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| ヘモシアニン、銅含有ドメイン | |||||||||||
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 タコのヘモシアニンの単一の酸素化機能単位 | |||||||||||
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| シンボル | ヘモシアニン_M | ||||||||||
| パム | PF00372 | ||||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||||
| プロサイト | PDOC00184 | ||||||||||
| SCOP2 | 1lla / スコープ / SUPFAM | ||||||||||
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| ヘモシアニン、全アルファドメイン | |||||||||
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 3.2オングストロームの解像度で精密化されたパヌリルス・インタラプタスの六量体ヘモシアニンの結晶構造 | |||||||||
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| シンボル | ヘモシアニン_N | ||||||||
| パム | PF03722 | ||||||||
| インタープロ | IPR005204 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00184 | ||||||||
| SCOP2 | 1lla / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| ヘモシアニン、ig様ドメイン | |||||||||
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 節足動物のヘモシアニンの酸素化状態と脱酸素化状態の結晶構造解析により、異常な違いが明らかになった。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | ヘモシアニン_C | ||||||||
| パム | PF03723 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00184 | ||||||||
| SCOP2 | 1lla / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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ヘモシアニン（ヘモシアニンとも綴り、略してHc）は、 一部の無脊椎動物の体全体に酸素を輸送するタンパク質です。これらの金属タンパク質には、単一の酸素分子（O 2 ）と可逆的に結合する2 つの銅原子が含まれています。酸素輸送分子としての使用頻度は、ヘモグロビンに次いで 2 番目です。脊椎動物に見られる赤血球のヘモグロビンとは異なり、ヘモシアニンは血球内に閉じ込められておらず、代わりに血リンパに直接浮遊しています。酸素化により、無色の Cu(I) 脱酸素化形態と青色のCu(II) 酸素化形態の間で色が変わります。[1]
種の分布
ヘモシアニンは、1878年にレオン・フレデリックによってタコから初めて発見されました。軟体動物における銅の存在は、それより以前に1833年にバルトロメオ・ビジオによって発見されていました。 [2]ヘモシアニンは、頭足動物や甲殻類を含む軟体動物と節足動物に見られ、タランチュラのEurypelma californicum、[3] 、皇帝サソリのScutigera coleoptrata 、[4]、ムカデのScutigera coleoptrataなどの一部の陸生節足動物によって利用されています。また、多くの昆虫の幼虫貯蔵タンパク質は、ヘモシアニンに由来するようです。[5]
ヘモシアニンスーパーファミリー
節足動物のヘモシアニンスーパーファミリーは、フェノールオキシダーゼ、ヘキサメリン、擬似ヘモシアニンまたはクリプトシアニン、および（双翅目）ヘキサメリン受容体から構成されている。[6]
