Hemocianina

Son metaloproteínas que conteñen dous átomos de cobre que se unen reversiblemente a unha soa molécula de oxíxeno (O₂). Son as segundas moléculas transportadoras de oxíxeno máis frecuentes despois da hemoglobina. A diferenza da hemoglobina contida nos glóbulos vermellos dos vertebrados, as hemocianinas non están asociadas ás células sanguíneas senón suspendidas directamente na hemolinfa. A oxixenación causa un cambio de cor desde o estado con Cu(I) incoloro e desoxixenado ao estado con Cu(II) azul e oxixenado.

Hemocianina
Unidade Funcional Oxixenada Sinxela da hemocianina de polbo.
Identificadores
Símbolo	Hemocyanin_M
Pfam	PF00372
InterPro	IPR000896
PROSITE	PDOC00184
SCOPe	1lla / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas PDB 1oxy :110-373 1nol :110-373 1lla :110-373 1ll1 :110-373 1hc1A:136-393 1hcyD:136-393 1hc6B:136-393 1hc4C:136-393 1hc3C:136-393 1hc5C:136-393 1hc2C:136-393

Hemocianina
Estrutura cristalina da hemocianina hexamérica de Panulirus interruptus a resolución de 3,2 ángstroms.
Identificadores
Símbolo	Hemocyanin_N
Pfam	PF03722
InterPro	IPR005204
PROSITE	PDOC00184
SCOPe	1lla / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Hemocianina
Análise cristalográfica dos estados oxixenado e desoxixenado da hemocianina de artrópodo que mostra diferenzas pouco comúns.
Identificadores
Símbolo	Hemocyanin_C
Pfam	PF03723
InterPro	IPR005203
PROSITE	PDOC00184
SCOPe	1lla / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

As hemocianinas encóntranse en dous filos animais: moluscos e artrópodos, pero as hemocianinas destes dous filos son bastante diferentes. Porén, en ambos os tipos os sitios para o cobre son similares. As hemocianinas están amplamente distribuídas entre as especies de moluscos. A primeira hemocianina descubriuna en 1927 Theodor Svedberg no caracol Helix pomatia. Entre os artrópodos, a primeira hemocianina que se descubriu foi a do cangrexo ferradura Limulus polyphemus (un merostomado). As hemocianinas son ben coñecidas nos crustáceos como lagostas de mar e cangrexos. Máis recentemente atopáronse tamén en artrópodos terrestres como a tarántula Eurypelma californicum, o escorpión Pandinus imperator, e o cempés Scutigera coleoptrata. As hemocianinas de artrópodos deben terse orixinado moi cedo na historia evolutiva destes filos, xa que se encontran tamén na clase dos Onychophora. As hemocianinas parecen ser raras entre os insectos, pero non están completamente ausentes. As proteínas de almacenamento larvario de moitos insectos parecen derivar de hemocianinas.

 

Aínda que a función respiratoria da hemocianina é similar á da hemoglobina, hai varias diferenzas significativas na súa estrutura molecular e mecanismo. A hemoglobina leva os seus átomos de ferro en aneis de porfirina (grupos hemo), pero os átomos de cobre da hemocianina únense como grupos prostéticos coordinados por residuos de histidina. Indicouse que as especies que usan a hemocianina para o transporte de oxíxeno inclúen crustáceos que viven en ambientes fríos con baixa presión de oxíxeno. Nesas circunstancias o transporte de oxíxeno pola hemoglobina é menos eficiente que o que fai a hemocianina. Non obstatnte, hai tamén artrópodos terrestres que usan a hemocianina, principalmente arañas e escorpións, que viven en climas cálidos.

A maioría das hemocianinas únense a moléculas de oxíxeno non cooperativamente e teñen aproximadamente unha cuarta parte da eficiencia da hemoglobina no transporte de oxíxeno por cantidade de sangue. A hemoglobina únese ao oxíxeno cooperativamente debido a cambios na conformación estérica que teñen lugar no complexo proteico, o cal incrementa a afinidade da hemoglobina polo oxíxeno cando está parcialmente oxixenada. Nalgunhas hemocianinas de merostomados e algunhas outras especies de artrópodos, obsérvase a unión cooperativa, cun coeficiente de Hill de 1,6 - 3,0. Os coeficientes de Hill varían dependendo da especie e dos equipos de medición do laboratorio. A hemoglobina, en comparación, ten un coeficiente de Hill xeralmente de 2,8 - 3,0. Neses casos de hemocianina con unión cooperativa, esta estaba disposta en subcomplexos proteínicos de 6 subunidades (hexámeros) cun sitio para a unión do oxíxeno; a unión do oxíxeno nunha unidade do complexo incrementa a afinidade das unidades veciñas. Cada complexo hexámero xúntase con outros para formar un complexo máis grande de ducias de hexámeros. Noutro estudo, visuse que a unión cooperativa era independente de que os hexámeros se dispuxesen xuntos en grandes complexos, o que suxire unha unión cooperativa entre os hexámeros. O perfil de unión ao oxíxeno da hemocianina está tamén afectado polos niveis de ións de sales disolvidos e o pH.

