Hemosianin: karakteristik dan fungsi

hemocyanins adalah protein yang bertanggung jawab untuk transportasi oksigen di dalam fase cair di invertebrata termasuk, secara eksklusif, arthropoda dan moluska. Hemosianin dalam hemolimfa memenuhi peran yang serupa dengan hemoglobin dalam darah pada burung dan mamalia. Namun, efisiensinya sebagai konveyor lebih rendah.

Karena hemosianin adalah protein yang menggunakan tembaga sebagai pengganti besi untuk menjebak oksigen, mereka berubah menjadi biru saat teroksidasi. Dapat dikatakan bahwa hewan yang menggunakannya adalah hewan berdarah biru.

molekul hemosianin.

Kita, seperti mamalia lain, sebaliknya, adalah hewan berdarah merah. Untuk menjalankan fungsi ini, setiap molekul metaloprotein ini membutuhkan dua atom tembaga untuk setiap oksigen yang dikomplekskan.

Perbedaan lain antara hewan berdarah biru dan berdarah merah adalah cara mereka mengangkut oksigen. Pada yang pertama, hemosianin secara langsung hadir dalam hemolimfa hewan. Hemoglobin, sebaliknya, dibawa oleh sel-sel khusus yang disebut eritrosit.

Beberapa hemosianin adalah salah satu protein yang paling dikenal dan paling baik dipelajari. Mereka memiliki keragaman struktural yang luas dan telah terbukti sangat berguna dalam berbagai aplikasi medis dan terapeutik pada manusia.

Indeks artikel

Karakteristik umum

Hemosianin dengan karakterisasi terbaik adalah hemosianin yang diisolasi dari moluska. Ini adalah salah satu protein terbesar yang diketahui, dengan massa molekul berkisar antara 3,3 hingga 13,5 MDa.

Hemosianin moluska adalah gips berongga besar dari glikoprotein multimerik yang, bagaimanapun, dapat ditemukan larut dalam hemolimfa hewan.

Salah satu alasan kelarutannya yang tinggi adalah karena hemosianin memiliki permukaan dengan muatan negatif yang sangat tinggi. Mereka membentuk subunit decamer atau multidecamer antara 330 dan 550 kDa, yang terdiri dari sekitar tujuh unit fungsional paralogis.

Gen paralog adalah gen yang muncul dari peristiwa duplikasi genetik: protein paralog muncul dari translasi gen paralog. Bergantung pada organisasi domain fungsionalnya, subunit ini berinteraksi satu sama lain untuk membentuk decamer, didecamer, dan tridecamer.

Hemosianin arthropoda, sebaliknya, adalah heksamerik. Dalam keadaan asalnya dapat ditemukan sebagai bilangan bulat kelipatan heksamer (dari 2 x 6 hingga 8 x 6). Setiap subunit memiliki berat antara 70 dan 75 kDa.

Karakteristik lain yang menonjol dari hemosianin adalah bahwa mereka stabil secara struktural dan fungsional pada rentang suhu yang cukup luas (dari -20ºC hingga lebih dari 90ºC).

Tergantung pada organismenya, hemosianin dapat disintesis di organ khusus hewan. Dalam krustasea itu adalah hepatopankreas. Pada organisme lain, mereka disintesis dalam sel-sel tertentu seperti cyanocytes dari chelicerates, atau rogocytes dari moluska.

Fitur

Fungsi hemosianin yang paling terkenal berkaitan dengan partisipasinya dalam metabolisme energi. Hemosianin memungkinkan respirasi aerobik pada sebagian besar invertebrata.

Reaksi bioenergi yang paling penting pada hewan adalah respirasi. Pada tingkat sel, respirasi memungkinkan degradasi molekul gula yang terkontrol dan berurutan, misalnya, untuk memperoleh energi.

Untuk melakukan proses ini, akseptor elektron terakhir diperlukan, yang untuk semua tujuan adalah oksigen. Protein yang bertanggung jawab untuk menangkap dan mengangkutnya bervariasi.

Banyak dari mereka menggunakan kompleks cincin organik yang kompleks besi untuk berinteraksi dengan oksigen. Hemoglobin, misalnya, menggunakan porfirin (gugus heme).