フェノールオキシダーゼは銅を含むチロシナーゼです。これらのタンパク質は、節足動物のクチクラの硬化過程、創傷治癒、体液性免疫防御に関与しています。フェノールオキシダーゼは酵素前駆体によって合成され、 N末端 ペプチドを切断することで活性化されます。[7]
ヘキサメリンは昆虫によく見られる貯蔵タンパク質です。これらのタンパク質は幼虫の脂肪体によって合成され、脱皮周期や栄養状態に関係しています。[8]
擬似ヘモシアニンとクリプトシアニンの遺伝子配列は、甲殻類のヘモシアニンと密接に関連しています。これらのタンパク質は同様の構造と機能を持っていますが、銅結合部位がありません。[9]
ヘモシアニンスーパーファミリーの系統発生における進化的変化は、様々な種におけるこれらの異なるタンパク質の出現と密接に関係している。節足動物におけるヘモシアニンの広範な研究がなければ、このスーパーファミリー内のタンパク質の理解は十分には得られないであろう。[10]
構造とメカニズム
ヘモシアニンの呼吸機能はヘモグロビンと類似しているが、その分子構造とメカニズムには多くの相違点がある。ヘモグロビンは鉄原子をポルフィリン環（ヘム基）に保持しているのに対し、ヘモシアニンの銅原子はヒスチジン残基によって配位された補欠分子族として結合している。各ヘモシアニンモノマーは、6つのヒスチジン残基のイミダゾール環との相互作用を介して一対の銅(I)カチオンを所定の位置に保持している。 [11]酸素輸送にヘモシアニンを使用する種には、酸素圧の低い寒冷環境に生息する甲殻類が含まれることが指摘されている。このような状況では、ヘモグロビンによる酸素輸送はヘモシアニンによる酸素輸送よりも効率が悪い。[12]ただし、温暖な気候に生息するクモやサソリなど、ヘモシアニンを使用する陸生節足動物もいる。この分子は構造的に安定しており、90℃までの温度で完全に機能します。[13]
ほとんどのヘモシアニンは非協力的に酸素と結合し、血液量あたりの酸素輸送効率はヘモグロビンの約 4 分の 1 です。ヘモグロビンは、タンパク質複合体の立体配座の変化により協力的に酸素に結合し、部分的に酸素化された場合、ヘモグロビンの酸素に対する親和性が増加します。カブトガニや他の節足動物のヘモシアニンの一部では、ヒル係数が 1.6～3.0 の協力的結合が観察されています。ヒル係数は、種と実験室での測定設定によって異なります。比較すると、ヘモグロビンのヒル係数は通常 2.8～3.0 です。これらの協力的結合の場合、ヘモシアニンは、それぞれが 1 つの酸素結合部位を持つ 6 つのサブユニット (ヘキサマー) のタンパク質サブ複合体に配置されていました。複合体の 1 つのユニットに酸素が結合すると、隣接するユニットの親和性が高まります。各ヘキサマー複合体は一緒に配置されて、数十のヘキサマーのより大きな複合体を形成しました。ある研究では、協同的結合は、より大きな複合体内で一緒に配置されているヘキサマーに依存していることが判明し、ヘキサマー間の協同的結合を示唆しています。ヘモシアニンの酸素結合プロファイルは、溶解した塩イオンレベルとpHによっても影響を受けます。[14]
ヘモシアニンは多数の個別のサブユニットタンパク質から構成されており、各サブユニットには銅原子が 2 個含まれ、酸素分子 (O 2 ) 1 個と結合できる。各サブユニットの重量は約 75キロダルトン(kDa) である。サブユニットは種によって二量体または六量体に配列される。二量体または六量体複合体も同様に、1500 kDa を超える重量の鎖またはクラスター状に配列される。サブユニットは通常、均質であるか、 2 種類のサブユニットタイプを持つ不均質である。ヘモシアニンはサイズが大きいため、ヘモグロビンとは異なり、通常は血液中に浮遊している。[15]
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六量体は節足動物のヘモシアニンの特徴である。[17]タランチュラEurypelma californicum [3]のヘモシアニンは 4 つの六量体、つまり 24 のペプチド鎖で構成されている。ムカデScutigera coleoptrata [18]のヘモシアニンは6 つの六量体、つまり 36 の鎖で構成されている。カブトガニは8 つの六量体（つまり 48 鎖）のヘモシアニンを持っている。単純な六量体はイセエビPanulirus interruptusと等脚類Bathynomus giganteusに見られる。[17]甲殻類のペプチド鎖は約 660 アミノ酸残基の長さで、鋏角類では約 625 である。大きな複合体にはさまざまな変異鎖が存在するが、すべてほぼ同じ長さであり、純粋な成分は通常自己組織化しない。[要出典]
