✖


Jump to content

гемоцианин

Гемоцианин, медьсодержащий домен
Единственная оксигенированная функциональная единица гемоцианина осьминога .
Идентификаторы
Символ Гемоцианин_М
Пфам PF00372
ИнтерПро ИПР000896
PROSITE PDOC00184
СКОП2 1lla / SCOPe / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam  structures / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumstructure summary
PDB1oxy :110-373 1nol :110-373 1lla :110-373

1ll1 :110-373 1hc1A:136-393 1hcyD:136-393 1hc6B:136-393 1hc4C:136-393 1hc3C:136-393

1hc5C:136-393 1hc2C:136-393
Гемоцианин, полностью альфа-домен
Кристаллическая структура гексамерного гемоцианина из Panulirus прерывания, уточненная с разрешением 3,2 ангстрема.
Идентификаторы
Символ Гемоцианин_N
Пфам PF03722
ИнтерПро ИПР005204
PROSITE PDOC00184
СКОП2 1lla / SCOPe / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam  structures / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumstructure summary
Гемоцианин, ig-подобный домен
кристаллографический анализ оксигенированного и дезоксигенированного состояний гемоцианина членистоногих показывает необычные различия
Идентификаторы
Символ Гемоцианин_С
Пфам PF03723
ИнтерПро ИПР005203
PROSITE PDOC00184
СКОП2 1lla / SCOPe / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam  structures / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumstructure summary

Гемоцианины (также называемые гемоцианинами и сокращенно Hc ) представляют собой белки , которые транспортируют кислород по телу некоторых беспозвоночных животных. Эти металлопротеины содержат два атома меди , которые обратимо связывают одну молекулу кислорода (О 2 ). они уступают только гемоглобину По частоте использования в качестве молекул-переносчиков кислорода . В отличие от гемоглобина в эритроцитах , обнаруженного у позвоночных , гемоцианины не задерживаются в клетках крови, а суспендируются непосредственно в гемолимфе . Оксигенация вызывает изменение цвета между бесцветной дезоксигенированной формой Cu (I) и синей оксигенированной формой Cu (II). [1]

Распространение видов

[ редактировать ]

Гемоцианин был впервые обнаружен у Octopus vulgaris Леоном Фредериком в 1878 году. Присутствие меди в моллюсках было обнаружено еще раньше Бартоломео Бизио в 1833 году. [2] Гемоцианины обнаружены у моллюсков и членистоногих , включая головоногих и ракообразных , и используются некоторыми наземными членистоногими, такими как тарантул Eurypelma Californicum , [3] императорский скорпион , [4] и многоножка Scutigera coleoptrata . Кроме того, запасные белки личинок у многих насекомых, по-видимому, происходят из гемоцианинов. [5]

Суперсемейство гемоцианинов

[ редактировать ]

гемоцианинов членистоногих Суперсемейство состоит из фенолоксидаз , гексамеринов , псевдогемоцианинов или криптоцианинов и ( двукрылых ) гексамериновых рецепторов. [6]

Фенолоксидазы представляют собой медьсодержащие тирозиназы. Эти белки участвуют в процессе склеротизации кутикулы членистоногих, заживлении ран и гуморальной иммунной защите. Фенолоксидаза синтезируется зимогенами и активируется путем расщепления N-концевого пептида . [7]

Гексамерины — это запасные белки, обычно встречающиеся у насекомых. Эти белки синтезируются жировым телом личинок и связаны с циклами линьки или условиями питания. [8]

Генетические последовательности псевдогемоцианинов и криптоцианинов тесно связаны с гемоцианинами ракообразных. Эти белки имеют схожую структуру и функции, но лишены мест связывания меди . [9]

Эволюционные изменения в филогении суперсемейства гемоцианинов тесно связаны с появлением этих различных белков у разных видов. Понимание белков этого суперсемейства не было бы понятным без обширных исследований гемоцианина у членистоногих. [10]

Структура и механизм

[ редактировать ]

Хотя дыхательная функция гемоцианина аналогична функции гемоглобина, существует значительное количество различий в его молекулярной структуре и механизме действия. В то время как гемоглобин несет атомы железа в порфириновых кольцах ( гемовых группах), атомы меди гемоцианина связаны как простетические группы , координируемые остатками гистидина . Каждый мономер гемоцианина удерживает пару катионов меди(I) за счет взаимодействия с имидазольными кольцами шести остатков гистидина. [11] Отмечено, что к видам, использующим гемоцианин для транспорта кислорода, относятся ракообразные, обитающие в холодных средах с низким давлением кислорода. В этих условиях транспорт кислорода гемоглобином менее эффективен, чем транспорт кислорода гемоцианином. [12] Тем не менее, существуют также наземные членистоногие, использующие гемоцианин, особенно пауки и скорпионы, которые живут в теплом климате. Молекула конформационно стабильна и полноценно функционирует при температуре до 90 градусов С. [13]

