و hemocyanins هي بروتينات المسؤولة عن نقل الأكسجين في و الطور السائل في ما يلي اللافقاريات، على وجه الحصر، المفصليات والرخويات. يلعب الهيموسيانين في الدملمف دورًا مشابهًا لدور الهيموجلوبين في الدم في الطيور والثدييات. ومع ذلك ، فإن كفاءتها كناقل أقل.
نظرًا لأن الهيموسيانين عبارة عن بروتينات تستخدم النحاس بدلاً من الحديد لاحتجاز الأكسجين ، فإنها تتحول إلى اللون الأزرق عندما تتأكسد. يمكن القول أن الحيوانات التي تستخدمها حيوانات ذوات الدم الأزرق.
جزيء الهيموسيانين.
نحن ، مثل الثدييات الأخرى ، على العكس من ذلك ، حيوانات حمراء الدم. لتنفيذ هذه الوظيفة ، يتطلب كل جزيء من هذا البروتين المعدني ذرتين من النحاس لكل أكسجين معقد.
الفرق الآخر بين الحيوانات ذوات الدم الأزرق وذات الدم الأحمر هو الطريقة التي تنقل بها الأكسجين. في السابق ، يوجد الهيموسيانين مباشرة في الدملمف للحيوان. على النقيض من ذلك ، يتم نقل الهيموغلوبين بواسطة خلايا متخصصة تسمى كريات الدم الحمراء.
بعض الهيموسيانين من بين أفضل البروتينات المعروفة وأفضلها دراسة. لديهم تنوع هيكلي واسع وقد أثبتوا أنهم مفيدون جدًا في مجموعة واسعة من التطبيقات الطبية والعلاجية في البشر.
الخصائص العامة
أفضل أنواع الهيموسيانين تميزًا هي تلك التي تم عزلها من الرخويات. هذه من بين أكبر البروتينات المعروفة ، حيث تتراوح كتلها الجزيئية من 3.3 إلى 13.5 MDa.
الهيموسيانين الرخويات عبارة عن قوالب مجوفة ضخمة من البروتينات السكرية المتعددة التي يمكن العثور عليها قابلة للذوبان في الدملمف للحيوان.
أحد أسباب قابليتها للذوبان العالية هو أن الهيموسيانين له سطح به شحنة سالبة عالية جدًا. أنها تشكل وحدات فرعية decamer أو multidecamer بين 330 و 550 كيلو دالتون ، وتضم حوالي سبع وحدات وظيفية paralogic.
الجين المماثل هو الجين الذي ينشأ من حدث الازدواج الجيني: ينشأ البروتين البارالوغرافي من ترجمة الجين البارالوغرافي. اعتمادًا على تنظيم المجالات الوظيفية الخاصة بهم ، تتفاعل هذه الوحدات الفرعية مع بعضها البعض لتشكيل أجهزة فك التشفير ، وأجهزة فك التشفير ، وثلاثي الكاميرات.
على النقيض من ذلك ، فإن الهيموسيانين المفصلي هو هيكسامير. يمكن العثور عليها في حالتها الأصلية كعدد صحيح لمضاعفات السداسيات (من 2 × 6 إلى 8 × 6). تزن كل وحدة فرعية ما بين 70 و 75 كيلو دالتون.
من الخصائص البارزة الأخرى للهيموسيانين أنها مستقرة من الناحية الهيكلية والوظيفية على مدى درجة حرارة واسعة إلى حد ما (من -20 درجة مئوية إلى أكثر من 90 درجة مئوية).
اعتمادًا على الكائن الحي ، يمكن تصنيع الهيموسيانين في أعضاء متخصصة للحيوان. في القشريات هو الكبد. في الكائنات الحية الأخرى ، يتم تصنيعها في خلايا معينة مثل الخلايا الزرقاء من chelicerates ، أو الخلايا rogocytes من الرخويات.
المميزات
إن أفضل وظيفة معروفة للهيموسيانين تتعلق بمشاركتها في استقلاب الطاقة. يجعل الهيموسيانين التنفس الهوائي ممكنًا في غالبية اللافقاريات.
يعتبر التنفس أهم تفاعل للطاقة الحيوية عند الحيوانات. على المستوى الخلوي ، يسمح التنفس بالتدهور المنظم والمتتابع لجزيئات السكر ، على سبيل المثال ، للحصول على الطاقة.
لتنفيذ هذه العملية يتطلب متقبلًا نهائيًا للإلكترون ، والذي يعتبر ، لجميع المقاصد والأغراض ، بامتياز ، الأكسجين. تتنوع البروتينات المسؤولة عن التقاطها ونقلها.
يستخدم الكثير منهم مجموعة من الحلقات العضوية التي تجمع الحديد من أجل التفاعل مع الأكسجين. الهيموغلوبين ، على سبيل المثال ، يستخدم البورفيرين (مجموعة الهيم).
يستخدم البعض الآخر معادن مثل النحاس لنفس الغرض. في هذه الحالة ، يشكل المعدن مجمعات مؤقتة مع بقايا الأحماض الأمينية للموقع النشط للبروتين الحامل.
