Hemocianina
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Hemocianina, dominio que contiene cobre
Hemocianina2.jpg
Unidad funcional oxigenada simple de la hemocianina de un pulpo
Identificadores
SímboloHemocianina_M
PfamPF00372
InterProIPR000896
PROSITEPDOC00184
SCOP21lla / SCOPe / SUPFAM
Estructuras proteicas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumresumen de estructura
PDB1oxy : 110-373 1nol : 110-373 1lla : 110-373

1ll1 : 110-373 1hc1 A: 136-393 1hcy D: 136-393 1hc6 B: 136-393 1hc4 C: 136-393 1hc3 C: 136-393

1hc5 C: 136-393 1hc2 C: 136-393
Hemocianina, dominio todo alfa
PDB 1hcy EBI.jpg
Estructura cristalina de hemocianina hexamérica de Panulirus interruptus refinada a una resolución de 3,2 angstroms
Identificadores
SímboloHemocianina_N
PfamPF03722
InterProIPR005204
PROSITEPDOC00184
SCOP21lla / SCOPe / SUPFAM
Estructuras proteicas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumresumen de estructura
Hemocianina, dominio similar a ig
PDB 1oxy EBI.jpg
El análisis cristalográfico de los estados oxigenado y desoxigenado de la hemocianina de artrópodos muestra diferencias inusuales
Identificadores
SímboloHemocianina_C
PfamPF03723
InterProIPR005203
PROSITEPDOC00184
SCOP21lla / SCOPe / SUPFAM
Estructuras proteicas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumresumen de estructura

Las hemocianinas (también deletreadas hemocianinas y abreviado Hc ) son proteínas que transportan oxígeno a través de los cuerpos de algunos animales invertebrados. Estas metaloproteínas contienen dos átomos de cobre que se unen de forma reversible a una sola molécula de oxígeno (O 2 ). Solo son superados por la hemoglobina en la frecuencia de uso como molécula de transporte de oxígeno. A diferencia de la hemoglobina en los glóbulos rojos que se encuentran en los vertebrados , las hemocianinas no se unen a las células sanguíneas, sino que se suspenden directamente en la hemolinfa . La oxigenación provoca un colorcambio entre la forma desoxigenada de Cu (I) incolora y la forma oxigenada de Cu (II) azul . [1]

Distribución de especies

Las hemocianinas se encuentran solo en los moluscos y artrópodos : los primeros descubrimientos de hemocianinas se dieron en el caracol Helix pomatia (un molusco) y en el cangrejo herradura (un artrópodo). Posteriormente se encontró que eran comunes entre cefalópodos y crustáceos y son utilizados por algunos artrópodos terrestres como la tarántula Eurypelma californicum , [2] el escorpión emperador , [3] y el ciempiés Scutigera coleoptrata . Además, las proteínas de almacenamiento de larvas en muchos insectos parecen derivar de las hemocianinas. [4]

La superfamilia de la hemocianina

La superfamilia de hemocianinas de artrópodos está compuesta por fenoloxidasas , hexamerinas , pseudohemocianinas o criptocianinas , (dípteros) receptores de hexamerina. [5]

La fenoloxidasa son tirosinasas que contienen cobre. Estas proteínas están involucradas en el proceso de esclerotización de la cutícula de artrópodos, en la cicatrización de heridas y en la defensa inmunológica humoral. La fenoloxidasa es sintetizada por cimógenos y se activa al escindir un péptido N-terminal . [6]

Las hexamerinas son proteínas de almacenamiento que se encuentran comúnmente en los insectos. Estas proteínas son sintetizadas por el cuerpo graso de las larvas y están asociadas con ciclos de muda o condiciones nutricionales. [7]

Las secuencias genéticas de la pseudohemocianina y las criptocianinas están estrechamente relacionadas con las hemocianinas en los crustáceos. Estas proteínas tienen una estructura y función similares, pero carecen de los sitios de unión del cobre . [8]

Los cambios evolutivos dentro de la filogenia de la superfamilia de la hemocianina están estrechamente relacionados con la aparición de estas diferentes proteínas en varias especies. La comprensión de las proteínas dentro de esta superfamilia no se comprendería bien sin los extensos estudios de hemocianina en artrópodos. [9]

Estructura y mecanismo

La parte inferior del caparazón de un cangrejo de roca rojo ( Cancer productus ). La coloración púrpura es causada por la hemocianina.