Большинство гемоцианинов связываются с кислородом некооперативно и примерно в четыре раза эффективнее гемоглобина при транспортировке кислорода на единицу количества крови. Гемоглобин кооперативно связывает кислород из-за стерической конформации изменений белкового комплекса , что увеличивает сродство гемоглобина к кислороду при частичном насыщении кислородом. У некоторых гемоцианинов мечехвостов и некоторых других видов членистоногих наблюдается кооперативное связывание с коэффициентами Хилла 1,6–3,0. Коэффициенты Хилла варьируются в зависимости от вида и настроек лабораторных измерений. Гемоглобин, для сравнения, имеет коэффициент Хилла обычно 2,8–3,0. В этих случаях кооперативного связывания гемоцианин располагался в виде белковых субкомплексов из 6 субъединиц (гексамеров) каждый с одним сайтом связывания кислорода; связывание кислорода с одной единицей комплекса увеличит сродство соседних единиц. Каждый гексамерный комплекс был организован вместе, образуя 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 кооперативное связывание между гексамерами. На профиль связывания кислорода гемоцианином также влияют уровни растворенных ионов солей и рН . [14]

Гемоцианин состоит из множества отдельных белков-субъединиц, каждая из которых содержит два атома меди и может связывать одну молекулу кислорода (О 2 ). Каждая субъединица весит около 75 килодальтон (кДа). Субъединицы могут быть организованы в димеры или гексамеры в зависимости от вида; димерный или гексамерный комплекс также организован в цепочки или кластеры с массой более 1500 кДа. Субъединицы обычно гомогенны или гетерогенны с двумя вариантными типами субъединиц. Из-за большого размера гемоцианина он обычно находится в крови в свободном состоянии, в отличие от гемоглобина. [15]

Структура гемоцианина моллюсков японского летающего кальмара с молекулярной массой 3,8 МДа . Это гомодекамер из пяти димеров, собранных в цилиндр диаметром 31 нм. Каждый мономер имеет цепочку из восьми отдельных субъединиц, каждая из которых имеет сайт связывания Cu 2 O 2 . [16] ПБР : 4YD9

Гексамеры характерны для гемоцианинов членистоногих. [17] Гемоцианин тарантула Eurypelma Californicum. [3] состоит из 4 гексамеров или 24 пептидных цепей. Гемоцианин из домашней многоножки Scutigera coleoptrata. [18] состоит из 6 гексамеров или 36 цепей. Подковообразные крабы содержат 8-гексамерный (т.е. 48-цепочечный) гемоцианин. Простые гексамеры обнаружены у лангуста Panulirus ignoreus и изоподы Bathynomus giganteus . [17] Пептидные цепи у ракообразных имеют длину около 660 аминокислотных остатков, а у хелицератов — около 625. В крупных комплексах имеется множество вариантов цепей, все примерно одинаковой длины; чистые компоненты обычно не собираются самостоятельно. [ нужна ссылка ]

Каталитическая активность

[ редактировать ]
Активный центр гемоцианина в отсутствие O 2 (каждый центр Cu представляет собой катион, заряды не показаны).
O 2 -связанная форма активного центра гемоцианина (центр Cu 2 представляет собой дикатион, заряд не показан).

Гемоцианин гомологичен фенолоксидазам (например, тирозиназе ), поскольку оба белка имеют остатки гистидина , называемые медь-связывающими координационными центрами «типа 3», как и ферменты тирозиназа и катехолоксидаза . [19] В обоих случаях неактивные предшественники ферментов (также называемые зимогенами или проферментами) должны быть активированы в первую очередь. Это достигается путем удаления аминокислоты, которая блокирует входной канал в активный центр, когда профермент неактивен. В настоящее время не существует других известных модификаций, необходимых для активации профермента и обеспечения каталитической активности. Конформационные различия определяют тип каталитической активности, которую способен осуществлять гемоцианин. [20] Гемоцианин также проявляет фенолоксидазную активность, но с замедленной кинетикой из-за большего стерического объема в активном центре. Частичная денатурация фактически улучшает активность фенолоксидазы гемоцианина, обеспечивая больший доступ к активному центру. [1] [19]

Спектральные свойства

[ редактировать ]
Нижняя сторона панциря красного каменного краба ( Cancer Productus ). Фиолетовая окраска обусловлена ​​гемоцианином.