على الرغم من أن العديد من بروتينات النحاس تحفز التفاعلات المؤكسدة ، فإن الهيموسيانين يتفاعل مع الأكسجين بشكل عكسي. تحدث الأكسدة في خطوة ينتقل فيها النحاس من الحالة الأولى (عديم اللون) إلى الحالة الثانية المؤكسدة (الأزرق).
يحمل الأكسجين في الدملمف ، حيث يمثل 50 إلى أكثر من 90٪ من إجمالي البروتين. لحساب دوره الفسيولوجي المهم ، على الرغم من انخفاض الكفاءة ، يمكن العثور على الهيموسيانين بتركيزات تصل إلى 100 مجم / مل.
وظائف أخرى
تشير الأدلة المتراكمة على مر السنين إلى أن الهيموسيانين يؤدي وظائف أخرى بخلاف العمل كناقل للأكسجين. يشارك الهيموسيانين في كل من العمليات الاستتبابية والفسيولوجية. يتضمن ذلك طرح الريش ، ونقل الهرمونات ، وتنظيم التناضح ، وتخزين البروتين.
من ناحية أخرى ، فقد ثبت أن الهيموسيانين يلعب دورًا أساسيًا في الاستجابة المناعية الفطرية. تُظهر ببتيدات الهيموسيانين والببتيدات ذات الصلة نشاطًا مضادًا للفيروسات بالإضافة إلى نشاط الفينولوكسيديز. يرتبط هذا النشاط الأخير ، الفينولوكسيديز التنفسي ، بعمليات الدفاع ضد مسببات الأمراض.
يعمل الهيموسيانين أيضًا كبروتينات طليعية للببتيد مع نشاط مضاد للميكروبات ومضاد للفطريات. من ناحية أخرى ، فقد ثبت أن بعض الهيموسيانين لها نشاط مضاد للفيروسات غير محدد.
هذا النشاط ليس سامًا للخلايا للحيوان نفسه. في مكافحة مسببات الأمراض الأخرى ، يمكن أن يتراكم الهيموسيانين في وجود البكتيريا على سبيل المثال ويوقف العدوى.
من المهم أيضًا ملاحظة أن الهيموسيانين يشارك في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). ROS هي جزيئات أساسية في عمل الجهاز المناعي ، وكذلك في الاستجابة لمسببات الأمراض في جميع حقيقيات النوى.
التطبيقات
الهيموسيانين منبهات مناعية قوية في الثدييات. لهذا السبب ، تم استخدامها كناقلات هيبوالرجينيك للجزيئات غير القادرة على إثارة استجابة مناعية من تلقاء نفسها (haptens).
من ناحية أخرى ، فقد تم استخدامها أيضًا كناقلات فعالة للهرمونات والأدوية والمضادات الحيوية والسموم. كما تم اختبارها أيضًا كمركبات محتملة مضادة للفيروسات وكمرافق في العلاجات الكيميائية ضد السرطان.
أخيرًا ، هناك دليل على أن الهيموسيانين من بعض القشريات لها نشاط مضاد للأورام في بعض أنظمة الحيوانات التجريبية. تشمل علاجات السرطان التي تم اختبارها علاجات المثانة والمبيض والثدي وما إلى ذلك.
من وجهة نظر هيكلية ووظيفية ، للهيموسيانين خصائصه الخاصة التي تجعله مثاليًا لتطوير مواد نانوية بيولوجية جديدة. لقد تم استخدامها ، على سبيل المثال ، في توليد أجهزة الاستشعار الحيوية الكهروكيميائية بنجاح كبير.
المراجع
- عابد علي ، س. ، عباسي ، أ. (011) العقرب الهيموسيانين: الدم الأزرق. DM Verlag Dr. Müller ، ألمانيا.
- كوتس ، سي جيه ، نايرن ، ج. (2014) وظائف مناعية متنوعة للهيموسيانين. علم المناعة التنموي والمقارن ، 45: 43-55.
- كاتو ، إس ، ماتسوي ، تي ، جاتسوجيانيس ، سي ، تاناكا ، واي (2018) الهيموسيانين الرخوي: التركيب والتطور وعلم وظائف الأعضاء. المراجعات الفيزيائية الحيوية ، 10: 191-202.
- ميتزلر ، د. (2012) الكيمياء الحيوية: التفاعلات الكيميائية للخلايا الحية. إلسفير ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
- Yang، P.، You، J.، Li، F.، Fei، J.، Feng، B.، He، X. Zhou، J. (2013) منصة الاستشعار البيولوجي الكهروكيميائية القائمة على الهيموسيانين - NP - نانو هجين أسود الكربون - فيلم مركب. الطرق التحليلية 5: 3168-3171.
- Zanjani، NT، Saksena، MM، Dehghani، F.، Cunningham، AL (2018) من المحيط إلى السرير: الإمكانات العلاجية للهيموسيانين الرخويات. الكيمياء الطبية الحالية 25: 2292-2303.