Гемоцианин, медьсодержащий домен | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Единственная оксигенированная функциональная единица из гемоцианина октопуса | |||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||
Символ | Гемоцианин_M | ||||||||||
Pfam | PF00372 | ||||||||||
InterPro | IPR000896 | ||||||||||
PROSITE | PDOC00184 | ||||||||||
SCOPe | 1lla / SUPFAM | ||||||||||
|
Гемоцианин, полностью альфа-домен | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Кристаллическая структура гексамерного гемоцианина из Panulirus interruptus с разрешением 3,2 ангстрем | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Символ | Гемоцианин_N | ||||||||
Pfam | PF03722 | ||||||||
InterPro | IPR005204 | ||||||||
PROSITE | PDOC00184 | ||||||||
SCOPe | 1lla / SUPFAM | ||||||||
|
Гемоцианин, ig-подобный домен | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Кристаллографический анализ оксигенированного и дезоксигенированного состояний гемоцианина членистоногих показывает необычные различия | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Символ | Гемоцианин_C | ||||||||
Pfam | PF03723 | ||||||||
InterPro | IPR005203 | ||||||||
PROSITE | PDOC00184 | ||||||||
SCOPe | 1lla / SUPFAM | ||||||||
|
Гемоцианины (также пишутся гемоцианины и сокращенно Hc ) являются белками, которые транспортируют кислород по всему телу некоторых беспозвоночных животных. Эти металлопротеины содержат два атома меди, которые обратимо связывают одну молекулу кислорода (O 2). Они уступают только гемоглобину по частоте использования в качестве молекулы, переносящей кислород. В отличие от гемоглобина в эритроцитах, обнаруженном у позвоночных, гемоцианины не связываются с клетками крови, а вместо этого находятся во взвешенном состоянии непосредственно в гемолимфе. Окисление вызывает изменение цвета между бесцветной деоксигенированной формой Cu (I) и синей оксигенированной формой Cu (II).
Гемоцианины встречаются только у Mollusca и Arthropoda : самые ранние открытия гемоцианины были у улитки Helix pomatia (моллюск) и у подковообразного краба (членистоногие). Впоследствии было обнаружено, что они распространены среди головоногих и ракообразных и используются некоторыми наземными членистоногими, такими как тарантул, императорский скорпион и многоножка Scutigera coleoptrata. Кроме того, запасные белки личинок у многих насекомых, по-видимому, происходят из гемоцианинов.
Суперсемейство гемоцианинов членистоногих состоит из фенолоксидаз или, (диптерановые) гексамериновые рецепторы.
Фенолоксидазы представляют собой медьсодержащие тирозиназы. Эти белки участвуют в процессе склеротизации кутикулы членистоногих, в заживлении ран и гуморальной иммунной защите. Фенолоксидаза синтезируется зимогенами и активируется путем расщепления N-концевого пептида.
Гексамерины представляют собой запасные белки, обычно обнаруживаемые у насекомых. Эти белки синтезируются жировым телом личинки и связаны с циклами линьки или условиями питания.
Генетические последовательности псевдогемоцианинов и криптоцианинов тесно связаны с гемоцианинами у ракообразных. Эти белки имеют схожую структуру и функцию, но лишены сайтов связывания меди.
Эволюционные изменения в филогении суперсемейства гемоцианинов тесно связаны с появлением этих разных белков в различных виды. Понимание белков в этом суперсемействе не было бы хорошо понятно без обширных исследований гемоцианина у членистоногих.
Хотя дыхательная функция гемоцианина схожа с функцией гемоглобина, существует значительное количество различий в его молекулярной структуре и механизме. В то время как гемоглобин несет свои атомы железа в порфириновых кольцах (гем группы), атомы меди гемоцианина связаны как протезные группы, координированные остатками гистидина. Активный центр гемоцианина состоит из пары катионов меди (I), которые непосредственно координируются с белком за счет движущей силы имидазольных колец из шести остатков гистидина. Было отмечено, что виды, использующие гемоцианин для транспортировки кислорода, включают ракообразных, живущих в холодных условиях с низким давлением кислорода. В этих условиях транспортировка кислорода гемоглобином менее эффективна, чем транспортировка кислорода гемоцианином. Тем не менее, есть также наземные членистоногие, использующие гемоцианин, особенно пауки и скорпионы, которые живут в теплом климате. Молекула конформационно стабильна и полностью функционирует при температурах до 90 ° C.
Большинство гемоцианинов связываются с кислородом некооперативно и примерно на четверть эффективнее гемоглобина в транспортировке кислорода на количество крови. Гемоглобин связывает кислород кооперативно из-за изменений стерической конформации в белковом комплексе, что увеличивает сродство гемоглобина к кислороду при частичной оксигенации. У некоторых гемоцианинов подковообразных крабов и некоторых других видов членистоногих наблюдается кооперативное связывание с коэффициентами Хилла 1,6–3,0. Коэффициенты Хилла варьируются в зависимости от вида и лабораторных условий измерения. Для сравнения, гемоглобин имеет коэффициент Хилла обычно 2,8–3,0. В этих случаях кооперативного связывания гемоцианин был организован в белковые субкомплексы из 6 субъединиц (гексамер), каждый с одним сайтом связывания кислорода; связывание кислорода с одной единицей в комплексе увеличило бы сродство соседних единиц. Каждый гексамерный комплекс был организован вместе, чтобы сформировать более крупный комплекс из десятков гексамеров. В одном исследовании было обнаружено, что кооперативное связывание зависит от расположения гексамеров вместе в более крупном комплексе, что предполагает совместное связывание между гексамерами. На профиль связывания кислорода гемоцианина также влияют уровни растворенных солевых ионов, и pH.
