Медь вместо железа в гемоглобине

Если в гемоглобине железо заменить на медь

Вторым (после железа) кроветворным биомикроэлементом является медь, активно участвующая в синтезе гемоглобина и образовании других железопорфиринов. Функция меди в синтезе гемоглобина самым тесным образом связана с функцией железа. Медь необходима для превращения поступающего с пищей железа в органически связанную форму, а также для стимуляции созревания ретикулоцитов и превращения их в эритроциты. Кроме того, медь способствует переносу железа в гемопоэтический костный мозг. Она обладает стимулирующими свойствами активизировать цитохромоксидазу костного мозга, что благоприятно сказывается на эритропоэзе.

Отмечено влияние меди на функцию желез внутренней секреции и в первую очередь связь ее с инсулином и адреналином. Медь обладает инсулиноподобным действием. Под влиянием приема меди (0,5-1,0 мг сернокислой меди в день) у больных диабетом улучшается общее состояние, снижается гипергликемия, исчезает глюкозурия. Соли меди обладают свойством подавлять развитие адреналиновой гипергликемии. Установлена связь меди и с функцией щитовидной железы. При тиреотоксикозе содержание меди в крови повышается.

Заболеваний анемией людей на почве недостаточности меди пока не выявлено. Однако имеются данные, показывающие, что у населения районов, характеризующихся недостаточностью железа, меди, кобальта и других участвующих в кроветворении биомикроэлементов в почве, воде и местных продуктах питания, отмечаются изменения состава крови, характерные для начальных форм анемии.

Обмен меди у взрослого здорового человека характеризуется «медным» равновесием. При этом в норме отмечается равновесие между поступлением и выведением меди. Положительный баланс — задержка в организме меди, наблюдается при анемиях. При этом в организме создаются запасы меди, достаточные для успешной терапии при условии введения необходимых количеств железа. Однако комбинированное применение препаратов меди и железа при некоторых анемиях оказывается наиболее эффективным.

Медь содержится в небольших количествах, как в животных, так и в растительных продуктах (в мг/кг):

говяжья печень — 21,8-73,65
свиная печень — 15,62-39,06
печень трески — 5,20-8,60
печень палтуса — 4,50
мясо — 3,7-5,4
бобовые — 3,01-6,08
рыба — 2,5-5,0
злаковые продукты — 1,3-3,8
яйца — 0,94-1,4
коровье молоко — 0,12-0,2
овощи — 0,6-2,0

Потребность меди для взрослых определена в 2 мг в сутки (0,035 мг на 1 кг веса тела).

источник

Настоящая голубая кровь

В живых организмах медь впервые была обнаружена в 1808 году известным французским химиком Луи Вокленом — выдающимся аналитиком своего времени. Он провел множество исследований различных веществ и считается одним из основоположников химического анализа. Позже, в 1834 году, было установлено содержание меди у ряда беспозвоночных животных. Точное местонахождение ее — гемолимфа, которая имеет у них голубую окраску. Это открытие принадлежит итальянскому исследователю Б. Бизио. Голубой, а иногда даже синий цвет крови этих животных придается ионом меди. Вспомним: многие соединения этого элемента имеют голубой цвет, например медный купорос.

Еще в 1913 году ученик В. И. Вернадского известный русский геолог и биогеохимик Я. В. Самойлов высказал идею об эволюции не только скелета организмов, но и крови, где функцию железа на разных стадиях развития могли выполнять такие металлы, как медь или ванадий. В самом деле, не только железо и медь, но и ванадий, а также хром, марганец, кобальт, никель, цинк принадлежат к элементам первой переходной группы периодической системы. Это соседи со сходными свойствами. Именно эти свойства в той или иной степени и определяют роль перечисленных металлов в биологических процессах. Так, ион меди по сравнению с ионами других металлов активнее реагирует с аминокислотами и белками, образуя устойчивые комплексы, которые трудно разрушить. И вообще медь — один из самых разносторонних катализаторов. В сочетании с белками ее активирующее действие усиливается и приобретает специфичность, что так важно для ферментов. Наконец, медь легко переходит из одного валентного состояния в другое. Все эти свойства являются общими у меди и у железа. Но есть одно важное обстоятельство: соединения одновалентной меди легко окисляются кислородом воздуха. Поэтому медьсодержащие ферменты, катализирующие в организме процессы окисления, сами быстро окисляются, в результате чего их функция восстанавливается.

Не выдержав состязания с железом в качестве переносчика кислорода в крови высших животных, медь все же осталась незаменимой при кроветворении. Если проследить путь этого металла в организме, то мы увидим, что прежде всего он связывается с белком сыворотки крови — альбумином. Затем медь переходит в печень и оттуда снова возвращается в сыворотку — на сей раз в составе голубого белка церулоплазмина, играющего главную роль в ее хранении и, транспорте у высших животных.

