The hemocyanins adalah protein yang bertanggung jawab untuk transportasi oksigen di dalam fase cair dalam invertebrata termasuk, secara eksklusif, arthropoda dan moluska. Hemocyanin dalam hemolimf memenuhi peran yang mirip dengan hemoglobin dalam darah pada burung dan mamalia. Namun, efisiensinya sebagai konveyor lebih rendah.
Karena hemocyanin adalah protein yang menggunakan tembaga dan bukan besi untuk menjebak oksigen, hemosianin menjadi biru saat teroksidasi. Bisa dikatakan hewan yang menggunakannya adalah hewan berdarah biru.
Molekul hemosianin.
Kami, seperti mamalia lain, sebaliknya, adalah hewan berdarah merah. Untuk menjalankan fungsi ini, setiap molekul metaloprotein ini membutuhkan dua atom tembaga untuk setiap oksigen kompleks.
Perbedaan lain antara hewan berdarah biru dan hewan berdarah merah adalah cara mereka mengangkut oksigen. Di bekas, hemocyanin hadir langsung di hemolimf hewan. Hemoglobin, sebaliknya, dibawa oleh sel-sel khusus yang disebut eritrosit.
Beberapa hemocyanin adalah protein yang paling terkenal dan paling banyak dipelajari. Mereka memiliki keragaman struktural yang luas dan telah terbukti sangat berguna dalam berbagai aplikasi medis dan terapeutik pada manusia.
Karakteristik umum
Hemosianin dengan karakter terbaik adalah yang telah 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 hemolimf 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 paralogic.
Gen paralogue adalah gen yang muncul dari peristiwa duplikasi genetik: protein paralogue muncul dari terjemahan gen paralogue. Bergantung pada organisasi domain fungsionalnya, subunit ini berinteraksi satu sama lain untuk membentuk decamers, didecamers, dan tridecamers.
Hemosianin arthropoda, sebaliknya, adalah heksamer. Dalam keadaan aslinya, ini dapat ditemukan sebagai bilangan bulat dari kelipatan heksamer (dari 2 x 6 hingga 8 x 6). Setiap subunit memiliki berat antara 70 dan 75 kDa.
Karakteristik lain dari hemocyanin adalah stabil secara struktural dan fungsional pada kisaran suhu yang cukup luas (dari -20ºC sampai lebih dari 90ºC).
Bergantung pada organisme, hemosianin dapat disintesis di organ khusus hewan. Pada krustasea itu adalah hepatopankreas. Pada organisme lain, mereka disintesis dalam sel tertentu seperti sianosit dari chelicerate, atau rogocytes dari moluska.
fitur
Fungsi hemosianin yang paling terkenal berkaitan dengan partisipasinya dalam metabolisme energi. Hemocyanin memungkinkan respirasi aerobik pada sebagian besar invertebrata.
Reaksi bioenergi terpenting pada hewan adalah respirasi. Pada tingkat sel, respirasi memungkinkan degradasi molekul gula yang terkendali dan berurutan, misalnya, untuk memperoleh energi.
Untuk melakukan proses ini membutuhkan akseptor elektron terakhir, yang untuk semua maksud dan tujuan adalah, oksigen. Protein yang bertanggung jawab untuk menangkap dan mengangkutnya bervariasi.
Banyak dari mereka menggunakan kompleks cincin organik yang membuat besi kompleks untuk berinteraksi dengan oksigen. Hemoglobin, misalnya, menggunakan porfirin (kelompok 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 mengkatalisasi reaksi oksidatif, hemosianin bereaksi dengan oksigen secara reversibel. Oksidasi terjadi pada tahap di mana tembaga berubah dari keadaan I (tidak berwarna) menjadi II teroksidasi (biru).
Ini membawa oksigen di hemolimf, 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 terkumpul selama bertahun-tahun menunjukkan bahwa hemosianin memiliki fungsi lain selain sebagai pengangkut oksigen. Hemocyanin berpartisipasi dalam proses homeostatis dan fisiologis. Ini termasuk molting, transportasi hormon, osmoregulasi, dan penyimpanan protein.
Di sisi lain, telah dibuktikan bahwa hemocyanin memainkan peran fundamental dalam respon imun bawaan. Peptida hemosianin, dan peptida terkait, menunjukkan aktivitas antivirus serta aktivitas fenoloksidase. Aktivitas terakhir ini, fenoloksidase pernapasan, terkait dengan proses pertahanan melawan patogen.
Hemocyanin juga berfungsi sebagai protein prekursor peptida dengan aktivitas antimikroba dan antijamur. Di sisi lain, telah dibuktikan bahwa beberapa hemocyanin memiliki aktivitas antivirus intrinsik non-spesifik.
Aktivitas ini tidak bersifat sitotoksik bagi hewan itu sendiri. Dalam perang melawan patogen lain, hemosianin dapat menggumpal di hadapan, misalnya, bakteri dan menghentikan infeksi.
Penting juga untuk dicatat bahwa hemocyanin berpartisipasi dalam produksi spesies oksigen reaktif (ROS). ROS adalah molekul fundamental dalam fungsi sistem kekebalan, serta dalam respons terhadap patogen di semua eukariota.
Aplikasi
Hemocyanin adalah imunostimulan yang kuat pada mamalia. Untuk alasan ini, mereka telah digunakan sebagai transporter hipoalergenik untuk molekul 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.
Akhirnya, ada bukti bahwa hemocyanin dari krustasea tertentu memiliki aktivitas antitumor di beberapa sistem hewan percobaan. Perawatan kanker yang telah diuji meliputi kandung kemih, ovarium, payudara, dll.
Dari sudut pandang struktural dan fungsional, hemocyanin memiliki karakteristiknya sendiri yang membuatnya ideal untuk pengembangan nanomaterial biologis baru. Mereka telah digunakan, misalnya, dalam pembuatan biosensor elektrokimia dengan keberhasilan yang cukup besar.
Referensi
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: Darah biru. DM Verlag Dr. Müller, Jerman.
- Coates, CJ, Nairn, J. (2014) Fungsi kekebalan yang beragam dari hemocyanin. Imunologi Perkembangan dan Perbandingan, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: struktur, evolusi, dan fisiologi. Ulasan Biofisik, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Biokimia: Reaksi kimia sel hidup. Elsevier, NY, AS.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Platform biosensing elektrokimia berdasarkan hemocyanin– NP - karbon hitam hybrid nano film -komposit. Metode Analisis, 5: 3168-3171.
- 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.