A hemocianina está formada por moitas subunidades proteicas, cada unha das cales contén dous átomos de cobre e pode unirse a unha molécula de oxíxeno (O₂). Cada subunidade pesa uns 75 quilodaltons (kDa). As subunidades poden formar dímeros ou hexámeros dependendo da especie de que se trate; o complexo dímero ou hexámero disponse á súa vez formando cadeas ou agrupamentos que teñen pesos que exceden os 1500 kDa. As subunidades son xeralmente homoxéneas, ou heteroxéneas e hai dous tipos de subunidades. Debido ao grande tamaño da hemocianina, esta normalmente está flotando libremente no sangue, a diferenza da hemoglobina, que está dentro de células.

Os hexámeros son característicos das hemocianinas de artrópodos. A hemocianina da tarántula Eurypelma californicum consta de 4 hexámeros ou 24 cadeas peptídicas. A hemocianina do cempés Scutigera coleoptrata consta de 6 hexámeros ou 36 cadeas polipeptídicas. Nos merostomados ten 8 hexámeros (48 cadeas). Atópanse hexámeros simples na lagosta de mar Panulirus interruptus e no isópodo Bathynomus giganteus. As cadeas peptídicas da hemocianina en cruistáceos son duns 660 residuos aminoácidos, e nos quelicerados son de 625. Nos grandes complexos hai varias cadeas distintas, todas de aproximadamente a mesma lonxitude; os compoñentes puros xeralmente non se autoensamblan.

A hemocianina é homóloga das fenol oxidases (por exemplo, a tirosinase), xa que ambos os encimas comparten unha coordinación do sitio activo do Cu de tipo 3. A hemocianina tamén mostra unha actividade de fenol oxidase, pero cunha cinética máis lenta no sitio activo. A desnaturalización parcial en realidade mellora a actividade de fenol oxidase da hemocianina ao proporcionar un maior acceso ao sitio activo.

 

A espectroscopía da oxihemocianina mostra varias características salientables:

1. A espectroscoía Raman de resonancia mostra unha unión simétrica. (Descarta un complexo peroxo mononuclear).
2. A espectroscopía UV-Vis mostra unha forte absorbancia a 350 e 580 nm. (Non coincide co espectro UV-Vis dos modelos peroxo mononuclear e transperoxo de Kenneth Karlin.)
3. A oxihemocianina é silenciosa na reonancia paramagnética electrónica (EPR), o que indica a ausencia de electróns desapareados.
4. A espectroscopía de infravermellos mostra ν(O-O) de 755 cm⁻¹. (Mostra un enlace O-O considerablemente máis feble en comparación co modelo transperoxo de Karlin.)

Por outra parte, o modelo de Nobumasa Kitajima mostra absorbancias ν(O-O) de 741 cm⁻¹ e UV-Vis a 349 e 551 nm, que concordan coas observacións experimentais da oxihemocianina.

A hemocianina do sangue do molusco Concholepas concholepas (unha peneira suramericana) ten efectos inmunoterapéuticos contra os cancros de vexiga e próstata en modelos murinos. En experimentos realizados en 2006 preparáronse ratos con hemocianina de C. concholepas antes de implantarlles células de tumor de vexiga (MBT-2). Os ratos así tratados mostraron efectos antitumorais significativos: supervivencia prolongada, diminución do crecemento e incidencia do tumor, e ausencia de efectos tóxicos.

Outros artigos

• Hemoglobina
• Mioglobina
• Hemeritrina
• Clorocruorina
• Eritrocruorina

Bibliografía

• Rehm P, Pick C, Borner J, Markl J, Burmester T (2012). "The diversity and evolution of chelicerate hemocyanins". BMC Evol. Biol. 12: 19. PMC 3306762. PMID 22333134. doi:10.1186/1471-2148-12-19. 
• Ali SA, Abbasi A (2011). Scorpion Hemocyanin: The blue blood. Saarbrücken: VDM Verlag Dr. Müller. p. 160. ISBN 978-3639337259. 

Ligazóns externas

• Estruturas 3D da hemocianina na base de datos EM(EMDB)