Серое вещество мозга из правого и левого его полушарий содержит разное количество меди. А ведь известно, что полушария развиты неодинаково. У человека левое полушарие более активно и содержит больше различных биологически активных металлов. Больше всего меди находится в подкорковых образованиях, связанных с осуществлением двигательных функций. Установлено, что правое полушарие головного мозга управляет левой половиной нашего тела, а левое — правой. Именно правое полушарие ответственно за координацию и пространственное перемещение, левое же контролирует язык и речь. Но бывает, что правое полушарие развивается быстрее левого и становится более активным, выполняя в некоторой степени функции и левого полушария. В этом случае человек становится левшой. Это явление связано с некоторой гормональной аномалией.

Словосочетание «голубая кровь» появилось в лексиконе населения Европы относительно недавно, в XVIII веке. Считается, что это выражение возникло в испанской провинции Кастилия.

Именно там утонченные гранды гордо демонстрировали бледную кожу с проступающими синеватыми прожилками, являющуюся доказательством того, что их кровь не осквернена примесями «грязной» мавританской.

Для обеспечения жизнедеятельности организм должен потреблять кислород и выделять углекислый газ. Одна из главных функций крови — перенос кислорода и углекислого газа. Для этого «приспособлены» специальные элементы крови — дыхательные пигменты, которые содержат ионы металла, способные связывать молекулы кислорода и при необходимости отдавать их. У большинства животных дыхательным пигментом крови является гемоглобин, в состав которого входят ионы двухвалентного железа. Именно благодаря гемоглобину наша кровь красная.

Голубую кровь у некоторых позвоночных впервые описал знаменитый голландский натуралист Ян Сваммердам еще в 1669 году, однако объяснить природу этого явления ему не удалось. Только через два столетия, в 1878 году французский ученый Л. Фредерико изучил вещество, которое придавало крови моллюсков голубой цвет, и по аналогии с гемоглобином назвал его гемоцианином, от слов «тема» — «кровь» и «цианос» — «синий».

К этому времени было выяснено, что носителями голубой крови являются пауки, скорпионы и некоторые моллюски. Такой цвет придавали находящиеся в ней ионы меди. В гемоцианине одна молекула кислорода связывается с двумя атомами меди. При таких условиях и происходит посинение крови.

С точки зрения снабжения организма кислородом гемоцианин значительно уступает гемоглобину, в котором перенос осуществляется железом. Гемоглобин с этой важнейшей для жизнедеятельности организма задачей справляется в пять раз лучше.

Но и от меди, тем не менее, природа не отказалась полностью, а для некоторых животных и растений сделала ее совершенно незаменимой. И вот что интересно. Оказывается, родственные группы живых организмов могут иметь разную кровь, а произошли они вроде бы друг от друга. Например, у моллюсков кровь бывает красной, голубой, коричневой, с разными металлами. Выходит, что состав крови не столь уж важен для живых организмов.

В XX веке происхождением голубой крови снова заинтересовались ученые. Они выдвинули гипотезу, что голубая кровь существует, и люди, в крови которых вместо железа преобладает медь -их назвали «кианетиками», — жили на нашей планете всегда. Правда, на самом деле кровь с преобладанием меди цвет имеет не голубой, а лиловый с синеватым оттенком.

Исследователи непознанного считают, что кианетики более живучи и жизнеспособны по сравнению с обычными людьми. Во-первых, они менее подвержены разнообразным заболеваниям крови. Во-вторых, их кровь обладает лучшей свертываемостью, и любые раны, даже очень тяжелые, не сопровождаются обильным кровотечением.

В качестве примера приводятся описываемые в исторической хронике события, когда израненные рыцари-кианетики не истекали кровью и продолжали успешно сражаться с маврами.

По мнению некоторых исследователей, кианетики появились на Земле неслучайно. Таким образом природа подстраховывалась на случай какой-либо глобальной катастрофы, которая может уничтожить большую часть человечества. Оставшиеся в живых более жизнестойкие голубокровные смогут дать начало еще одной, уже новой цивилизации.

Но есть и другое объяснение происхождения голубокровных людей: они потомки пришельцев из других планет.

Вселенная, в которой мы живем, многообразна. Даже в пределах Солнечной системы по спектральному излучению планет установлено, что они отличаются преобладающими в их строении элементами. Потому можно предположить, что где-то распространенного на нашей планете железа, играющего столь важную роль в жизнедеятельности внутренних органов организмов, очень мало, а меди — наоборот, очень много. Естественно, что там эволюция животного мира пойдет по пути использования для транспорта кислорода не железа, а меди. И люди и животные этой планеты будут обладать «аристократической», голубой кровью.