Спектроскопия оксигемоцианина демонстрирует несколько существенных особенностей: [21]

  1. Резонансная рамановская спектроскопия показывает, что O
    2     связан в симметричной среде (ν(OO) не разрешено IR).
  2. OxyHc не содержит ЭПР, что указывает на отсутствие неспаренных электронов.
  3. Инфракрасная спектроскопия показывает ν(OO) 755 см-1. −1

Много работ посвящено получению синтетических аналогов активного центра гемоцианина. [21] Одна из таких моделей, которая имеет пару медных центров, соединенных боковыми мостиками пероксо-лигандом, показывает ν (OO) при 741 см-1. −1 и УФ-Вид спектр с поглощением при 349 и 551 нм. Оба этих измерения согласуются с экспериментальными наблюдениями для oxyHc. [22] Расстояние Cu-Cu в модельном комплексе составляет 3,56 Å, расстояние оксигемоцианина – ок. 3,6 Å (дезоксиHc: около 4,6 Å). [22] [23] [24]

Противораковые эффекты

[ редактировать ]

Гемоцианин, обнаруженный в крови чилийского морского ушка Concholepas concholepas , оказывает иммунотерапевтическое действие против рака мочевого пузыря на мышиных моделях. Мышам вводили C. concholepas перед имплантацией клеток опухоли мочевого пузыря (MBT-2). Мыши, получавшие гемоцианин C. concholepas, продемонстрировали противоопухолевый эффект: продлили выживаемость, снизили рост и заболеваемость опухолью, а также отсутствие токсических эффектов и могут потенциально использоваться в будущей иммунотерапии поверхностного рака мочевого пузыря. [25]

Гемоцианин улитки замочной скважины (KLH) представляет собой иммуностимулятор, полученный из циркулирующих гликопротеинов морского моллюска Megathura crenulata . Было показано, что KLH является важным средством лечения пролиферации клеток рака молочной железы, рака поджелудочной железы и рака простаты при доставке in vitro. Гемоцианин улитки замочной скважины ингибирует рост рака пищевода Барретта человека посредством как апоптического, так и неапоптического механизмов гибели клеток. [26]

Тематические исследования: влияние окружающей среды на уровень гемоцианина

[ редактировать ]

