헤모시아닌의 기능

헤모시아닌은 1가 구리 이온을 보결분자단으로 갖고 있는 단백질이다. 연체동물(문어, 오징어, 달팽이 등)과 절지동물(게, 새우, 거미 등)의 혈액에 존재합니다. 헤모시아닌의 생리적 기능은 산소를 운반하는 것입니다. 옥시헤모시아닌의 구리는 Cu(II)이며 청색이며, 이는 꼬인 사면체 장에서 d­d 전이에 의해 생성되는 347 nm 부근에서 흡수 피크를 갖습니다. 디옥시헤모시아닌은 무색이다. X선 회절 기술은 헤모시아닌에 대한 사람들의 이해를 크게 높였습니다. 연체 헤모시아닌의 결정 구조는 아직 결정되지 않았지만 절지동물 헤모시아닌의 결정 구조 분석을 위한 헤모시아닌 분자의 활성 부분에 대한 구조적 정보를 제공합니다. 랍스터 헤모시아닌 서브유닛은 3개의 구조적 영역으로 구성됩니다. 영역 I은 단백질의 처음 175개 아미노산 잔기이며 다수의 α-나선형 2차 구조를 가지고 있습니다. 영역 II의 대부분은 또한 225개 아미노산 잔기(176~400)와 산소로 구성된 α-나선형 2차 구조입니다. 분자 결합 부위는 이중 구리 이온으로 구성되며 나머지 258개 아미노산 잔기(401~658)는 영역 III을 구성하며 슈퍼옥사이드 디스뮤타제와 같은 다른 단백질의 β-시트 2차 구조와 유사합니다. 영역 II의 이중 구리 활성 중심에서 각 구리 이온은 3개의 히스티딘 잔기의 이미다졸 질소와 배위 결합됩니다. 산소화되지 않은 경우 두 구리 이온 사이의 거리는 약 46pm이고 상호 작용은 두 구리 이온 사이에서 단백질 자체에 의해 제공되는 브리지가 발견되지 않습니다. 이때 각 구리 이온과 3개의 히스티딘 잔기의 이미다졸 질소 사이의 배위는 기본적으로 삼각형의 기하학적 구성을 이룬다. 산소화 후 Cu(Ⅱ)는 2개의 구리 이온과 2개의 산소 원자(과산화물 음이온)로 4배위 또는 5배위되고 6개의 히스티딘 잔기 중 구리 이온에 가장 가까운 4개의 아미노산 잔기가 기본 이미다졸입니다. 질소는 강하게 결합되어 있습니다. 이때 대략적인 평면에서 각 구리 이온은 평면 사각형 기하학적 구성을 가정하며 이는 Cu(II)에 가장 유리한 배위 상황입니다. 산소 분자는 두 개의 Cu(Ⅱ)를 과산소 다리 형태로 연결하고, 두 Cu(Ⅱ)는 약 36pm 떨어져 있습니다.

화학자들은 헤모시아닌 합성을 위한 모델 화합물에 관심이 있습니다. 1978년에 Simmons MG와 Wilson LJ는 이미다졸을 리간드로 하여 Cu(Ⅰ) 복합체를 합성했는데, 이는 용액이든 고체이든 실온에서 가역적으로 산소를 운반할 수 있습니다. 2,6·디아세틸피리딘을 사용하여 히스타민과 축합하여 리간드 2,6·[1·(2·이미다졸·4·에틸렌이미노)에틸]피리딘을 얻은 후, [Cu(Ⅰ)(MeCN)4](ClO4)를 첨가한다. 진한 빨간색의 [Cu(Ⅰ)](ClO4) 착물을 생성합니다.

이 복합체는 용액에서 단량체로 존재합니다. Cu(Ⅰ) 이온의 배위수는 5이다. 실온에서 공기에 노출되면 용액은 빨간색에서 녹색으로 빠르게 변하며 약 2분 후에 반응이 완료되고 Cu(Ⅰ) 2mol당 O2 1mol이 흡수됩니다. 산소를 운반하는 용액을 약 40°C로 가열하고 질소를 사용하여 가스를 제거하거나 용액을 감압 하에서 교반하면 산소 발생의 역반응이 쉽게 일어나 용액이 원래의 빨간색으로 돌아갑니다. 색상. 반복된 실험을 통해 산소를 가역적으로 운반할 수 있음이 확인되었습니다. 이를 토대로 다음과 같은 반응이 존재할 수 있다고 추측됩니다. LCuⅠ + O2? LCuⅡO LCuⅡO + CuIL? LCuⅡO CuⅡL 헤모시아닌은 비특이적인 항바이러스 효과가 있습니다. 친화성 크로마토그래피를 사용하여 흰반점증후군 바이러스(WSSV)와 이리도바이러스(Singapore grouper irido virus, SGIV)에 결합할 수 있는 페나에우스 모노돈(Penaeus monodon)의 혈청으로부터 2개의 폴리펩티드를 분리했는데, 분자량은 각각 73ku와 75ku였습니다. 질량 분석에 의해 헤모시아닌으로 확인되었습니다. 헤모시아닌과 바이러스를 혼합하여 세포 배양 배지에 첨가한 결과, 배양 3일 후에 세포가 약간만 손상된 것으로 나타났습니다. 헤모시아닌이 없는 대조군의 세포는 완전히 용해되었습니다. 배양 시간을 연장하면 시험군의 세포도 차례로 용해됩니다.