Версия крови богов на основе гемоцианина (или других соединений меди) дает также возможность по иному взглянуть на некоторые данные мифологии. Во-первых, медь обладает сильными антибактериальными свойствами. Многие народы приписывают меди целебные свойства. Непальцы, например, считают медь священным металлом, который способствует сосредоточению мыслей, улучшает пищеварение и лечит желудочно-кишечные заболевания (больным дают пить воду из стакана, в котором лежат несколько медных монет). В старину медью лечили глистные заболевания, эпилепсию, хорею, малокровие, менингит. Медь способна убивать микробов; например, работники медных заводов никогда не болели холерой. В то же время, недавно ученые университета Штата Огайо выяснили, что передозировка железа в пищевой диете может способствовать склонности к кишечным инфекциям. Таким образом, повышенное содержание меди и пониженное содержание железа в пище богов позволяло им усиливать антибактериальные свойства, которыми итак обладала их кровь благодаря меди в своем составе. Это вполне могло предохранять от земных инфекций и вносить свою лепту в «бессмертие» богов. Эффективна медь, как оказывается, и для лечения других болезней.

Кузнецы, опоясанные медной проволокой, никогда не страдали радикулитами. При радикулите красные медные пятаки укрепляют пластырем на крестце или кладут на поясницу и надевают пояс из собачей шерсти. Для этих же целей можно использовать медный канатик или антенную проволоку, которую обматывают вокруг себя. Для лечения болей в суставах, отложения солей используют старинное средство в виде медного кольца, которое носят на пальце несколько месяцев, боли при этом уменьшаются, а подвижность в суставах увеличивается. Особой популярностью пользуются медные браслеты. Но они эффективны, если содержание меди в них достигает 99%. Браслет на правой руке помогает излечить или успокоить головную боль, бессонницу, физическую и умственную усталость, сахарный диабет, импотенцию. На левой же руке ношение браслета рекомендуется при повышенном кровяном давлении, геморрое, сердечной недостаточности, тахикардии. Во всем мире оценили браслеты из чистой перуанской меди…

Во-вторых, голубой цвет крови придает соответствующий оттенок и цвету кожи. И как тут не вспомнить «голубокожих» богов Индии.

В-третьих, в природе медные месторождения содержат довольно много серебра. Серебро буквально сопровождает медь почти повсюду. Это настолько сильно проявляется, что даже весомая часть современной добычи серебра осуществляется попутно с добычей меди, – почти пятая часть всего серебра ныне добывается из медных месторождений. Следовательно, на планете богов также должно быть много серебра (химические и физические законы ведь действуют и там). Но серебро, также как и медь, обладает сильным антибактериальным действием. «Серебряная вода» – это взвесь мельчайших частиц серебра в воде. Она образуется при хранении воды в серебряных сосудах или при контакте воды с серебряными изделиями. Частицы серебра в такой воде уже при концентрации 10-6 мг/л обладают антисептическими свойствами, т. к. серебро способно блокировать ферментные системы микробов. Алхимики считали, что серебро входит в число семи металлов, которые они наделяли целительной силой. Серебро использовали для лечения эпилепсии, невралгии, холеры, гнойных ран. В водах священной индийской реки Ганга повышено содержание серебра. Высокие дезинфицирующие свойства серебра превосходят такие же свойства карболки, сулемы и хлорной извести. Специально приготовленное серебро применяется при головных болях, потере голоса у певцов, страхах, головокружении. Если носить серебро на себе, то это успокаивает нервную систему. А это опять работает на «бессмертие» богов. Кроме того, известно, что при длительном введении серебра в организм кожа может приобрести голубой оттенок, что в совокупности с голубой кровью богов неизбежно усиливает эффект голубой кожи.

Однако прилетевшие на Землю с «медной» планеты боги оставили землянам не только начальные навыки в металлургии и стремление к вегетарианству как путь к нравственному самосовершенствованию.

Для дальних потомков богов, у которых в той или иной степени сохранилась голубая кровь, порой характерен избыток углекислого газа в крови. Он не был постоянным и привычным для их организмов.

Это подтверждается постоянной потребностью таких людей в спиртных напитках для компенсации вредного газа. Легендарную сому, хмельной квас и мед, пиво, девять сортов спиртных напитков, сделанных из маиса, боги дали американским индейцам и внесли их в список жертвоприношений! Боги даже не пренебрегали виноградным вином, в котором много железа. Видимо, трудна была их жизнь на Земле, раз потребность в алкоголе для компенсации углекислого газа была столь велика.

