Miedź dla życia: hemocyjanina

Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym, który ma kluczowe znaczenie dla zdrowia wszystkich żywych istot. W organizmie ślimaków do transportu tlenu służą atomy miedzi, podobnie jak w organizmie ludzkim – atomy żelaza.

Hemocyjanina

Krew kręgowców jest czerwona. Ten kolor nadają jej cząsteczki hemoglobiny znajdujące się w czerwonych krwinkach (erytrocytach). Hemoglobina rozprowadza tlen w tkankach całego ciała, wykorzystując atomy żelaza do wiązania, a następnie uwalniania tlenu.

Niektóre bezkręgowce wykorzystują do transportu tlenu w swoich organizmach cząsteczki hemocyjaniny, zawierającej atomy miedzi zamiast żelaza. Ślimaki, homary i pająki mają niebieską krew (prawidłowo nazywaną hemolimfą). Kolor ten pochodzi od atomów miedzi obecnych w cząsteczce hemolimfy, która staje się niebieska kiedy przenosi atom tlenu. W tych organizmach tlen nie jest wiązany w krwinkach lecz jest rozpuszczony w bezpośrednio w hemolimfie.

Hemocyjanina, podobnie jak hemoglobina i chlorofil w roślinach zielonych, jest metaloproteiną. Jest to białko, które zawiera atomy metalu. Przyroda dostarcza wielu przykładów metaloprotein. W rzeczywistości, metale były niezbędne do ewolucji wszystkich form żywych organizmów, roślinnych i zwierzęcych.

Cząsteczka hemocyjaniny zawiera dwa atomy miedzi, które wiążą jedną cząsteczkę tlenu O2 i w razie potrzeby uwalniają ją. Hemocyjanina ma barwę niebieskawo-fioletową gdy przenosi cząsteczkę tlenu, jak to jest widoczne pod pancerzem kraba z gatunku Cancer productus. Gdy hemocyjanina uwalnia tlen, staje się bezbarwna.

Hemocyjanina w medycynie
Chociaż hemocyjanina pochodzi z gatunków różniących się od ludzi (tak dalece, jak tylko można to sobie wyobrazić), nie jest dla ludzi szkodliwa. Jeden z rodzajów hemocyjaniny jest używany jako nośnik szczepionek, a także w badaniach nad ludzkim układem immunologicznym i rakiem. Wytworzenie jej molekuły w laboratorium nie jest możliwe; jest zbyt duża i złożona. Jedynym źródłem tego rodzaju hemocyjaniny jest izolowanie jej z mięczaka morskiego Megathura crenulata. Molekuła ta jest znana pod nazwą hemocyjaniny KL (KLH).

Mięczak morski Megathura crenulata występuje jedynie wzdłuż wybrzeża Pacyfiku od Kalifornii do Meksyku. Jest on tak cenny dla medycyny, że obecnie powstał nowy przemysł jego hodowli wodnej, mający zapewnić wystarczającą wielkość produkcji z zachowaniem wysokiej czystości.

Hemocyjanina KLH jest pozyskiwana z mięczaków bez ich zabijania. Są zbyt cennym i rzadkim zasobem by je marnować!

Ślimaki nagie wykorzystują miedź do transportu tlenu. (Wikimedia Commons)
Natleniona hemocyjanina kraba z gatunku Cancer productus. (Wikimedia Commons)
Mięczaki Megathura crenulata są hodowane w Kalifornii. (Dzięki uprzejmości Stellar Biotechnologies)

Pytania

1. Jak nazywają się białka zawierające atomy metalu?
2. Jakiego metalu atomy zawiera hemoglobina?
3. Jakiego metalu atomy zawiera hemocyjanina?
4. Jakie molekuły przenosi hemocyjanina w organizmach ślimaków nagich i mięczaków?
5.
Jak się nazywa odpowiednik krwi u bezkręgowców, takich jak ślimaki, kraby i mięczaki?
6. Kiedy hemocyjanina przyłącza atom tlenu, mówimy że jest natleniona. Jaki jest kolor natlenionej hemocyjaniny?
7. Z jakiego zwierzęcia pochodzi hemocyjanina KLH?
8. Jakie są medyczne zastosowania hemocyjaniny KLH?

Odpowiedzi

1. Jak nazywają się białka zawierające atomy metalu?
Metaloproteiny.

2. Jakiego metalu atomy zawiera hemoglobina?
Atomy żelaza.

3. Jakiego metalu atomy zawiera hemocyjanina?
Atomy miedzi.

4. Jakie molekuły przenosi hemocyjanina w organizmach ślimaków nagich i mięczaków?
Cząsteczki tlenu.

5. Jak się nazywa odpowiednik krwi u bezkręgowców, takich jak ślimaki, kraby i mięczaki?
Hemolimfa.

6. Kiedy hemocyjanina przyłącza atom tlenu, mówimy że jest natleniona. Jaki jest kolor natlenionej hemocyjaniny?
Niebieskawo-fioletowy.

7. Z jakiego zwierzęcia pochodzi hemocyjanina KLH?
Z mięczaka morskiego Megathura crenulata.

8. Jakie są medyczne zastosowania hemocyjaniny KLH?
Hemocyjanina KLH jest używana jako nośnik szczepionek, a także w badaniach nad ludzkim układem immunologicznym i rakiem.