Das Hämocyanine sind Proteine, die für den Sauerstofftransport in der flüssigen Phase bei Wirbellosen verantwortlich sind, zu denen ausschließlich Arthropoden und Weichtiere gehören. Hämocyanine in der Hämolymphe spielen eine analoge Rolle wie Hämoglobin im Blut bei Vögeln und Säugetieren. Die Effizienz als Förderer ist jedoch geringer.
Da Hämocyanine Proteine sind, die Kupfer anstelle von Eisen verwenden, um Sauerstoff einzufangen, werden sie bei Oxidation blau. Man kann sagen, dass die Tiere, die es benutzen, blaublütige Tiere sind.
Im Gegensatz dazu sind wir wie andere Säugetiere rotblütige Tiere. Um diese Funktion auszuführen, benötigt jedes Molekül dieses Metalloproteins zwei Kupferatome für jeden komplexierten Sauerstoff..
Ein weiterer Unterschied zwischen blaublütigen und rotblütigen Tieren besteht in der Art und Weise, wie sie Sauerstoff transportieren. Im ersteren Fall ist Hämocyanin direkt in der Hämolymphe des Tieres vorhanden. Hämoglobin hingegen wird von spezialisierten Zellen getragen, die Erythrozyten genannt werden..
Einige der Hämocyanine gehören zu den bekanntesten und am besten untersuchten Proteinen. Sie weisen eine große strukturelle Vielfalt auf und haben sich in einer Vielzahl von medizinischen und therapeutischen Anwendungen beim Menschen als sehr nützlich erwiesen.
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Die am besten charakterisierten Hämocyanine sind diejenigen, die aus Mollusken isoliert wurden. Diese gehören zu den größten bekannten Proteinen mit Molekularmassen zwischen 3,3 und 13,5 MDa.
Mollusken-Hämocyanine sind riesige hohle Abgüsse multimerer Glykoproteine, die jedoch in der Hämolymphe des Tieres löslich sind..
Einer der Gründe für ihre hohe Löslichkeit ist, dass Hämocyanine eine Oberfläche mit einer sehr hohen negativen Ladung haben. Sie bilden Untereinheiten von Decamern oder Multidecamern zwischen 330 und 550 kDa, die etwa sieben paraloge Funktionseinheiten umfassen.
Ein Paralog-Gen entsteht aus einem genetischen Duplikationsereignis: Ein Paralog-Protein entsteht aus der Translation eines Paralog-Gens. Abhängig von der Organisation ihrer Funktionsdomänen interagieren diese Untereinheiten miteinander, um Decamere, Didecamers und Tridecamers zu bilden..
Das Arthropoden-Hämocyanin ist dagegen Hexameria. In seinem ursprünglichen Zustand kann es als ganze Zahl von Vielfachen von Hexameren (von 2 x 6 bis 8 x 6) gefunden werden. Jede Untereinheit wiegt zwischen 70 und 75 kDa.
Ein weiteres herausragendes Merkmal von Hämocyaninen ist, dass sie in einem ziemlich weiten Temperaturbereich (von -20 ° C bis über 90 ° C) strukturell und funktionell stabil sind..
Je nach Organismus können Hämocyanine in spezialisierten Organen des Tieres synthetisiert werden. Bei Krebstieren ist es die Hepatopankreas. In anderen Organismen werden sie in bestimmten Zellen wie Cyanozyten von Cheliceraten oder Rogozyten von Mollusken synthetisiert..
Die bekannteste Funktion von Hämocyaninen hat mit ihrer Beteiligung am Energiestoffwechsel zu tun. Hämocyanin ermöglicht bei einer signifikanten Mehrheit der Wirbellosen eine aerobe Atmung.
Die wichtigste bioenergetische Reaktion bei Tieren ist die Atmung. Auf zellulärer Ebene ermöglicht die Atmung den kontrollierten und sukzessiven Abbau von Zuckermolekülen, um beispielsweise Energie zu gewinnen.