Вообще, спиртные напитки обладают целым рядом замечательных свойств. Эти напитки содержат большое количество органических кислот, благодаря которым обладают и буферными свойствами, не позволяющими рН слишком опускаться, и тем самым препятствуют удержанию в крови излишков СО2. Но отметим сразу: эти свойства присущи прежде всего слабоалкогольным напиткам! Крепкие спиртные напитки ведут себя иначе. И может быть именно поэтому с древнейших времен известны рецепты лишь слабоалкогольных напитков, а крепкие спиртные напитки появились сравнительно недавно (лишь в последнее тысячелетие), — богам не нужна была крепость.

Однако вернемся к другим свойствам алкогольных напитков… Пьющие вино люди меньше болеют гриппом, чем непьющие. Таким образом, вино обеспечивает антигриппозную профилактику. Наблюдения врачей свидетельствуют, что люди, пьющие (умеренно) вино, реже не выходят на работу из-за инфекционных заболеваний, чем те, кто исповедует полное алкогольное воздержание. Лабораторные опыты показали, что красное вино, даже разбавленное, уничтожает вирус полиомиелита. Установлено, что смертность от коронарной недостаточности обратно пропорциональна потреблению алкоголя. Но среди алкогольных напитков только вино обладает ярко выраженным превентивным эффектом в отношение сердечно-сосудистых заболеваний. Исследования показывают, что при умеренном употреблении вина, от одной до четырех рюмок в день (1 рюмка вина емкостью 100мл и крепостью 12 градусов содержит 10г спирта), смертность вследствие коронарной недостаточности снижается до 15-60% по сравнению с риском подобного исхода для людей, не пьющих вина. Зато не пьющие вина совсем, равно как и пьющие его чрезмерно (от 60г алкоголя в день и более), подвергаются очень высокому риску смертельного исхода.

«Слишком густая» кровь, то есть кровь повышенной вязкости создает серьезные предпосылки для образования сгустков, способных закупорить артерию, иначе говоря, привести к тромбозу. Алкоголь обладает свойством разжижать кровь. Поистине, сома (спиртной напиток богов) давала людям здоровье, а богам – «бессмертие».

источник

Источник

Гемоцианин (от др.-греч. αἷμα — кровь и др.-греч. κυανoῦς — лазурный, голубой) — дыхательный пигмент из группы металлопротеинов, является медьсодержащим функциональным аналогом гемоглобина[1]. Встречается в крови моллюсков, членистоногих[2] и онихофор[3]. В пределах типа моллюсков гемоцианин широко распространён среди головоногих и некоторых брюхоногих. В пределах типа членистоногих — среди мечехвостов, ракообразных, паукообразных[4] и многоножек[5], а в 2003 году обнаружен и у представителя класса насекомых[6]. Следует отметить, что гемоцианин моллюсков и членистоногих различается по структуре и некоторым свойствам, кроме того, существуют гемоцианины, выполняющие иные функции помимо переноса кислорода тканям — не только (и не столько) дыхания, а прежде всего в процессах питания[2][7]. Так что можно говорить о гемоцианинах как о группе сходных металлопротеинов[2].

Восстановленная форма гемоцианина бесцветна. Окисленная форма окрашивается в голубой цвет, наблюдается флуоресценция[2].

История открытия и изучения[править | править код]

Уже в конце XVIII века было замечено, что кровь моллюсков имеет голубой цвет. В частности, это отмечал знаменитый французский естествоиспытатель Жорж Кювье (1795)[8].

В 1833 году венецианский химик Бартоломео Бицио (it:Bartolomeo Bizio) обнаружил медь в составе крови морских брюхоногих моллюсков семейства иглянок[9].

В 1878 году бельгийский физиолог Леон Фредерик (фр. Léon Fredericq) выделил голубой пигмент из крови осьминога Octopus vulgaris. Было отмечено, что при прохождении крови через жабры бесцветная кровь приобретала голубой цвет. Фредерик предположил, что это вещество переносит кислород к органам и тканям. Он же предложил название этого пигмента — «гемоцианин», по аналогии с гемоглобином (от др.-греч. κυανoῦς — лазурный, голубой). Фредерик выдвинул предположение, что гемоцианин — полный структурный и функциональный аналог гемоглобина, в котором медь включена в комплекс с порфириновым кольцом, аналогично гему гемоглобина[9][8].

В первой половине XX века были открыты различия в структуре гемоглобина и гемоцианина. В частности, было установлено, что гемоцианин не имеет порфиринового кольца. Предполагаемая простетическая группа гемоцианина была названа «гемокуприн»[8]. Позднее стало известно, что медь в субъединице гемоцианина связана непосредственно с белковыми цепями, и простетическая группа как таковая отсутствует[9][8].

Во второй половине XX века изучались различные уровни структуры гемоцианина, его свойства, различия гемоцианинов у различных видов. Исследовалась и генетическая последовательность гемоцианинов, на основе чего были выдвинуты новые предположения о родстве различных групп членистоногих и моллюсков. Изучается возможность применения гемоцианина в медицине[9].