触媒活性
ヘモシアニンはフェノール酸化酵素（チロシナーゼなど）と相同性があり、これは両方のタンパク質が「タイプ3」銅結合配位中心と呼ばれるヒスチジン残基を持っているためであり、チロシナーゼやカテコール酸化酵素も同様である。[19]どちらの場合も、酵素の不活性な前駆体（チモーゲンまたはプロ酵素とも呼ばれる）を最初に活性化する必要がある。これは、プロ酵素が活性でない場合に活性部位への入口チャネルをブロックするアミノ酸を除去することによって行われる。現在、プロ酵素を活性化して触媒活性を可能にするために必要な他の既知の変更はない。構造の違いによって、ヘモシアニンが実行できる触媒活性の種類が決まる。[20]ヘモシアニンもフェノール酸化酵素活性を示すが、活性部位の立体的嵩が大きいため、速度は遅くなる。部分的な変性は活性部位へのアクセスを向上させ、ヘモシアニンのフェノールオキシダーゼ活性を実際に改善する。[1] [19]
スペクトル特性
オキシヘモシアニンの分光分析ではいくつかの顕著な特徴が示された：[21]
- 共鳴ラマン分光法によれば、O
2対称的な環境では束縛される（ν(OO)はIR許容されない）。 - OxyHcはEPRサイレントであり、不対電子が存在しないことを示す。
- 赤外分光法ではν(OO)は755 cm −1であることが示された。
ヘモシアニンの活性部位の合成類似体を調製するための研究は数多く行われてきた。[21]ペルオキソ配位子によって横方向に架橋された一対の銅中心を特徴とするそのようなモデルの1つは、741 cm −1に ν(OO) を示し、349 および 551 nm に吸収を持つ UV-Vis スペクトルを示す。これらの測定値は両方とも、オキシヘモシアニンの実験的観察と一致している。[22]モデル複合体の Cu-Cu 間隔は 3.56 Å で、オキシヘモシアニンのそれは約 3.6 Å である（デオキシヘモシアニン：約 4.6 Å）。[22] [23] [24]
抗がん作用
チリ産アワビConcholepas concholepasの血液に含まれるヘモシアニンは、マウスモデルにおいて膀胱がんに対する免疫療法効果があります。膀胱腫瘍（MBT-2）細胞を移植する前にC. concholepasでプライミングしたマウスでは、 C. concholepasヘモシアニンで治療したマウスは抗腫瘍効果を示し、生存期間の延長、腫瘍の増殖と発生率の低下、毒性作用の欠如が見られ、将来的には表在性膀胱がんの免疫療法に使用できる可能性があります。[25]
キーホール・リンペット・ヘモシアニン（KLH）は、海洋軟体動物メガトゥラ・クレヌラータの循環糖タンパク質から得られる免疫刺激剤です。KLHは、体外で投与された場合、乳がん、膵臓がん、前立腺がん細胞の増殖に対する重要な治療薬であることが示されています。キーホール・リンペット・ヘモシアニンは、アポプシスおよび非アポプシスの両方の細胞死メカニズムを通じて、ヒトのバレット食道がんの増殖を阻害します。[26]
ケーススタディ: ヘモシアニン濃度に対する環境の影響
2003 年に行われた、バナメイ白エビの血液代謝物とヘモシアニンの養殖条件の影響に関する研究では、ヘモシアニン、特にオキシヘモシアニンのレベルが餌によって影響を受けることがわかった。この研究では、市販の餌を与えた屋内池で飼育された白エビの血液中のオキシヘモシアニン レベルと、より入手しやすいタンパク質源 (天然の生き餌) を与えた屋外池で飼育された白エビの血液中のオキシヘモシアニン レベルを比較した。屋外池で飼育されたエビの方が、オキシヘモシアニンと血糖値が高くなっていた。また、カニ、ロブスター、屋内エビなど活動レベルの低い種では、屋外エビに比べて血液代謝物レベルが低い傾向があることもわかった。この相関関係は、甲殻類の形態学的および生理学的進化を示している可能性がある。これらの血液タンパク質と代謝物のレベルは、エネルギー需要とそれらのエネルギー源の利用可能性に依存しているようです。[27]
参照
参考文献
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さらに読む
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外部リンク
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