Le emocianine sono proteine responsabili del trasporto dell'ossigeno in fase liquida negli invertebrati comprendono, esclusivamente, artropodi e molluschi. Le emocianine nell'emolinfa svolgono un ruolo analogo a quello dell'emoglobina nel sangue negli uccelli e nei mammiferi. Tuttavia, la sua efficienza come trasportatore è inferiore.
Poiché le emocianine sono proteine che usano il rame invece del ferro per intrappolare l'ossigeno, diventano blu quando ossidate. Si può dire che gli animali che lo utilizzano sono animali a sangue blu.
Molecola di emocianina.
Noi, come altri mammiferi, al contrario, siamo animali a sangue rosso. Per svolgere questa funzione, ogni molecola di questa metalloproteina richiede due atomi di rame per ogni ossigeno complessato.
Un'altra differenza tra gli animali a sangue blu e quelli a sangue rosso è il modo in cui trasportano l'ossigeno. Nel primo, l'emocianina è direttamente presente nell'emolinfa dell'animale. L'emoglobina, al contrario, è trasportata da cellule specializzate chiamate eritrociti.
Alcune delle emocianine sono tra le proteine più conosciute e meglio studiate. Hanno un'ampia diversità strutturale e hanno dimostrato di essere molto utili in un'ampia gamma di applicazioni mediche e terapeutiche nell'uomo.
Caratteristiche generali
Le emocianine meglio caratterizzate sono quelle che sono state isolate dai molluschi. Queste sono tra le più grandi proteine conosciute, con masse molecolari comprese tra 3,3 e 13,5 MDa.
Le emocianine dei molluschi sono enormi calchi cavi di glicoproteine multimeriche che, tuttavia, possono essere trovate solubili nell'emolinfa dell'animale.
Uno dei motivi della loro elevata solubilità è che le emocianine hanno una superficie con una carica negativa molto elevata. Formano subunità decamer o multidecamer comprese tra 330 e 550 kDa, comprendenti circa sette unità funzionali paralogiche.
Un gene paralogo è quello che nasce da un evento di duplicazione genetica: una proteina paralogo nasce dalla traduzione di un gene paralogo. A seconda dell'organizzazione dei loro domini funzionali, queste subunità interagiscono tra loro per formare decamer, didecamer e tridecamer.
L'emocianina artropode, al contrario, è esamero. Nel suo stato nativo può essere trovato come un numero intero di multipli di esameri (da 2 x 6 a 8 x 6). Ogni subunità pesa tra 70 e 75 kDa.
Un'altra caratteristica eccezionale delle emocianine è che sono strutturalmente e funzionalmente stabili in un intervallo di temperatura abbastanza ampio (da -20 ° C a più di 90 ° C).
A seconda dell'organismo, le emocianine possono essere sintetizzate in organi specializzati dell'animale. Nei crostacei è l'epatopancreas. In altri organismi, sono sintetizzati in cellule particolari come i cianociti dei chelicerati o i rogociti dei molluschi.
Caratteristiche
La funzione più nota delle emocianine ha a che fare con la loro partecipazione al metabolismo energetico. L'emocianina rende possibile la respirazione aerobica nella maggior parte degli invertebrati.
La reazione bioenergetica più importante negli animali è la respirazione. A livello cellulare, la respirazione consente la degradazione controllata e successiva delle molecole di zucchero, ad esempio, per ottenere energia.
Per eseguire questo processo è necessario un accettore finale di elettroni, che a tutti gli effetti è, per eccellenza, ossigeno. Le proteine responsabili della sua cattura e trasporto sono molteplici.
Molti di loro usano un complesso di anelli organici che complessa il ferro per interagire con l'ossigeno. L'emoglobina, ad esempio, utilizza una porfirina (gruppo eme).
Altri usano metalli come il rame per lo stesso scopo. In questo caso, il metallo forma complessi temporanei con residui amminoacidici del sito attivo della proteina vettore.
Sebbene molte proteine del rame catalizzano le reazioni ossidative, le emocianine reagiscono con l'ossigeno in modo reversibile. L'ossidazione avviene in una fase in cui il rame passa dallo stato I (incolore) allo stato II ossidato (blu).
Trasporta l'ossigeno nell'emolinfa, in cui rappresenta dal 50 a oltre il 90% delle proteine totali. Per spiegare il suo importante ruolo fisiologico, sebbene con bassa efficienza, l'emocianina può essere trovata in concentrazioni fino a 100 mg / mL.
Altre funzioni
Le prove accumulate nel corso degli anni indicano che le emocianine svolgono altre funzioni oltre a fungere da trasportatori di ossigeno. Le emocianine partecipano sia ai processi omeostatici che fisiologici. Questi includono la muta, il trasporto di ormoni, l'osmoregolazione e la conservazione delle proteine.
D'altra parte, è stato dimostrato che le emocianine svolgono un ruolo fondamentale nella risposta immunitaria innata. I peptidi dell'emocianina e i peptidi correlati mostrano attività antivirale così come l'attività della fenoloossidasi. Quest'ultima attività, la fenoloossidasi respiratoria, è correlata ai processi di difesa contro i patogeni.
Le emocianine funzionano anche come proteine precursori di peptidi con attività antimicrobica e antimicotica. D'altra parte, è stato dimostrato che alcune emocianine hanno un'attività antivirale intrinseca aspecifica.
Questa attività non è citotossica per l'animale stesso. Nella lotta contro altri patogeni, le emocianine possono agglutinarsi in presenza, ad esempio, di batteri e fermare l'infezione.
È anche importante notare che le emocianine partecipano alla produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS). I ROS sono molecole fondamentali nel funzionamento del sistema immunitario, nonché nelle risposte ai patogeni in tutti gli eucarioti.
applicazioni
Le emocianine sono potenti immunostimolanti nei mammiferi. Per questo motivo sono stati utilizzati come trasportatori ipoallergenici di molecole che da sole non sono in grado di suscitare una risposta immunitaria (apteni).
D'altra parte, sono stati utilizzati anche come trasportatori efficienti di ormoni, farmaci, antibiotici e tossine. Sono stati anche testati come potenziali composti antivirali e come compagni nelle terapie chimiche contro il cancro.
Infine, ci sono prove che le emocianine di alcuni crostacei hanno attività antitumorale in alcuni sistemi animali sperimentali. I trattamenti contro il cancro che sono stati testati includono quelli della vescica, delle ovaie, del seno, ecc.
Da un punto di vista strutturale e funzionale, le emocianine hanno caratteristiche proprie che le rendono ideali per lo sviluppo di nuovi nanomateriali biologici. Sono stati utilizzati, ad esempio, nella generazione di biosensori elettrochimici con notevole successo.
Riferimenti
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