Строение[править | править код]

Фотография молекул гемоцианина морского блюдечка (Megathura crenulata), полученная с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Двойной стрелкой отмечены дидекамеры (2×10 субъединиц), одиночной — декамеры (1×10 субъединиц), также видны и более крупные структуры[10]

Субъединица гемоцианина членистоногих имеет молекулярный вес около 72 килодальтон и подразделяется на 3 домена, каждый из которых характеризуются разной третичной структурой: домен I содержит 5 или 6 альфа-спиралей, домен Il — 4 альфа-спирали и активный центр, домен III — антипараллельный бета-баррель (en:beta-barrel), состоящий из 7 бета-листов[11][12]. Молекулярный вес субъединицы гемоцианина моллюсков значительно выше, чем у членистоногих, и в среднем составляет 350—400 кДа[2], однако может достигать и 550 кДа[10]. Субъединица содержит 7 или 8 функциональных элементов. Каждый функциональный элемент подразделяется на 2 домена. Домен α содержит 4 альфа-спирали и активный центр, домен β — состоящий из 7 Β-листов антипараллельный бета-баррель[13]. Таким образом, α-домен и β-домен гемоцианина моллюсков функционально соответствуют доменам II и III гемоцианина членистоногих.

Строение активного центра одинаково у гемоцианинов членистоногих и моллюсков. Он содержит два близко расположенных друг к другу катиона меди, которые обратимо связывают молекулу кислорода в комплекс. Каждый катион меди координирован тремя имидазольными группами (гистидиновыми остатками), при оксигенации молекула кислорода оказывается зажатой между этими катионами. Пептидная цепь образует петли, то приближаясь к активному центру, то удаляясь от него, самая большая петля (разделяющая гистидиновые остатки His204 и His324) состоит из 119 аминокислотных остатков[14].

Уровни структуры гемоцианина членистоногих и моллюсков. Цифрами I, II, III и буквами α, β обозначены домены

В неокисленной форме катионы меди находятся в степени окисления +1, отстоят друг от друга на расстояние 4,6 Å, химическое связывание между ними отсутствует. Конфигурация N—Cu—N близка к треугольной, расстояния Cu—N находятся в пределах 1,9—2,1 Å. При оксигенации ионы меди приобретают степень окисления +2. Катионы меди сближаются друг с другом и расстояние Cu—Cu составляет 3,6 Å, а расстояния Cu—O — 1,8—1,9 Å. В результате сближения ионов меди углы N—Cu—N приближаются к тетраэдрическим. Кроме того, связи Cu—N становятся неравными по длине: в окружении каждого иона две связи имеют длину 1,9—2,0 Å, а третья связь удлиняется до 2,3 Å[14].

Субъединица гемоцианина представляет собой комплекс меди и белка. В отличие от гемоглобина, атомы металла связаны непосредственно с аминокислотой, а не с простетической группой[15].

Мономер гемоцианина членистоногих состоит из 6 субъединиц и имеет октаэдрическую форму. У членистонигих гемоцианин представлен в виде мономеров (1×6), димеров (2×6), тетрамеров (4×6), гексамеров (6×6) и октамеров (8×6)[2][4].

Субъединица гемоцианина моллюсков, как уже отмечалось, состоит из 7 или 8 активных центров, в отличие от гемоцианина членистоногих, субъединица которого имеет лишь один активный центр. Форма молекулы напоминает полый цилиндр[2]. Гемоцианин у моллюсков может быть представлен в виде декамеров (1×10) и дидекамеров (2×10), однако нередко соединяется в очень большие ансамбли[2]. Так, молекулы гемоцианина виноградной улитки могут достигать молекулярной массы свыше 9 миллионов дальтон, являясь одним из самых больших органических соединений[16]. Такие большие размеры гемоцианина позволяют лучше проявляться его кооперативным свойствам.

В 2002 году гемоцианин был обнаружен у представителя типа онихофор[3]. По строению это вещество аналогично гемоцианину членистоногих[3].

Физиология[править | править код]

Строение деоксигенированного и оксигенированного активного центра гемоцианина

Гемоцианин, как и гемоглобин, проявляет кооперативность, то есть при присоединении молекулы кислорода одной субъединицей увеличивает сродство к кислороду соседних субъединиц. Кооперативность гемоцианина моллюсков сравнительно невелика (коэффициент Хилла составляет около 2), кооперативность гемоцианина членистоногих значительно выше (значение коэффициента Хилла может достигать 9)[2].