Yang lain menggunakan logam seperti tembaga untuk tujuan yang sama. Dalam hal ini, logam membentuk kompleks sementara dengan residu asam amino dari situs aktif protein pembawa.

Meskipun banyak protein tembaga mengkatalisis reaksi oksidatif, hemosianin bereaksi dengan oksigen secara reversibel. Oksidasi terjadi pada langkah di mana tembaga berubah dari keadaan I (tidak berwarna) ke keadaan teroksidasi II (biru).

Ini membawa oksigen dalam hemolimfa, di mana ia mewakili 50 hingga lebih dari 90% dari total protein. Untuk menjelaskan peran fisiologisnya yang penting, meskipun dengan efisiensi rendah, hemosianin dapat ditemukan dalam konsentrasi setinggi 100 mg / mL.

Fungsi lainnya

Bukti yang terakumulasi selama bertahun-tahun menunjukkan bahwa hemosianin memiliki fungsi lain selain bertindak sebagai pengangkut oksigen. Hemosianin berpartisipasi dalam proses homeostatis dan fisiologis. Ini termasuk molting, transportasi hormon, osmoregulasi, dan penyimpanan protein.

Di sisi lain, telah terbukti bahwa hemosianin memainkan peran mendasar dalam respon imun bawaan. Peptida hemosianin, dan peptida terkait, menunjukkan aktivitas antivirus serta aktivitas fenoloksidase. Aktivitas terakhir ini, phenoloxidase respiratorik, terkait dengan proses pertahanan melawan patogen.

Hemosianin juga berfungsi sebagai protein prekursor peptida dengan aktivitas antimikroba dan antijamur. Di sisi lain, telah ditemukan bahwa beberapa hemosianin memiliki aktivitas antivirus intrinsik yang tidak spesifik.

Aktivitas ini tidak sitotoksik bagi hewan itu sendiri. Dalam memerangi patogen lain, hemosianin dapat menggumpal di hadapan, misalnya, bakteri dan menghentikan infeksi.

Penting juga untuk dicatat bahwa hemosianin berpartisipasi dalam produksi spesies oksigen reaktif (ROS). ROS adalah molekul mendasar dalam fungsi sistem kekebalan, serta dalam respons terhadap patogen di semua eukariota.

Kegunaan

Hemocyanin adalah imunostimulan kuat pada mamalia. Untuk alasan ini, mereka telah digunakan sebagai pengangkut molekul hipoalergenik yang tidak mampu membangkitkan respon imun sendiri (haptens).

Di sisi lain, mereka juga telah digunakan sebagai pengangkut hormon, obat-obatan, antibiotik, dan racun yang efisien. Mereka juga telah diuji sebagai senyawa antivirus potensial dan sebagai pendamping dalam terapi kimia melawan kanker.

Terakhir, terdapat bukti bahwa hemosianin dari krustasea tertentu memiliki aktivitas antitumor pada beberapa sistem hewan percobaan. Perawatan kanker yang telah diuji meliputi kanker kandung kemih, ovarium, payudara, dll.

Dari sudut pandang struktural dan fungsional, hemosianin memiliki karakteristiknya sendiri yang membuatnya ideal untuk pengembangan nanomaterial biologis baru. Mereka telah digunakan, misalnya, dalam generasi biosensor elektrokimia dengan cukup sukses.

Referensi

  1. Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Kalajengking hemosianin : Darah yang berwarna biru. DM Verlag Dr. Müller, Jerman.
  2. Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Beragam fungsi kekebalan hemosianin. Imunologi Perkembangan dan Perbandingan, 45: 43-55.
  3. Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktur, evolusi, dan fisiologi. Ulasan Biofisik, 10: 191-202.
  4. Metzler, D. (2012) Biokimia: Reaksi kimia sel hidup. Elsevier, NY, AS.
  5. Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Platform biosensing elektrokimia berdasarkan hemocyanin– [ dilindungi email ] NP– film nano-komposit karbon hitam hibrida. Metode Analisis, 5: 3168-3171.
  6. Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F., Cunningham, AL (2018) Dari laut ke samping tempat tidur: potensi terapeutik hemosianin moluska. Kimia Obat Saat Ini, 25: 2292-2303.