гемоцианин состоит из множества отдельных субъединичных белков, каждый из которых содержит два атома меди и может связывать одну молекулу кислорода (O 2). Каждая субъединица весит около 75 килодальтон (кДа). Субъединицы могут быть расположены в димерах или гексамерах в зависимости от вида; димерный или гексамерный комплекс аналогичным образом расположен в цепочки или кластеры с массой, превышающей 1500 кДа. Субъединицы обычно гомогенные или гетерогенные с двумя вариантными типами субъединиц. Из-за большого размера гемоцианина, в отличие от гемоглобина, он обычно находится свободно плавающим в крови.
Гексамеры характерны для гемоцианинов членистоногих. Гемоцианин птицееда Eurypelma californicum состоит из 4 гексамеров или 24 пептидных цепей. Гемоцианин домашней сороконожки Scutigera coleoptrata состоит из 6 гексамеров или 36 цепей. Подковообразные крабы имеют 8-гексамерный (т.е. 48-цепочечный) гемоцианин. Простые гексамеры обнаружены у колючего омара Panulirus interruptus и изоподы Bathynomus giganteus. Пептидные цепи в ракообразных имеют длину около 660 аминокислотных остатков, а в хелицератах - около 625. В больших комплексах существует множество вариантов цепей, все примерно одинаковой длины; чистые компоненты обычно не самоорганизуются.
Гемоцианин гомологичен фенолоксидазам (например, тирозиназе ), поскольку оба белка имеют координацию активного центра Cu типа 3. В обоих случаях сначала должны быть активированы неактивные проферменты, такие как гемоцианин, тирозиназа и кахолоксидаза. Это достигается путем удаления аминокислоты, которая блокирует входной канал в активный сайт, когда профермент неактивен. В настоящее время нет других известных модификаций, необходимых для активации профермента и обеспечения каталитической активности. Конформационные различия определяют тип каталитической активности, которую способен выполнять гемоцианин. Гемоцианин также проявляет фенолоксидазную активность, но с замедленной кинетикой из-за большей стерической массы в активном центре. Частичная денатурация фактически улучшает фенолоксидазную активность гемоцианина, обеспечивая более широкий доступ к активному центру.
Спектроскопия оксигемоцианина показывает несколько характерных особенностей:
Большая работа была посвящена получению синтетических аналогов активного центра гемоцианина. Одна такая модель, которая имеет пару центров меди, соединенных перемычкой пероксолигандом, показывает ν (O-O) при 741 см и УФ-видимый спектр с поглощением при 349 и 551 нм. Оба этих измерения согласуются с экспериментальными наблюдениями для oxyHc. Разделение Cu-Cu в модельном комплексе составляет 3,56 Å, оксигемоцианина - примерно. 3,6 Å (дезоксиHc: примерно 4,6 Å).
Гемоцианин, обнаруженный в крови чилийского морского ушка, Concholepas concholepas, оказывает иммунотерапевтическое действие против рак мочевого пузыря на мышах. Мышей примировали C. concholepas перед имплантацией клеток мочевого пузыря опухоли (MBT-2). Мыши, получавшие гемоцианин C. concholepas, продемонстрировали противоопухолевые эффекты: длительную выживаемость, снижение роста и заболеваемости опухолью, а также отсутствие токсических эффектов и могут иметь потенциальное применение в будущей иммунотерапии поверхностного рака мочевого пузыря.
Гемоцианин лимфы улитки (KLH)) является иммуностимулятором, полученным из циркулирующих гликопротеинов морского моллюска Megathura crenulata. Было показано, что KLH является важным средством против распространения рака груди, рака поджелудочной железы и клеток рака простаты при доставке in vitro. Гемоцианин лимфы улитки подавляет рост рака пищевода Барретта человека посредством апоптических и неапоптических механизмов гибели клеток.
Исследование влияния условий культивирования в 2003 г. метаболиты крови и гемоцианин белых креветок Litopenaeus vannamei обнаружили, что диета влияет на уровни гемоцианина, в частности оксигемоцианина. В исследовании сравнивали уровни оксигемоцианина в крови белых креветок, содержащихся в закрытом пруду с коммерческим рационом, и белых креветок, содержащихся в открытом пруду с более легкодоступным источником белка (натуральный живой корм). Уровни оксигемоцианина и глюкозы в крови были выше у креветок, содержащихся в открытых прудах. Было также обнаружено, что уровни метаболитов в крови, как правило, ниже у видов с низким уровнем активности, таких как крабы, омары и домашние креветки, по сравнению с креветками на открытом воздухе. Эта корреляция, возможно, свидетельствует о морфологической и физиологической эволюции ракообразных. Уровни этих белков и метаболитов в крови, по-видимому, зависят от энергетических потребностей и доступности этих источников энергии.
Викискладе есть медиафайлы, связанные с гемоцианином. |
.