В отличие от гемоглобина, входящего в состав эритроцитов, молекулы гемоцианина растворены в гемолимфе[2]. Благодаря этому мономеры гемоцианина могут объединяться в очень большие комплексы, что позволяет лучше проявляться его кооперативным свойствам и в целом лучше переносить кислород. Это особенно важно для организмов, живущих в условиях с малым содержанием кислорода. Содержание гемоцианина в гемолимфе моллюсков колеблется от 1—3 % у хитона en:Cryptochiton stelleri до 11 % у осьминога Octopus vulgaris[17]. Содержание в гемолимфе ракообразных также варьирует у разных видов в довольно широких пределах, от 3 до 10 %[18]. При хронической гипоксии концентрация гемоцианина в гемолимфе значительно растёт, компенсируя нехватку кислорода в воде[18]. Анализ содержания гемоцианина в крови морских ракообразных может использоваться для наблюдения за состоянием окружающей среды[18].

На профиль связывания кислорода значительно влияет содержание ионов в гемолимфе и pH-фактор[19][20]. Установлено, что изменение температуры тела членистоногих приводит к изменению pH-фактора гемолимфы. Рост температуры на 10 градусов уменьшает pH на 0,3[19][20]. Таким образом, через изменения pH гемолимфы членистоногие адаптируют способность к переносу кислорода и кооперативные свойства гемоцианина к условиям среды[2]. Исследования показали, что почти весь гемоцианин камчатского краба, живущего в воде с температурой +1…+5°, находится в неокисленной форме, в то время как гемоцианин тарантула Eurypelma californicum, живущего в пустынях юго-запада США при температурах от +30°, оксигенирован более чем на 90 %[2][21].

Гемоцианин может связываться не только с кислородом, но и с угарным газом, образуя карбоксигемоцианин. При этом также обнаруживается кооперативный эффект[22].

Синтез гемоцианина у брюхоногих моллюсков осуществляется поровыми клетками соединительной ткани. У головоногих моллюсков местом синтеза гемоцианина являются стенки жаберных сердец[23].

Гемопоэз членистоногих изучен более подробно. Специализированные органы кроветворения у них отсутствуют, отдельные очаги кроветворения могут находиться в соединительной ткани и в стенках кровеносных сосудов. У ракообразных синтез гемоцианина осуществляется особыми клетками крови — цианоцитами, развивающимися из цианобластов. Зрелые цианоциты выделяют гемоцианин в гемолимфу[24]. У мечехвостов очаги кроветворения представляют собой разобщённые группы гемоцитов в соединительной ткани и синусных пространствах, там же из них формируются цианоциты, аналогичные цианоцитам ракообразных[25][26].

Другие функции гемоцианинов[править | править код]

Гемоцианин может выступать не только в качестве переносчика кислорода, но и выполнять другие функции.

Иногда гемоцианины выполняют функции тирозиназы — фермента, катализирующего окисление тирозина. В составе таких гемоцианинов отсутствуют аминокислоты, препятствующие подходу фенолов к активным центрам фермента. Следует отметить, что гемоцианины и тирозиназы имеют общее происхождение и разделились около 700 миллионов лет назад. Хелицеровые, такие как пауки и скорпионы, могут катализировать синтез меланина с помощью гемоцианина[27]. Можно предположить существование подобного механизма и у других членистоногих, а также моллюсков. У некоторых паукообразных имеется сразу два вида гемоцианинов. Один задействован в переносе кислорода, а другой катализирует окисление тирозина[2].

У некоторых ракообразных обнаружено близкое к гемоцианину соединение, названное криптоцианин (англ. cryptocyanin). Криптоцианин утратил способность связывать кислород и является структурным белком, управляющим процессами линьки ракообразных[28].

В организме насекомых присутствует белок гексамерин. Предполагается, что он произошёл от гемоцианина, однако утратил атомы меди и, как следствие, способность связывать кислород[29]. Гексамерин насекомых служит в качестве резерва питательных веществ[29]. Интересно отметить, что в 2003 году гемоцианин — переносчик кислорода обнаружен и у насекомого — веснянки Perla marginata. При этом структура этого гемоцианина отличается от гемоцианина остальных членистоногих — его субъединица содержит два активных центра и, соответственно, 4 атома меди[6].

Эволюция гемоцианинов[править | править код]

Гемоцианины как членистоногих, так и моллюсков происходят от тирозиназ[30]. Однако их эволюционный путь в этих типах животных различается. На первом этапе эволюции гемоцианина членистоногих произошла дупликация гена тирозиназы (или подобного ей фермента), благодаря чему появился белок, имеющий 2 атома меди и способный связывать кислород. Впоследствии этот белок приобрёл способность к полимеризации, что было важно для проявления кооперативных свойств[31]. Гемоцианин моллюсков прошёл через 3 дупликации гена, в результате чего субъединица гемоцианина моллюсков содержит 8 активных центров[31]. Гемоцианины членистоногих и моллюсков имеют значительные различия как по четвертичной структуре, так по своей генетической последовательности. Это позволяет предположить, что они возникли в этих группах независимо друг от друга[30].