Aunque la función respiratoria de la hemocianina es similar a la de la hemoglobina, hay un número significativo de diferencias en su estructura y mecanismo molecular. Considerando que la hemoglobina conlleva sus hierro átomos en porfirina anillos ( hemo grupos), las de cobre átomos de hemocianina están unidos como grupos prostéticos coordinados por histidina residuos. El sitio activo de la hemocianina está compuesto por un par de cationes de cobre (I) que se coordinan directamente con la proteína a través de la fuerza impulsora de los anillos imidazólicos de seis residuos de histidina. [10] Se ha observado que las especies que utilizan hemocianina para el transporte de oxígeno incluyencrustáceos que viven en ambientes fríos con baja presión de oxígeno. En estas circunstancias, el transporte de oxígeno por hemoglobina es menos eficaz que el transporte de oxígeno por hemocianina. [11] Sin embargo, también hay artrópodos terrestres que utilizan hemocianina, especialmente arañas y escorpiones, que viven en climas cálidos. La molécula es conformacionalmente estable y funciona completamente a temperaturas de hasta 90 grados C. [12]

La mayoría de las hemocianinas se unen al oxígeno de forma no cooperativa y son aproximadamente una cuarta parte de la eficacia de la hemoglobina en el transporte de oxígeno por cantidad de sangre. La hemoglobina se une al oxígeno de manera cooperativa debido a cambios de conformación estérica en el complejo proteico , lo que aumenta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno cuando se oxigena parcialmente. En algunas hemocianinas de cangrejos herradura y algunas otras especies de artrópodos , se observa unión cooperativa, con coeficientes de Hill de 1,6 a 3,0. Los coeficientes de Hill varían según la especie y los entornos de medición de laboratorio. La hemoglobina, a modo de comparación, tiene un coeficiente de Hill normalmente de 2,8 a 3,0. En estos casos de vinculación cooperativala hemocianina se dispuso en subcomplejos de proteínas de 6 subunidades (hexámero) cada una con un sitio de unión al oxígeno; la unión de oxígeno en una unidad del complejo aumentaría la afinidad de las unidades vecinas. Cada complejo de hexámeros se organizó para formar un complejo más grande de docenas de hexámeros. En un estudio, se descubrió que la unión cooperativa dependía de que los hexámeros se dispusieran juntos en el complejo más grande, lo que sugiere una unión cooperativa entre hexámeros. El perfil de unión al oxígeno de la hemocianina también se ve afectado por los niveles de iones salinos disueltos y el pH . [13]

La hemocianina está compuesta de muchas proteínas subunitarias individuales, cada una de las cuales contiene dos átomos de cobre y puede unirse a una molécula de oxígeno (O 2 ). Cada subunidad pesa alrededor de 75 kilodaltons (kDa). Las subunidades pueden disponerse en dímeros o hexámeros según la especie; el complejo dímero o hexámero está igualmente dispuesto en cadenas o grupos con pesos superiores a 1500 kDa. Las subunidades suelen ser homogéneas o heterogéneas con dos tipos de subunidades variantes. Debido al gran tamaño de la hemocianina, generalmente se encuentra flotando libremente en la sangre, a diferencia de la hemoglobina. [14]

Los hexámeros son característicos de las hemocianinas de artrópodos. [15] Una hemocianina de la tarántula Eurypelma californicum [2] está formada por 4 hexámeros o 24 cadenas peptídicas. Una hemocianina del ciempiés doméstico Scutigera coleoptrata [16] está formada por 6 hexámeros o 36 cadenas. Los cangrejos herradura tienen una hemocianina de 8 hexámeros (es decir, 48 cadenas). Los hexámeros simples se encuentran en la langosta espinosa Panulirus interruptus y el isópodo Bathynomus giganteus . [15] Las cadenas de péptidos en los crustáceos tienen aproximadamente 660 residuos de aminoácidos de largo, y en los queliceradosson aproximadamente 625. En los complejos grandes hay una variedad de cadenas variantes, todas de aproximadamente la misma longitud; los componentes puros no suelen montarse por sí mismos. [ cita requerida ]

Actividad catalítica

La hemocianina es homóloga a las fenol oxidasas (por ejemplo, vv tirosinasa ) ya que ambas proteínas comparten la coordinación del sitio activo de Cu de tipo 3. [17] En ambos casos, las proenzimas inactivas como la hemocianina, la tirosinasa y la catcholoxidasa deben activarse primero. Esto se hace eliminando el aminoácido que bloquea el canal de entrada al sitio activo cuando la proenzima no está activa. Actualmente no hay otras modificaciones conocidas necesarias para activar la proenzima y permitir la actividad catalítica. Las diferencias de conformación determinan el tipo de actividad catalítica que puede realizar la hemocianina. [18] La hemocianina también exhibe fenol oxidasaactividad, pero con cinética más lenta debido a un mayor volumen estérico en el sitio activo. La desnaturalización parcial en realidad mejora la actividad de la fenol oxidasa de la hemocianina al proporcionar un mayor acceso al sitio activo. [1] [17]

Propiedades espectrales

Un sitio activo de hemocianina en ausencia de O 2 (cada centro de Cu es un catión, no se muestran las cargas).
Forma unida a O 2 de un sitio activo de hemocianina (el centro de Cu 2 es una indicación, no se muestra la carga).

