines deelnemen aan de productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS). ROS zijn fundamentele moleculen in het functioneren van het immuunsysteem, evenals in de reacties op pathogenen in alle eukaryoten.
Hemocyanines zijn sterke immunostimulantia bij zoogdieren. Om deze reden zijn ze gebruikt als hypoallergene transporters van moleculen die niet in staat zijn om zelf een immuunrespons op te wekken (haptenen)..
Aan de andere kant zijn ze ook gebruikt als efficiënte transporteurs van hormonen, medicijnen, antibiotica en toxines. Ze zijn ook getest als mogelijke antivirale verbindingen en als begeleiders bij chemische therapieën tegen kanker..
Ten slotte zijn er aanwijzingen dat hemocyanines van bepaalde schaaldieren antitumoractiviteit hebben in sommige experimentele dierensystemen. Kankerbehandelingen die zijn getest, omvatten die van de blaas, eierstok, borst, enz..
Vanuit structureel en functioneel oogpunt hebben hemocyanines hun eigen kenmerken waardoor ze ideaal zijn voor de ontwikkeling van nieuwe biologische nanomaterialen. Ze zijn bijvoorbeeld met aanzienlijk succes gebruikt bij het genereren van elektrochemische biosensoren.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.