Расхождение гемоцианинов хелицеровых и ракообразных произошло около 600 миллионов лет назад. Гемоцианин хелицеровых имеет достаточно консервативную структуру. Дивергенция гемоцианина паукообразных от остальных хелицеровых произошла 550—450 миллионов лет назад. Возраст дивергенции гемоцианинов высших раков (Malacostraca) и гексамеринов насекомых оценивается в 430—440 миллионов лет. Расхождение гемоцианинов внутри группы ракообразных началось гораздо позже, около 200 миллионов лет назад. Криптоцианины десятиногих раков (Decapoda), не выполняющие функции переносчиков кислорода, отделились от основной линии примерно 215 миллионов лет назад. Время дивергенции гемоцианинов в различных группах членистоногих может свидетельствовать в пользу теории общего происхождения шестиногих и высших раков[32][29][33]. Можно отметить тенденцию к уменьшению количества мономеров гемоцианина в субъединице в процессе эволюции[30].

Открытый в 2002 году гемоцианин онихофор отделился от общей ветви членистоногих раньше, чем началась дивергенция внутри группы членистоногих, тем не менее эти гемоцианины имеют общее происхождение[3].

Изучение эволюции гемоцианинов позволило уточнить родственные отношения различных групп членистоногих и моллюсков[29].

Использование[править | править код]

Изучается возможность применения гемоцианина в медицине как компонента противоопухолевых вакцин. При образовании конъюгатов с опухолевыми антигенами он существенно повышает их иммуногенность. Этот адъювант способствует преодолению иммунологической толерантности или усиливают иммунный ответ на ганглиозидные антигены (GM2, GD2, GD3). Обнаружен высокий уровень Т-клеточного иммунного ответа при использовании конъюгатов гемоцианина с муцином[34][35]. Предполагается, что они также могут применяться в технологии получения дендритных вакцин. Проводятся клинические исследования противоопухолевых вакцин с использованием этого адъюванта совместно с идиотипическими антителами при В-клеточной лимфоме и антиидиотипическими антителами при колоректальной карциноме[36][37].

Примечания[править | править код]