La espectroscopia de oxihemocianina muestra varias características destacadas: [19]

  1. La espectroscopia de resonancia Raman muestra que el O2 está unido en un entorno simétrico (ν (OO) no está permitido por infrarrojos).
  2. OxyHc es EPR- silencioso, lo que indica la ausencia de electrones desapareados.
  3. La espectroscopia infrarroja muestra ν (OO) de 755 cm −1

Se ha dedicado mucho trabajo a preparar análogos sintéticos del sitio activo de la hemocianina. [19] Uno de esos modelos, que presenta un par de centros de cobre unidos por un ligando peroxo, muestra ν (OO) a 741 cm −1 y un espectro UV-Vis con absorbancias a 349 y 551 nm. Ambas medidas concuerdan con las observaciones experimentales de oxyHc. [20] La separación Cu-Cu en el complejo modelo es de 3,56 Å, la de la oxihemocianina es de aprox. 3,6 Å (desoxiHc: aprox. 4,6 Å). [20] [21] [22]

Efectos anticancerígenos

La hemocianina que se encuentra en la sangre del abulón chileno, Concholepas concholepas , tiene efectos inmunoterapéuticos contra el cáncer de vejiga en modelos murinos. Ratones preparados con C. concholepas antes de la implantación de células de tumor de vejiga (MBT-2). Los ratones tratados con hemocianina de C. concholepas mostraron efectos antitumorales: supervivencia prolongada, disminución del crecimiento e incidencia de tumores y ausencia de efectos tóxicos y pueden tener un uso potencial en inmunoterapia futura para el cáncer de vejiga superficial. [23]

La hemocianina de lapa californiana (KLH) es un estimulante inmunológico derivado de las glicoproteínas circulantes del molusco marino Megathura crenulata . Se ha demostrado que KLH es un tratamiento importante contra las proliferaciones de cáncer de mama, cáncer de páncreas y células de cáncer de próstata cuando se administra in vitro. La hemocianina de lapa de ojo de cerradura inhibe el crecimiento del cáncer de esófago de Barrett humano a través de mecanismos tanto apópticos como no apópticos de muerte celular. [24]

Estudios de caso: impacto ambiental en los niveles de hemocianina

Un estudio de 2003 sobre el efecto de las condiciones de cultivo de los metabolitos sanguíneos y la hemocianina del camarón blanco Litopenaeus vannameiencontró que los niveles de hemocianina, oxihemocianina en particular, se ven afectados por la dieta. El estudio comparó los niveles de oxihemocianina en la sangre de camarones blancos alojados en un estanque interior con una dieta comercial con los de camarones blancos alojados en un estanque al aire libre con una fuente de proteína más fácilmente disponible (alimento vivo natural) también. Los niveles de oxihemocianina y glucosa en sangre fueron más altos en los camarones alojados en estanques al aire libre. También se encontró que los niveles de metabolitos en sangre tendían a ser más bajos en especies de bajo nivel de actividad, como cangrejos, langostas y camarones de interior en comparación con los camarones de exterior. Esta correlación posiblemente sea indicativa de la evolución morfológica y fisiológica de los crustáceos. Los niveles de estas proteínas y metabolitos sanguíneos parecen depender de las demandas energéticas y la disponibilidad de esas fuentes de energía.[25]

Ver también

  • Sangre de cangrejo herradura del Atlántico
  • Hemocianina de lapa de ojo de cerradura
  • Hemoglobina
  • Mioglobina
  • Pigmento respiratorio

