เฮโมไซยานินเป็นโปรตีนที่รับผิดชอบในการขนส่งออกซิเจนใน ช่วง ของเหลวในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ได้แก่ เฉพาะอาร์โทรพอดและหอย เฮโมไซยานินในเม็ดเลือดแดงมีบทบาทคล้ายคลึงกับฮีโมโกลบินในเลือดในนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของสายพานลำเลียงต่ำกว่า
เนื่องจากเฮโมไซยานินเป็นโปรตีนที่ใช้ทองแดงแทนเหล็กเพื่อดักจับออกซิเจนจึงเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเมื่อออกซิไดซ์ อาจกล่าวได้ว่าสัตว์ที่ใช้มันเป็นสัตว์เลือดสีน้ำเงิน
โมเลกุลของเฮโมไซยานิน
ในทางกลับกันเราก็เหมือนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ ที่มีเลือดแดง ในการทำหน้าที่นี้แต่ละโมเลกุลของ metalloprotein นี้ต้องการอะตอมทองแดงสองอะตอมสำหรับออกซิเจนเชิงซ้อนแต่ละตัว
ความแตกต่างอีกอย่างระหว่างสัตว์เลือดสีน้ำเงินและสัตว์เลือดแดงคือวิธีที่พวกมันขนส่งออกซิเจน ในอดีตฮีโมไซยานินมีอยู่ในเม็ดเลือดแดงของสัตว์โดยตรง ในทางตรงกันข้ามฮีโมโกลบินจะถูกส่งไปโดยเซลล์พิเศษที่เรียกว่าเม็ดเลือดแดง
เฮโมไซยานินบางชนิดเป็นโปรตีนที่รู้จักกันดีและมีการศึกษาดีที่สุด พวกมันมีโครงสร้างที่หลากหลายและได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์อย่างมากในการใช้งานทางการแพทย์และการรักษาโรคในมนุษย์
ลักษณะทั่วไป
เฮโมไซยานินที่มีลักษณะเด่นที่สุดคือฮีโมไซยานินที่แยกได้จากหอย เหล่านี้เป็นโปรตีนที่รู้จักกันมากที่สุดโดยมีมวลโมเลกุลตั้งแต่ 3.3 ถึง 13.5 MDa
เฮโมไซยานินในหอยเป็นรูปกลวงขนาดใหญ่ของไกลโคโปรตีนหลายชนิดซึ่งสามารถพบได้ในเม็ดเลือดแดงของสัตว์
สาเหตุหนึ่งของความสามารถในการละลายสูงคือฮีโมไซยานินมีพื้นผิวที่มีประจุลบสูงมาก พวกเขาสร้างหน่วยย่อยของ decamer หรือ multidecamer ระหว่าง 330 ถึง 550 kDa ซึ่งประกอบด้วยหน่วยฟังก์ชัน Paralogic ประมาณเจ็ดหน่วย
ยีน paralogue เป็นยีนที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์การทำซ้ำทางพันธุกรรม: โปรตีน paralogue เกิดจากการแปลยีน paralogue หน่วยย่อยเหล่านี้โต้ตอบกันเพื่อสร้างตัวถอดรหัสผู้ตรวจสอบบัญชีและไตรเดคาเมอร์ขึ้นอยู่กับองค์กรของโดเมนที่ใช้งานได้
ในทางตรงกันข้าม arthropod hemocyanin คือ hexamer ในสถานะดั้งเดิมสามารถพบได้เป็นจำนวนเต็มของ hexamers หลายรายการ (ตั้งแต่ 2 x 6 ถึง 8 x 6) แต่ละหน่วยย่อยมีน้ำหนักระหว่าง 70 ถึง 75 kDa
ลักษณะเด่นอีกอย่างของเฮโมไซยานินคือมีโครงสร้างและมีเสถียรภาพในการทำงานในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างกว้าง (ตั้งแต่ -20 (C ถึงมากกว่า90ºC)
ฮีโมไซยานินสามารถสังเคราะห์ได้ในอวัยวะเฉพาะของสัตว์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต ในกุ้งมันเป็นตับ ในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ พวกมันถูกสังเคราะห์ในเซลล์เฉพาะเช่น chelicerate cyanocytes หรือ rogocytes ของหอย
คุณสมบัติ
หน้าที่ที่รู้จักกันดีของเฮโมไซยานินเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมในการเผาผลาญพลังงาน เฮโมไซยานินทำให้การหายใจแบบแอโรบิคเป็นไปได้ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังส่วนใหญ่ที่สำคัญ
ปฏิกิริยาทางชีวภาพที่สำคัญที่สุดในสัตว์คือการหายใจ ในระดับเซลล์การหายใจช่วยให้การย่อยสลายโมเลกุลน้ำตาลที่ควบคุมและต่อเนื่องกันตัวอย่างเช่นเพื่อให้ได้พลังงาน
ในการดำเนินกระบวนการนี้จำเป็นต้องมีตัวรับอิเล็กตรอนขั้นสุดท้ายซึ่งสำหรับเจตนาและวัตถุประสงค์ทั้งหมดคือความเป็นเลิศที่ตราไว้หุ้นละออกซิเจน โปรตีนที่รับผิดชอบในการจับและขนส่งมีหลากหลาย
หลายคนใช้วงแหวนอินทรีย์ที่ซับซ้อนซึ่งผสมเหล็กเพื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ตัวอย่างเช่นเฮโมโกลบินใช้ porphyrin (กลุ่ม heme)
คนอื่นใช้โลหะเช่นทองแดงเพื่อวัตถุประสงค์เดียวกัน ในกรณีนี้โลหะจะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนชั่วคราวโดยมีกรดอะมิโนตกค้างในบริเวณที่ใช้งานของโปรตีนตัวพา
แม้ว่าโปรตีนทองแดงจำนวนมากจะกระตุ้นปฏิกิริยาออกซิเดชั่น แต่ฮีโมไซยานินจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนย้อนกลับได้ การเกิดออกซิเดชันจะเกิดขึ้นในขั้นตอนที่ทองแดงเปลี่ยนจากสถานะ I (ไม่มีสี) เป็นสถานะ II ออกซิไดซ์ (สีน้ำเงิน)
มีออกซิเจนใน hemolymph ซึ่งคิดเป็น 50 ถึงมากกว่า 90% ของโปรตีนทั้งหมด เพื่ออธิบายถึงบทบาททางสรีรวิทยาที่สำคัญแม้ว่าจะมีประสิทธิภาพต่ำ แต่ฮีโมไซยานินสามารถพบได้ในความเข้มข้นสูงถึง 100 มก. / มล.