↑ У глубоководных голотурий (Echinodermata) кровь также не красная, а голубая — в ней вместо железа содержится ванадий.
Справочник химика
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Heinz Decker, Nadja Hellmann, Elmar Jaenicke, Bernhard Lieb, Ulrich Meissner, and Jürgen Markl. Minireview: Recent progress in hemocyanin research (англ.) // Integrative and Comparative Biology. — 2007. — Vol. 47, no. 4. — P. 631—644.
↑ 1 2 3 4 Kristina Kusche, Hilke Ruhberg, and Thorsten Burmester. A hemocyanin from the Onychophora and the emergence of respiratory proteins (англ.) // Proc Natl Acad Sci USA. — 2002. — Vol. 99, no. 16. — P. 10545—10548.
↑ 1 2 Jürgen Markl. Hemocyanins in spiders (англ.) // Journal of Comparative Physiology. — 1980. — Vol. 140, no. 3. — P. 199—207. (недоступная ссылка)
↑ Elmar Jaenicke, Heinz Decker, Wolfgang Gebauer, Jürgen Markl and Thorsten Burmester. Identification, Structure, and Properties of Hemocyanins from Diplopod Myriapoda (англ.) // The Journal of Biological Chemistry. — 1999. — Vol. 274. — P. 29071–29074.
↑ 1 2 Silke Hagner-Holler et al. A respiratory hemocyanin from an insect (англ.) // Proc Natl Acad Sci. — 2004. — Vol. 101, no. 3. — P. 871—874.
↑ Справочник химика
↑ 1 2 3 4 J. Leiden Webb. Magnetic properties of Hemocyanin (англ.) // California Institute of Technology : Доклад. — 1940. — P. 971—972.
↑ 1 2 3 4 A. Ghiretti-Magaldi and F. Ghiretti. The pre-history of hemocyanin. The discovery of copper in the blood of molluscs (англ.) // Cellular and Molecular Life Sciences. — 1992. — Vol. 48, no. 10. — P. 971—972. (недоступная ссылка)
↑ 1 2 Bernhard Lieb, Wolfgang Gebauer, Christos Gatsogiannis, Frank Depoix, Nadja Hellmann, Myroslaw G Harasewych, Ellen E Strong and Jürgen Markl. Molluscan mega-hemocyanin: an ancient oxygen carrier tuned by a ~550 kDa polypeptide (англ.) // Frontiers in Zoology. — 2010. — Vol. 7, no. 14.
↑ Volbeda A, Hol W. Crystal structure of hexameric hemocyanin from Panulirus interruptus refined at 3.2Å resolution (англ.) // J Mol Biol. — 1989. — Vol. 209. — P. 249—279.
↑ Magnus K, Hazes B, Ton-That H, Bonaventura C, Bonaventura J, Hol W. Crystallographic analysis of oxygenated and deoxygenated states of arthropod hemocyanin shows unusual differences (англ.) // Proteins. — 1994. — Vol. 19. — P. 302—309.
↑ Cuff M, Miller K, van Holde K, Hendrickson W. Crystal structure of a functional unit from Octopus hemocyanin (англ.) // J Mol Biol. — 1998. — Vol. 278. — P. 855—870.
↑ 1 2 Яценко А. В. Комплексные соединения в процессах дыхания живых существ (рус.).
↑ Bonaventura C. and Bonaventura J. The Mollusca Volume 2. — New York: Academic Press, 1983. — С. 26—29.
↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 177. — 422 с. — 3050 экз.
↑ Michael E. Q. Pilson. Variation of hemocyanin concentration in the blood of four species of Haliotis (англ.) // The Biological Bulletin. — 1965. — Vol. 128. — P. 459—472.
↑ 1 2 3 Brouwer Marius, Denslow Nancy. Molecular Indicators of Dissolved Oxygen Stress in Crustaceans (англ.) : Доклад. — 2003.
↑ 1 2 Monod J, Wyman J, Changeux J. On the nature of allosteric transitions: a plausible model (англ.) // J Mol Biol. — 1965. — No. 12. — P. 88–118.
↑ 1 2 Robert C, Decker H, Richey B, Gill S, Wyman J. Nesting: hierarchies of allosteric interactions (англ.) // Proc Natl Acad Sci USA. — 1987. — No. 84. — P. 1891—1895.
↑ Sterner R, Vogl T, Hinz HJ, Penz F, Hoff R, Foll R, Decker H. Extreme thermostability of tarantula hemocyanin (англ.) // FEBS Lett. — 1995. — Vol. 364, no. 1. — P. 9-12.
↑ Richey B, Decker H, Gill SJ. Binding of oxygen and carbon monoxide to arthropod hemocyanin: an allosteric analysis (англ.) // Biochemistry. — 1985. — Vol. 24, no. 1. — P. 109-117.
↑ Житенева Л. Д., Макаров Э. В., Рудницкая О. В. Эволюция крови. — Ростов-на-Дону: Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства (АзНИИРХ), 2001. — 104 с.
↑ Gupta A. P. Arthropod Phylogeny. — New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1979. — С. 717—724. — 735 с.
↑ Raymond F. Sis, Don H. Lewis, Tom Caceci. The Hemocytes and Hemopoietic organs of a Penaeid Shrimp (Penaeus vannamei) (англ.) : Доклад. — 1987.
↑ A. Ghiretti-Magaldi, C. Milanesi and G. Tognon. Hemopoiesis in crustacea decapoda: origin and evolution of hemocytes and cyanocytes of Carcinus maenas (англ.) // Cell Differentiation. — 1977. — Vol. 6, no. 3-4. — P. 167—186. (недоступная ссылка)
↑ Heinz Decker and Thomas Rimke. Tarantula Hemocyanin Shows Phenoloxidase Activity (англ.) // The Journal of Biological Chemistry. — 1998. — Vol. 273, no. 40. — P. 25889–25892.
↑ N. B. Terwilliger, M. C. Ryan and D. Towle. Evolution of novel functions: cryptocyanin helps build new exoskeleton in Cancer magister (англ.) // Journal of Experimental Biology. — 2005. — Vol. 208. — P. 2467—2474.
↑ 1 2 3 4 Thorsten Burmester, Klaus Scheller. Common Origin of Arthropod Tyrosinase, Arthropod Hemocyanin, Insect Hexamerin, and Dipteran Arylphorin Receptor (англ.) // Journal of Molecular Evolution. — 1996. — Vol. 42, no. 6. — P. 713—728. (недоступная ссылка)
↑ 1 2 3 Anupam Nigam, Jimmy Ng, and Trustin Ennacheril. The Molecular Evolution of Arthropod & Molluscan Hemocyanin. Evidence for Apomorphic origin and convergent evolution in oxygen binding sites (англ.). — 1997. — Vol. 41. — P. 199—228.
↑ 1 2 van Holde K. E., Miller K. I. Hemocyanins (англ.) // Adv Protein Chem. — 1995. — No. 47. — P. 66—68.
↑ Thorsten Burmester. Molecular Evolution of the Arthropod Hemocyanin Superfamily (англ.) // Molecular Biology and Evolution. — 2001. — No. 18. — P. 184—195.
↑ C. P. Mangum, J. L