Referencias

  1. ↑ a b Coates CJ, Nairn J (julio de 2014). "Diversas funciones inmunes de las hemocianinas". Inmunología del desarrollo y comparada . 45 (1): 43–55. doi : 10.1016 / j.dci.2014.01.021 . PMID  24486681 .
  2. ↑ a b Voit R, Feldmaier-Fuchs G, Schweikardt T, Decker H, Burmester T (diciembre de 2000). "Secuencia completa de la hemocianina 24-mer de la tarántula Eurypelma californicum. Estructura y evolución intramolecular de las subunidades" . La revista de química biológica . 275 (50): 39339–44. doi : 10.1074 / jbc.M005442200 . PMID 10961996 . 
  3. ^ Jaenicke E, Pairet B, Hartmann H, Decker H (2012). "Cristalización y análisis preliminar de cristales de la hemocianina 24-merica del escorpión emperador (Pandinus imperator)" . PLOS ONE . 7 (3): e32548. Código bibliográfico : 2012PLoSO ... 732548J . doi : 10.1371 / journal.pone.0032548 . PMC 3293826 . PMID 22403673 . Resumen de laicos - Johannes Gutenberg-Universität Mainz (22 de junio de 2012).  
  4. ^ Beintema JJ, Stam WT, Hazes B, Smidt MP (1994). "Evolución de hemocianinas de artrópodos y proteínas de almacenamiento de insectos (hexamerinas)" . Mol Biol Evol . 11 (3): 493–503. doi : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a040129 . PMID 8015442 . 
  5. ^ Burmester, T (febrero de 2002). "Origen y evolución de las hemocianinas de artrópodos y proteínas relacionadas". Journal of Comparative Fisiología B . 172 (2): 95–107. doi : 10.1007 / s00360-001-0247-7 . PMID 11916114 . S2CID 26023927 .  
  6. ^ Lage C, Soderhall K (2004). "El sistema activador de la profenoloxidasa en invertebrados". Revisiones inmunológicas . 198 (1): 116-126. doi : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00116.x . PMID 15199959 . S2CID 10614298 .  
  7. ^ Terwilliger NB (1999). "Proteínas hemolinfa y muda en crustáceos e insectos" . Zoólogo estadounidense . 39 (3): 589–599. doi : 10.1093 / icb / 39.3.589 .
  8. ^ Terwilliger NB, Dangott L, Ryan M (1999). "Criptocianina, una proteína de muda de crustáceos: vínculo evolutivo con hemocianinas de artrópodos y hexamerinas de insectos" . PNAS . 96 (5): 2013-2018. Código Bibliográfico : 1999PNAS ... 96.2013T . doi : 10.1073 / pnas.96.5.2013 . PMC 26728 . PMID 10051586 .  
  9. ^ Burmester T (febrero de 2001). "Evolución molecular de la superfamilia de hemocianina de artrópodos" . Biología Molecular y Evolución . 18 (2): 184–95. doi : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a003792 . PMID 11158377 . 
  10. ^ Rannulu NS, Rodgers MT (marzo de 2005). "Solvatación de iones de cobre por imidazol: estructuras y energías de unión secuenciales de Cu + (imidazol) x, x = 1-4. Competencia entre solvatación de iones y enlace de hidrógeno". Física Química Física Química . 7 (5): 1014-25. Código Bibliográfico : 2005PCCP .... 7.1014R . doi : 10.1039 / b418141g . PMID 19791394 . 
  11. ^ Strobel A, Hu MY, Gutowska MA, Lieb B, Lucassen M, Melzner F, et al. (Diciembre 2012). "Influencia de la temperatura, la hipercapnia y el desarrollo en la expresión relativa de diferentes isoformas de hemocianina en la sepia común Sepia officinalis" (PDF) . Journal of Experimental Zoology Parte A . 317 (8): 511–23. doi : 10.1002 / jez.1743 . PMID 22791630 .  
  12. ^ Sterner R, Vogl T, Hinz HJ, Penz F, Hoff R, Föll R, et al. (1995). "Extrema termoestabilidad de la hemocianina de tarántula" . FEBS Lett . 364 (1): 9-12. doi : 10.1016 / 0014-5793 (95) 00341-6 . PMID 7750550 . 
  13. ^ Perton FG, Beintema JJ, Decker H (mayo de 1997). "Influencia de la unión de anticuerpos en el comportamiento de unión al oxígeno de la hemocianina de Panulirus interruptus" . Cartas FEBS . 408 (2): 124–6. doi : 10.1016 / S0014-5793 (97) 00269-X . PMID 9187351 . 
  14. ^ Waxman L (mayo de 1975). "La estructura de las hemocianinas de artrópodos y moluscos" . La revista de química biológica . 250 (10): 3796–806. doi : 10.1016 / S0021-9258 (19) 41469-5 . PMID 1126935 . 