Исследование 2003 года влияния условий культивирования метаболитов крови и гемоцианина белой креветки Litopenaeus vannamei показало, что на уровни гемоцианина, в частности оксигемоцианина, влияет диета. В ходе исследования сравнивались уровни оксигемоцианина в крови белых креветок, содержащихся в закрытом пруду с коммерческим рационом, с уровнем белых креветок, содержащихся в открытом пруду с более доступным источником белка (натуральный живой корм). Уровни оксигемоцианина и глюкозы в крови были выше у креветок, содержащихся в открытых прудах. Также было обнаружено, что уровни метаболитов в крови имеют тенденцию быть ниже у видов с низким уровнем активности, таких как крабы, омары и креветки, живущие в помещении, по сравнению с креветками, живущими 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. [27]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б Коутс CJ, Нэрн Дж (июль 2014 г.). «Разнообразные иммунные функции гемоцианинов». Развивающая и сравнительная иммунология . 45 (1): 43–55. дои : 10.1016/j.dci.2014.01.021 . ПМИД   24486681 .
  2. ^ Гиретти-Магальди А, Гиретти Ф (1992). «Предыстория гемоцианина. Открытие меди в крови моллюсков» . Эксперименты . 48 (10): 971–972. дои : 10.1007/BF01919143 . ISSN   0014-4754 . S2CID   33290596 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Войт Р., Фельдмайер-Фукс Г., Швейкардт Т., Декер Х., Бурместер Т. (декабрь 2000 г.). «Полная последовательность 24-мерного гемоцианина птицееда Eurypelma Californicum. Структура и внутримолекулярная эволюция субъединиц» . Журнал биологической химии . 275 (50): 39339–39344. дои : 10.1074/jbc.M005442200 . ПМИД   10961996 .
  4. ^ Йенике Э., Пайрет Б., Хартманн Х., Декер Х. (2012). «Кристаллизация и предварительный анализ кристаллов 24-мерного гемоцианина императорского скорпиона (Pandinus Emperor)» . ПЛОС ОДИН . 7 (3): e32548. Бибкод : 2012PLoSO...732548J . дои : 10.1371/journal.pone.0032548 . ПМК   3293826 . ПМИД   22403673 .
  5. ^ Бейнтема Дж.Дж., Стам В.Т., Хейзес Б., Смидт, член парламента (май 1994 г.). «Эволюция гемоцианинов членистоногих и запасных белков насекомых (гексамеринов)» . Молекулярная биология и эволюция . 11 (3): 493–503. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040129 . ПМИД   8015442 .
  6. ^ Бурместер Т. (февраль 2002 г.). «Происхождение и эволюция гемоцианинов членистоногих и родственных белков». Журнал сравнительной физиологии B: Биохимическая, системная и физиология окружающей среды . 172 (2): 95–107. дои : 10.1007/s00360-001-0247-7 . ПМИД   11916114 . S2CID   26023927 .
  7. ^ Серениус Л., Седерхалл К. (апрель 2004 г.). «Система активации профенолоксидазы у беспозвоночных». Иммунологические обзоры . 198 (1): 116–126. дои : 10.1111/j.0105-2896.2004.00116.x . ПМИД   15199959 . S2CID   10614298 .
  8. ^ Тервиллигер Н.Б. (1999). «Белки гемолимфы и линька у ракообразных и насекомых» . Американский зоолог . 39 (3): 589–599. дои : 10.1093/icb/39.3.589 .
  9. ^ Тервиллигер Н.Б., Данготт Л., Райан М. (март 1999 г.). «Криптоцианин, белок линьки ракообразных: эволюционная связь с гемоцианинами членистоногих и гексамеринами насекомых» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (5): 2013–2018. Бибкод : 1999ПНАС...96.2013Т . дои : 10.1073/pnas.96.5.2013 . ПМЦ   26728 . ПМИД   10051586 .
  10. ^ Бурместер Т. (февраль 2001 г.). «Молекулярная эволюция суперсемейства гемоцианинов членистоногих» . Молекулярная биология и эволюция . 18 (2): 184–195. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003792 . ПМИД   11158377 .
  11. ^ Раннулу Н.С., Роджерс М.Т. (март 2005 г.). «Сольватация ионов меди имидазолом: структуры и последовательные энергии связи Cu + (имидазол) x, x = 1-4. Конкуренция между сольватацией ионов и водородными связями». Физическая химия Химическая физика . 7 (5): 1014–1025. Бибкод : 2005PCCP....7.1014R . дои : 10.1039/b418141g . ПМИД   19791394 .
  12. ^ Штробель А., Ху М.Ю., Гутовска М.А., Либ Б., Лукассен М., Мельцнер Ф. и др. (декабрь 2012 г.). «Влияние температуры, гиперкапнии и развития на относительную экспрессию различных изоформ гемоцианина у обыкновенной каракатицы Sepia officinalis» (PDF) . Журнал экспериментальной зоологии. Часть А. Экологическая генетика и физиология . 317 (8): 511–523. дои : 10.1002/jez.1743 . ПМИД   22791630 .
  13. ^ Стернер Р., Фогль Т., Хинц Х.Дж., Пенц Ф., Хофф Р., Фёлль Р., Декер Х. (май 1995 г.). «Чрезвычайная термостабильность гемоцианина тарантула». Письма ФЭБС . 364 (1): 9–12. дои : 10.1016/0014-5793(95)00341-6 . ПМИД   7750550 .
