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]
Hemocianina, dominio que contiene cobre | ||||||||||
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Identificadores | ||||||||||
Símbolo | Hemocianina_M | |||||||||
Pfam | PF00372 | |||||||||
InterPro | IPR000896 | |||||||||
PROSITE | PDOC00184 | |||||||||
SCOP2 | 1lla / SCOPe / SUPFAM | |||||||||
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Hemocianina, dominio todo alfa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Hemocianina_N | |||||||
Pfam | PF03722 | |||||||
InterPro | IPR005204 | |||||||
PROSITE | PDOC00184 | |||||||
SCOP2 | 1lla / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Hemocianina, dominio similar a ig | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Hemocianina_C | |||||||
Pfam | PF03723 | |||||||
InterPro | IPR005203 | |||||||
PROSITE | PDOC00184 | |||||||
SCOP2 | 1lla / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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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 . [ cita requerida ]
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. [ cita requerida ]
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 . [ cita requerida ]
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. [6]
Estructura y mecanismo
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. [7] Se ha observado que las especies que utilizan hemocianina para el transporte de oxígeno incluyen crustáceos 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. [8] 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. [9]
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 unión cooperativa, la hemocianina se dispuso en subcomplejos de proteínas de 6 subunidades (hexámero) cada una con un sitio de unión de 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 . [10]
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. [11]
Los hexámeros son característicos de las hemocianinas de artrópodos. [12] Una hemocianina de la tarántula Eurypelma californicum [2] está formada por 4 hexámeros o 24 cadenas peptídicas. Una hemocianina del ciempiés doméstico Scutigera coleoptrata [13] 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 . [12] Las cadenas de péptidos en los crustáceos tienen una longitud aproximada de 660 residuos de aminoácidos, y en los quelicerados tienen aproximadamente 625. En los complejos grandes hay una variedad de cadenas variantes, todas aproximadamente de 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, tirosinasa ) ya que ambas proteínas comparten la coordinación del sitio activo de Cu de tipo 3. [14] 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. [15] La hemocianina también exhibe actividad fenol oxidasa , pero con una 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] [14]
Propiedades espectrales
La espectroscopia de oxihemocianina muestra varias características destacadas: [16]
- La espectroscopia de resonancia Raman muestra que el O2 está unido en un entorno simétrico (ν (OO) no está permitido por infrarrojos).
- OxyHc es EPR- silencioso, lo que indica la ausencia de electrones desapareados.
- 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. [16] 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. [17] 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). [17] [18] [19]
Efectos anticáncer
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. [20]
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 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. [21]
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 vannamei encontró 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. [22]
Ver también
- Sangre de cangrejo herradura del Atlántico
- Hemocianina de lapa de ojo de cerradura
- Hemoglobina
- Mioglobina
- Pigmento respiratorio
Referencias
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Otras lecturas
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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 .