그런 다음 6가지 유형의 DNA 또는 RNA 바이러스(SGIV, FV3, LDV, ThRV, ABV 및 IPNV)를 분석 대상으로 선택했으며, 그 결과 반억제 농도(EC)가 약 4.56mg/L ~ 6.64mg/L인 것으로 나타났습니다. . 이러한 결과는 헤모시아닌이 낮은 농도에서 잠재적인 바이러스 억제제이지만 헤모시아닌이 바이러스 복제를 완전히 억제할 수는 없음을 나타냅니다.

연구에 따르면 헤모시아닌의 두 하위 단위는 면역 기능에 큰 차이가 있는 것으로 나타났습니다. Lei KY 등은 분자 질량이 73ku와 75ku인 헤모시아닌의 두 하위 단위가 75PjHcL 하위 단위에 불과하다고 보고했습니다. ku의 항바이러스 기능은 있지만 PjHcY 하위 단위는 그렇지 않습니다. 이는 두 혈액 하위 단위가 서로 다른 역할을 할 수 있음을 의미합니다. 서열 및 구조 비교를 통해, 이들 두 하위 단위가 고도로 보존되어 있음에도 불구하고 N-말단 도메인과 C-말단 도메인에서 특정 차이를 나타내는 것으로 나타났습니다. 두 서브유닛의 아미노산 구조를 비교해 보면, 구리 이온 결합 부위와 두 번째 기능 영역에서 두 서브유닛의 구조가 동일한 것으로 나타났습니다. 세 번째 기능 영역은 다릅니다. Lei 등은 이 결과를 정확하게 검증하기 위해 RT­PCR 기술을 사용했으며 두 하위 단위의 서로 다른 면역 기능을 발견했으며 이는 헤모시아닌의 면역학적 기능에 대한 향후 연구를 위한 보다 명확한 기초를 제공했습니다.

간단히 말하면, 헤모시아닌의 면역 방어 기능은 최근 무척추동물 면역학 분야에서 가장 최근에 발견된 것으로, 면역반응에서는 페놀산화효소의 기능만을 발휘할 수 있으며 절단되어 생성될 수 있다. 병원성 침입에 저항하는 대량의 항균 단편. 현재로서는 그 면역 기전이 그다지 명확하지 않지만, 무척추동물의 진화를 통해 그 정확한 상황이 밝혀질 것으로 믿어진다. 최근 국내외 연구에 따르면 헤모시아닌과 그 절단된 단편은 다양한 면역 기능을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. Zhang Yueling은 산터우에서 수집한 흰다리새우를 연구 대상으로 사용하고 친화성 크로마토그래피, PAGE, SDS­PAGE, 웨스턴 블롯, 적혈구 응집 테스트 및 당 억제 테스트와 같은 방법을 사용하여 흰다리새우 헤모시아닌의 적혈구 응집 활성을 조사했습니다. 결과는 헤모시아닌이 테스트에서 선택된 4가지 유형의 적혈구(어류, 닭, 마우스 및 인간)에 대해 상당한 혈구 응집 활성을 가지고 있음을 보여주었습니다. 응집 활성 범위는 5 mg/L에서 10 mg/L이며, 그 응집 반응입니다. α·갈락토오스, α·D 글루코스, 만니톨, N·아세틸뉴라민산 등 4가지 당에 의해 유의하게 억제되는 것으로 나타났다. 그러나 일반 렉틴과 비교하여 헤모시아닌의 응집 활성은 약 1~2배 정도 낮습니다. 새우 혈청에 풍부하게 함유되어 있어 부족한 응집 활성을 보완할 수 있습니다. 이전 연구에서는 헤모시아닌 단백질 반점의 펩타이드 질량 스펙트럼 피크가 인플루엔자 바이러스의 헤마글루티닌과 일치할 수 있으며 서열 범위가 37%인 것으로 밝혀졌습니다. 헤모시아닌은 혈구응집 활성을 가지고 있는 것으로 추측되며, 이는 헤모시아닌의 면역학적 기능에 대한 추가 연구에 큰 의미가 있습니다.