  14. ^ Пертон Ф.Г., Бейнтема Дж.Дж., Декер Х. (май 1997 г.). «Влияние связывания антител на кислородное поведение гемоцианина Panulirus прерывания». Письма ФЭБС . 408 (2): 124–126. дои : 10.1016/S0014-5793(97)00269-X . ПМИД   9187351 .
  15. ^ Ваксман Л. (май 1975 г.). «Строение гемоцианинов членистоногих и моллюсков» . Журнал биологической химии . 250 (10): 3796–3806. дои : 10.1016/S0021-9258(19)41469-5 . ПМИД   1126935 .
  16. ^ Гай, Джо; Мацуно, Аска; Картон, тренер; Коробка, Санаэ; Хан, доктор Рафикул Ислам; Симидзу, Такеши; Ёсиока, Такея; Катон, Юки; Кишимура, Хидеки; Кэннон, Гаку; Миябе, Ёсикацу; Терада, Тору; Танака, Ёсиказу; Яо, Мин (2015). «Кристаллическая структура респираторной супермолекулы гемоцианина с массой 3,8 МДа при разрешении 3,0 Å» . Структура . 23 (12): 2204–2212. doi : 10.1016/j.str.2015.09.008 . ПМИД   26602184 .
  17. ^ Перейти обратно: а б ван Холде К.Е., Миллер К.И. (1995). «Гемоцианины». В Anfinsen CB, Richards FM, Edsall JT, Eisenberg DS (ред.). Достижения в области химии белков . Том. 47. Академическая пресса. стр. 1–81. дои : 10.1016/S0065-3233(08)60545-8 . ISBN  978-0-12-034247-1 . ПМИД   8561049 .
  18. ^ Куше К., Хембах А., Хагнер-Холлер С., Гебауэр В., Бурместер Т. (июль 2003 г.). «Полные последовательности субъединиц, структура и эволюция 6 x 6-мерного гемоцианина из обычной домашней многоножки Scutigera coleoptrata» . Европейский журнал биохимии . 270 (13): 2860–2868. дои : 10.1046/j.1432-1033.2003.03664.x . ПМИД   12823556 .
  19. ^ Перейти обратно: а б Декер Х., Тучек Ф. (август 2000 г.). «Тирозиназная/катехолоксидазная активность гемоцианинов: структурная основа и молекулярный механизм». Тенденции биохимических наук . 25 (8): 392–397. дои : 10.1016/S0968-0004(00)01602-9 . ПМИД   10916160 .
  20. ^ Декер Х, Швейкардт Т, Ниллиус Д, Зальцбрунн У, Янике Э, Тучек Ф (август 2007 г.). «Подобная активация ферментов и катализ в гемоцианинах и тирозиназах». Джин . 398 (1–2): 183–191. дои : 10.1016/j.gene.2007.02.051 . ПМИД   17566671 .
  21. ^ Перейти обратно: а б Элвелл С.Э., Ганьон Н.Л., Нейсен Б.Д., Дхар Д., Спэт А.Д., Йи ГМ, Толман В.Б. (февраль 2017 г.). «Возвращение к медно-кислородным комплексам: структура, спектроскопия и реакционная способность» . Химические обзоры . 117 (3): 2059–2107. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00636 . ПМЦ   5963733 . ПМИД   28103018 .
  22. ^ Перейти обратно: а б Китадзима Н., Фудзисава К., Фудзимото С., Морока И., Хасимото С., Китагава Т. и др. (1992). «Новая модель связывания дикислорода в гемоцианине. Синтез, характеристика и молекулярная структура пероксо-двуядерных комплексов меди(II) μ-η2:η2, [Cu(BH(3,5-R2pz)3)]2(O2)» (R = i-Pr и Ph)». Журнал Американского химического общества . 114 (4): 1277–91. дои : 10.1021/ja00030a025 .
  23. ^ Гайкема В.П., Хол В.Г., Верейкен Дж.М., Соетер Н.М., Бак Х.Дж., Бейнтема Дж.Дж. (1984). «Структура 3,2 Å медьсодержащего и переносящего кислород белка гемоцианина Panulirus прерывания». Природа 309 (5963): 23–9. Бибкод : 1984Nature.309...23G . дои : 10.1038/ 309023a0 S2CID   4260701 .
  24. ^ Кодера М., Катаяма К., Тачи Й., Кано К., Хирота С., Фудзинами С. и др. (1999). «Кристаллическая структура и обратимое связывание O2 стабильного при комнатной температуре комплекса μ-η2:η2-пероксодимеди (II) стерически затрудненного гексапиридинового двуядерного лиганда». Журнал Американского химического общества . 121 (47): 11006–7. дои : 10.1021/ja992295q .
  25. ^ Атала А (2006). «Этот месяц в следственной урологии». Журнал урологии . 176 (6): 2335–6. дои : 10.1016/j.juro.2006.09.002 .
  26. ^ Макфадден Д.В., Риггс Д.Р., Джексон Б.Дж., Вона-Дэвис Л. (ноябрь 2003 г.). «Гемоцианин улитки замочной скважины, новый иммуностимулятор с многообещающей противораковой активностью при аденокарциноме пищевода Барретта». Американский журнал хирургии . 186 (5): 552–555. дои : 10.1016/j.amjsurg.2003.08.002 . ПМИД   14599624 .
  27. ^ Паскуаль С., Гаксиола Г., Росас С. (2003). «Метаболиты крови и гемоцианин белой креветки Litopenaeus vannamei: влияние условий культивирования и сравнение с другими видами ракообразных». Морская биология . 142 (4): 735–745. дои : 10.1007/s00227-002-0995-2 . S2CID   82961592 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы по теме гемоцианина .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hemocyanin&oldid=1237065885"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 92fd9f74f29a2e2095e0dba4670bb6cc__1722114780
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/92/cc/92fd9f74f29a2e2095e0dba4670bb6cc.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Hemocyanin - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)