ฟังก์ชั่นอื่น ๆ
หลักฐานที่สะสมมาหลายปีบ่งชี้ว่าเฮโมไซยานินทำหน้าที่อื่น ๆ นอกเหนือจากการทำหน้าที่เป็นตัวลำเลียงออกซิเจน เฮโมไซยานินมีส่วนร่วมในกระบวนการทางธรรมชาติและทางสรีรวิทยา ซึ่งรวมถึงการลอกคราบการขนส่งฮอร์โมนการดูดซึมและการกักเก็บโปรตีน
ในทางกลับกันมันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเฮโมไซยานินมีบทบาทพื้นฐานในการตอบสนองของภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด เฮโมไซยานินเปปไทด์และเปปไทด์ที่เกี่ยวข้องแสดงฤทธิ์ต้านไวรัสเช่นเดียวกับกิจกรรมฟีโนออกซิเดส กิจกรรมสุดท้ายนี้คือ phenoloxidase ทางเดินหายใจเกี่ยวข้องกับกระบวนการป้องกันเชื้อโรค
เฮโมไซยานินยังทำหน้าที่เป็นโปรตีนตั้งต้นของเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ต้านจุลชีพและเชื้อรา ในทางกลับกันมีการพิสูจน์แล้วว่าเฮโมไซยานินบางชนิดมีฤทธิ์ต้านไวรัสภายในที่ไม่เฉพาะเจาะจง
กิจกรรมนี้ไม่เป็นพิษต่อเซลล์ของสัตว์ ในการต่อสู้กับเชื้อโรคอื่น ๆ ฮีโมไซยานินสามารถรวมตัวกันต่อหน้าแบคทีเรียและหยุดการติดเชื้อได้
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตด้วยว่าฮีโมไซยานินมีส่วนร่วมในการผลิตออกซิเจนชนิดปฏิกิริยา (ROS) ROS เป็นโมเลกุลพื้นฐานในการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันเช่นเดียวกับการตอบสนองต่อเชื้อโรคในยูคาริโอตทั้งหมด
การประยุกต์ใช้งาน
เฮโมไซยานินเป็นสารกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่แข็งแรงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ด้วยเหตุนี้จึงถูกใช้เป็นตัวขนส่งโมเลกุลที่ไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้ซึ่งไม่สามารถกระตุ้นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันได้ด้วยตัวเอง (haptens)
ในทางกลับกันพวกมันยังถูกใช้เป็นตัวขนส่งฮอร์โมนยาปฏิชีวนะและสารพิษที่มีประสิทธิภาพ พวกเขายังได้รับการทดสอบว่าเป็นสารประกอบต้านไวรัสที่เป็นไปได้และเป็นตัวช่วยในการบำบัดทางเคมีเพื่อต่อต้านมะเร็ง
ในที่สุดมีหลักฐานว่าฮีโมไซยานินจากกุ้งบางชนิดมีฤทธิ์ต้านมะเร็งในสัตว์ทดลองบางระบบ การรักษามะเร็งที่ได้รับการทดสอบ ได้แก่ กระเพาะปัสสาวะรังไข่เต้านมเป็นต้น
จากมุมมองของโครงสร้างและการทำงานเฮโมไซยานินมีลักษณะเฉพาะของตัวเองซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการพัฒนาวัสดุนาโนทางชีวภาพใหม่ ตัวอย่างเช่นพวกเขาถูกนำมาใช้ในการสร้างไบโอเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมีและประสบความสำเร็จอย่างมาก
อ้างอิง
- Abid Ali, S. , Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: เลือดสีน้ำเงิน DM Verlag Dr.Müllerประเทศเยอรมนี
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) การทำงานของภูมิคุ้มกันที่หลากหลายของ hemocyanins พัฒนาการและภูมิคุ้มกันวิทยาเปรียบเทียบ 45: 43-55
- Kato, S. , Matsui, T. , Gatsogiannis, C. , Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: โครงสร้างวิวัฒนาการและสรีรวิทยา. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) ชีวเคมี: ปฏิกิริยาทางเคมีของเซลล์สิ่งมีชีวิต. เอลส์เวียร์นิวยอร์กสหรัฐอเมริกา
- Yang, P. , You, J. , Li, F. , Fei, J. , Feng, B. , He, X. Zhou, J. (2013) Electrochemical biosensing platform based on a hemocyanin-NP - carbon black hybrid nano - ฟิล์มคอมโพสิต วิธีการวิเคราะห์ 5: 3168-3171
- Zanjani, NT, Saksena, MM, Dehghani, F. , Cunningham, AL (2018) จากมหาสมุทรถึงข้างเตียง: ศักยภาพในการรักษาของ molluscan hemocyanins เคมียาปัจจุบัน, 25: 2292-2303.