Hemocianinas: características e funções - Ciência - 2023
science
Contente
As hemocianinas são proteínas responsáveis pelo transporte de oxigênio na fase líquida em invertebrados que incluem, exclusivamente, artrópodes e moluscos. As hemocianinas na hemolinfa desempenham um papel análogo ao da hemoglobina no sangue de pássaros e mamíferos. No entanto, sua eficiência como transportador é menor.
Como as hemocianinas são proteínas que usam cobre em vez de ferro para reter oxigênio, ficam azuis quando oxidadas. Pode-se dizer que os animais que o utilizam são animais de sangue azul.
Nós, como outros mamíferos, por outro lado, somos animais de sangue vermelho. Para cumprir essa função, cada molécula dessa metaloproteína requer dois átomos de cobre para cada oxigênio complexado.
Outra diferença entre os animais de sangue azul e vermelho é a maneira como transportam oxigênio. No primeiro caso, a hemocianina está diretamente presente na hemolinfa do animal. A hemoglobina, por outro lado, é transportada por células especializadas chamadas eritrócitos.
Algumas das hemocianinas estão entre as proteínas mais conhecidas e estudadas. Eles têm uma ampla diversidade estrutural e provaram ser muito úteis em uma ampla gama de aplicações médicas e terapêuticas em humanos.
Características gerais
As hemocianinas mais bem caracterizadas são aquelas que foram isoladas de moluscos. Estas estão entre as maiores proteínas conhecidas, com massas moleculares que variam de 3,3 a 13,5 MDa.
As hemocianinas de molusco são enormes cilindros ocos de glicoproteínas multiméricas que, no entanto, podem ser encontradas solúveis na hemolinfa do animal.
Uma das razões para sua alta solubilidade é que as hemocianinas têm uma superfície com carga negativa muito alta. Eles formam subunidades de decâmero ou multidecâmero entre 330 e 550 kDa, compreendendo cerca de sete unidades funcionais paralógicas.
Um gene parálogo é aquele que surge de um evento de duplicação genética: uma proteína paráloga surge da tradução de um gene parálogo. Dependendo da organização de seus domínios funcionais, essas subunidades interagem umas com as outras para formar decâmeros, didecâmeros e tridecâmeros.
A hemocianina do artrópode, ao contrário, é hexamérica. Em seu estado nativo, pode ser encontrado como um número inteiro de múltiplos de hexâmeros (de 2 x 6 a 8 x 6). Cada subunidade pesa entre 70 e 75 kDa.
Outra característica marcante das hemocianinas é que elas são estrutural e funcionalmente estáveis em uma faixa de temperatura bastante ampla (de -20ºC a mais de 90ºC).
Dependendo do organismo, as hemocianinas podem ser sintetizadas em órgãos especializados do animal. Nos crustáceos é o hepatopâncreas. Em outros organismos, eles são sintetizados em células particulares, como cianócitos de queliceratos ou rogócitos de moluscos.
Características
A função mais conhecida das hemocianinas tem a ver com sua participação no metabolismo energético. A hemocianina torna a respiração aeróbia possível em uma maioria significativa dos invertebrados.
A reação bioenergética mais importante em animais é a respiração. Ao nível celular, a respiração permite a degradação das moléculas de açúcar de forma controlada e sucessiva, por exemplo, para obter energia.
Para realizar este processo é necessário um aceptor final de elétrons, que para todos os efeitos é, por excelência, o oxigênio. As proteínas responsáveis por sua captura e transporte são variadas.
Muitos deles usam um complexo de anéis orgânicos que complexam o ferro para interagir com o oxigênio. A hemoglobina, por exemplo, usa uma porfirina (grupo heme).
Outros usam metais como o cobre para a mesma finalidade. Nesse caso, o metal forma complexos temporários com resíduos de aminoácidos do sítio ativo da proteína transportadora.
Embora muitas proteínas de cobre catalisem reações oxidativas, as hemocianinas reagem reversivelmente com o oxigênio. A oxidação ocorre em uma etapa em que o cobre passa do estado I (incolor) para o estado II oxidado (azul).
Carrega oxigênio na hemolinfa, na qual representa de 50 a mais de 90% da proteína total. Por conta de seu importante papel fisiológico, embora com baixa eficiência, a hemocianina pode ser encontrada em concentrações de até 100 mg / mL.
Outras funções
As evidências acumuladas ao longo dos anos indicam que as hemocianinas têm outras funções além de atuar como transportadoras de oxigênio. As hemocianinas participam de processos homeostáticos e fisiológicos. Isso inclui muda, transporte de hormônio, osmorregulação e armazenamento de proteínas.
Por outro lado, está comprovado que as hemocianinas têm papel fundamental na resposta imune inata. Os peptídeos de hemocianina e peptídeos relacionados apresentam atividade antiviral, bem como atividade de fenoloxidase. Esta última atividade, a fenoloxidase respiratória, está relacionada a processos de defesa contra patógenos.
As hemocianinas também funcionam como proteínas precursoras de peptídeos com atividade antimicrobiana e antifúngica. Por outro lado, foi comprovado que algumas hemocianinas apresentam atividade antiviral intrínseca não específica.
Esta atividade não é citotóxica para o próprio animal. Na luta contra outros patógenos, as hemocianinas podem se aglutinar na presença de, por exemplo, bactérias e interromper a infecção.
Também é importante observar que as hemocianinas participam da produção de espécies reativas de oxigênio (ROS). ROS são moléculas fundamentais no funcionamento do sistema imunológico, bem como nas respostas a patógenos em todos os eucariotos.
Formulários
As hemocianinas são imunoestimulantes fortes em mamíferos. Por esse motivo, têm sido usados como transportadores hipoalergênicos de moléculas incapazes de provocar por si mesmas uma resposta imunológica (haptenos).
Por outro lado, também têm sido usados como transportadores eficientes de hormônios, drogas, antibióticos e toxinas. Eles também foram testados como potenciais compostos antivirais e como companheiros em terapias químicas contra o câncer.
Finalmente, há evidências de que as hemocianinas de certos crustáceos têm atividade antitumoral em alguns sistemas de animais experimentais. Os tratamentos contra o câncer que foram testados incluem os da bexiga, ovário, mama, etc.
Do ponto de vista estrutural e funcional, as hemocianinas possuem características próprias que as tornam ideais para o desenvolvimento de novos nanomateriais biológicos. Eles têm sido usados, por exemplo, na geração de biossensores eletroquímicos com considerável sucesso.
Referências
- Abid Ali, S., Abbasi, A. (011) Scorpion hemocyanin: The blue blood. DM Verlag Dr. Müller, Alemanha.
- Coates, C. J., Nairn, J. (2014) Diverse immun functions of hemocyanins. Developmental and Comparative Immunology, 45: 43-55.
- Kato, S., Matsui, T., Gatsogiannis, C., Tanaka, Y. (2018) Molluscan hemocyanin: structure, evolution, and fisiology. Biophysical Reviews, 10: 191-202.
- Metzler, D. (2012) Bioquímica: As reações químicas das células vivas. Elsevier, NY, EUA.
- Yang, P., You, J., Li, F., Fei, J., Feng, B., He, X. Zhou, J. (2013) Electrochemical biosensing platform based on a hemocyanin– [email protected] NP– Filme nanocompósito híbrido de negro de fumo. Analytical Methods, 5: 3168-3171.
- Zanjani, N. T., Saksena, M. M., Dehghani, F., Cunningham, A. L. (2018) Do oceano à beira do leito: o potencial terapêutico das hemocianinas moluscas. Current Medicinal Chemistry, 25: 2292-2303.