  15. ↑ a b van Holde KE, Miller KI (1995). "Hemocianinas". En Anfinsen CB, Richards FM, Edsall JT, Eisenberg DS (eds.). Avances en la química de proteínas . 47 . Prensa académica. págs. 1-81. doi : 10.1016 / S0065-3233 (08) 60545-8 . ISBN 978-0-12-034247-1. PMID  8561049 .
  16. ^ Kusche K, Hembach A, Hagner-Holler S, Gebauer W, Burmester T (julio de 2003). "Secuencias de subunidades completas, estructura y evolución de la hemocianina 6 x 6-mer del ciempiés doméstico común, Scutigera coleoptrata" . Revista europea de bioquímica . 270 (13): 2860–8. doi : 10.1046 / j.1432-1033.2003.03664.x . PMID 12823556 . 
  17. ↑ a b Decker H, Tuczek F (agosto de 2000). "Actividad tirosinasa / catecoloxidasa de las hemocianinas: base estructural y mecanismo molecular" (PDF) . Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 25 (8): 392–7. doi : 10.1016 / S0968-0004 (00) 01602-9 . PMID 10916160 .  
  18. ^ Decker H, Schweikardt T, Nillius D, Salzbrunn U, Jaenicke E, Tuczek F (agosto de 2007). "Activación y catálisis de enzimas similares en hemocianinas y tirosinasas". Gene . 398 (1–2): 183–91. doi : 10.1016 / j.gene.2007.02.051 . PMID 17566671 . 
  19. ^ a b Elwell CE, Gagnon NL, Neisen BD, Dhar D, Spaeth AD, Yee GM, et al. (2017). "Complejos de cobre-oxígeno revisados: estructuras, espectroscopia y reactividad" . Revisiones químicas . 117 (3): 2059–2107. doi : 10.1021 / acs.chemrev.6b00636 . PMC 5963733 . PMID 28103018 .  
  20. ^ a b Kitajima N, Fujisawa K, Fujimoto C, Morooka Y, Hashimoto S, Kitagawa T, et al. (1992). "Un nuevo modelo para la unión de dioxígeno en hemocianina. Síntesis, caracterización y estructura molecular de los complejos μ-η2: η2 peroxo dinuclear cobre (II), [Cu (BH (3,5-R2pz) 3)] 2 (O2) (R = i-Pr y Ph) ". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 114 (4): 1277–91. doi : 10.1021 / ja00030a025 .
  21. ^ Gaykema WP, Hol WG, Vereijken JM, Soeter NM, Bak HJ, Beintema JJ (1984). "Estructura de 3,2 Å de la proteína portadora de oxígeno que contiene cobre Panulirus interruptus hemocianina". Naturaleza . 309 (5963): 23–9. Código Bib : 1984Natur.309 ... 23G . doi : 10.1038 / 309023a0 . S2CID 4260701 . 
  22. ^ Kodera M, Katayama K, Tachi Y, Kano K, Hirota S, Fujinami S, et al. (1999). "Estructura cristalina y unión de O2 reversible de un μ-η2 estable a temperatura ambiente: complejo η2-Peroxodicopper (II) de un ligando dinucleante de hexapiridina estéricamente impedido". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 121 (47): 11006–7. doi : 10.1021 / ja992295q .
  23. ^ Atala A (2006). "Este mes en Urología Investigativa". La Revista de Urología . 176 (6): 2335–6. doi : 10.1016 / j.juro.2006.09.002 .
  24. ^ McFadden DW, Riggs DR, Jackson BJ, Vona-Davis L (noviembre de 2003). "Hemocianina de lapa ojo de cerradura, un nuevo estimulante inmunológico con prometedora actividad contra el cáncer en el adenocarcinoma de esófago de Barrett". Revista estadounidense de cirugía . 186 (5): 552–5. doi : 10.1016 / j.amjsurg.2003.08.002 . PMID 14599624 . 
  25. ^ Pascual C, Gaxiola G, Rosas C (2003). "Metabolitos sanguíneos y hemocianina del camarón blanco, Litopenaeus vannamei: efecto de las condiciones de cultivo y comparación con otras especies de crustáceos". Biología Marina . 142 (4): 735. doi : 10.1007 / s00227-002-0995-2 . S2CID 82961592 . 

Otras lecturas

  • Rehm P, Pick C, Borner J, Markl J, Burmester T (febrero de 2012). "La diversidad y evolución de hemocianinas de quelicerato" . Biología Evolutiva BMC . 12:19 . Doi : 10.1186 / 1471-2148-12-19 . PMC  3306762 . PMID  22333134 .
  • Ali SA, Abbasi A (2011). Hemocianina de escorpión: La sangre azul . Saarbrücken: VDM Verlag Dr. Müller. pag. 160. ISBN 978-3-639-33725-9.

enlaces externos

  • Estructuras de hemocianina 3D en EM Data Bank (EMDB)
  • Descripción general de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P04253 ( Hemocianina II) en el PDBe-KB .


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