연구에 따르면 헤모시아닌은 페놀 산화효소에서 진화했을 수 있으며, 페놀 산화효소 연쇄 시스템의 활성화는 갑각류의 응고 단백질 응고 메커니즘과 밀접한 관련이 있습니다. 연구에 따르면 헤모시아닌에도 응집 활성이 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 발견은 헤모시아닌, 페놀옥시다제 및 응고 단백질이 동일한 단백질에서 진화했을 수 있지만 다기능 분자인 헤모시아닌은 모든 면역학적 기능을 유지한다는 것을 시사합니다. 헤모시아닌 절단에 의해 생성된 항균 펩타이드는 새우의 면역 반응과 관련이 있습니다. 최근 대서양 흰다리새우와 흰다리새우의 체액에서 세 개의 음전하를 띤 항진균 활성 펩타이드가 분리되었으며, 이는 헤모시아닌의 C-말단 서열과 95%~100% 동일합니다. 새우가 감염되면 혈림프에서 헤모시아닌의 C-말단 서열의 활성 펩티드 농도가 증가했는데, 이는 헤모시아닌의 절단이 생물학적 신호에 의해 발생했음을 나타냅니다. Lee S Y 등은 담수 가재 혈장에서 16개의 아미노산으로 구성된 항균 펩타이드를 얻었으며, 이는 G+ 및 G- 박테리아의 성장을 억제할 수 있습니다. 이 항균 펩타이드는 산성 조건에서 헤모시아닌의 프로테아제 절단에 의해 생성됩니다. 지질다당류와 덱스트란을 주사하면 헤모시아닌 생산과 이 펩타이드의 방출이 촉진됩니다. 이는 항균 펩타이드가 유도, 방출 및 활성화되어 신체의 면역 방어에 역할을 할 수 있음을 보여줍니다. Zhang Y L 등은 또한 염소 항인간 IgG와 특이적으로 반응하는 Penaeus vannamei의 혈청에서 IgG 유사 단백질을 분리했으며 헤모시아닌으로 검출되었습니다.

이번 연구에서는 구리 결합 부위 외에도 헤모시아닌의 C 말단에 252개의 아미노산으로 구성된 Ig 유사 보존 영역도 있다는 사실을 발견했습니다. 또한, 헤모시아닌과 Ig의 중쇄와 k쇄에서 각각 4개와 1개의 유사한 보존 영역이 발견되었습니다. Ig와 유사한 이러한 보존된 영역은 갑각류의 호흡 색소에 새로운 기능을 부여하여 항균 효과를 더 잘 발휘할 가능성이 매우 높습니다. 헤모시아닌의 처리 메커니즘은 아직까지 명확하지 않지만 갑각류의 면역체계에서 헤모시아닌의 역할은 무시할 수 없습니다. 따라서 경제적 갑각류의 경우 헤모시아닌의 면역 메커니즘을 밝히기 위해 심층적이고 상세한 연구가 수행됩니다.

최근 헤모시아닌의 다양한 기능, 특히 면역활성의 발견이 지속적으로 이루어지면서 헤모시아닌의 기능과 작용기전, 진화현황은 각국 학자들의 뜨거운 관심을 불러일으키고 있다. 헤모시아닌의 기능에 대한 추가 연구는 무척추동물, 특히 갑각류의 생리학, 생화학 및 면역 체계를 강화하고 발전시키는 데 필수적입니다. 이러한 결과는 헤모시아닌이 광범위한 항균, 곰팡이 및 바이러스 기능을 가지고 있으며 독특한 메커니즘을 가지고 있음을 보여줍니다. 작용은 항균제, 항바이러스제, 항종양제의 새로운 원천이 될 수 있습니다. 중국은 해양대국이다. 해양동물 헤모시아닌 자원의 개발 및 활용은 새로운 항균제 개발을 위한 이상적인 분자 설계 프레임워크와 템플릿을 제공하여 새로운 항감염제 개발의 중요한 기반을 마련할 것이다. 또한 새우 헤모시아닌에 대한 연구는 하등 척추동물의 면역 방어 메커니즘에 대한 사람들의 이해를 심화시켰으며 점점 심각해지는 새우 질병을 예방하고 치료할 수 있는 새로운 길을 열었습니다. 동시에 새우 형질전환 기술의 발달로 헤모시아닌 유전자를 전환함으로써 질병에 강한 새로운 품종을 얻는 것이 가능해진다. 지속적인 연구가 심화됨에 따라 새우 헤모시아닌은 세계 수산 어업의 지속 가능한 발전에 중요한 역할을 할 것으로 믿어집니다.