Um diesen Prozess durchzuführen, ist ein endgültiger Elektronenakzeptor erforderlich, der in jeder Hinsicht Sauerstoff schlechthin ist. Die Proteine, die für ihre Erfassung und ihren Transport verantwortlich sind, sind vielfältig.
Viele von ihnen verwenden einen Komplex organischer Ringe, der Eisen komplexiert, um mit Sauerstoff zu interagieren. Hämoglobin verwendet zum Beispiel ein Porphyrin (Hämgruppe).
Andere verwenden Metalle wie Kupfer für den gleichen Zweck. In diesem Fall bildet das Metall temporäre Komplexe mit Aminosäureresten des aktiven Zentrums des Trägerproteins..
Obwohl viele Kupferproteine oxidative Reaktionen katalysieren, reagieren Hämocyanine reversibel mit Sauerstoff. Die Oxidation erfolgt in einem Schritt, in dem das Kupfer vom Zustand I (farblos) in den Zustand II oxidiert (blau) übergeht..
Es trägt Sauerstoff in der Hämolymphe, in der es 50 bis mehr als 90% des Gesamtproteins ausmacht. Um seine wichtige physiologische Rolle zu erklären, kann Hämocyanin, obwohl mit geringer Effizienz, in Konzentrationen von bis zu 100 mg / ml gefunden werden..
Im Laufe der Jahre gesammelte Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Hämocyanine nicht nur als Sauerstofftransporter fungieren, sondern auch andere Funktionen erfüllen. Hämocyanine sind sowohl an homöostatischen als auch an physiologischen Prozessen beteiligt. Dazu gehören Häutung, Hormontransport, Osmoregulation und Proteinspeicherung..
Andererseits wurde nachgewiesen, dass Hämocyanine eine grundlegende Rolle bei der angeborenen Immunantwort spielen. Hämocyaninpeptide und verwandte Peptide zeigen sowohl antivirale Aktivität als auch Phenoloxidaseaktivität. Diese letzte Aktivität, die Phenoloxidase der Atemwege, hängt mit Abwehrprozessen gegen Krankheitserreger zusammen.
Hämocyanine wirken auch als Peptidvorläuferproteine mit antimikrobieller und antimykotischer Aktivität. Andererseits wurde nachgewiesen, dass einige Hämocyanine eine unspezifische intrinsische antivirale Aktivität aufweisen.
Diese Aktivität ist für das Tier selbst nicht zytotoxisch. Im Kampf gegen andere Krankheitserreger können Hämocyanine beispielsweise in Gegenwart von Bakterien agglutinieren und die Infektion stoppen.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass Hämocyanine an der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) beteiligt sind. ROS sind grundlegende Moleküle für die Funktion des Immunsystems sowie für die Reaktionen auf Krankheitserreger in allen Eukaryoten.
Hämocyanine sind starke Immunstimulanzien bei Säugetieren. Aus diesem Grund wurden sie als hypoallergene Transporter von Molekülen verwendet, die selbst keine Immunantwort auslösen können (Haptene)..
Andererseits wurden sie auch als wirksame Transporter von Hormonen, Arzneimitteln, Antibiotika und Toxinen verwendet. Sie wurden auch als potenzielle antivirale Verbindungen und als Begleiter bei chemischen Therapien gegen Krebs getestet..
Schließlich gibt es Hinweise darauf, dass Hämocyanine bestimmter Krebstiere in einigen Versuchstiersystemen eine Antitumoraktivität aufweisen. Zu den getesteten Krebsbehandlungen gehören die der Blase, des Eierstocks, der Brust usw..
Aus struktureller und funktioneller Sicht haben Hämocyanine ihre eigenen Eigenschaften, die sie ideal für die Entwicklung neuer biologischer Nanomaterialien machen. Sie wurden beispielsweise bei der Herstellung elektrochemischer Biosensoren mit beachtlichem Erfolg eingesetzt.
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