生物:血蓝素的功能是什么?

核心提示载氧功能血蓝蛋白是以一价铜离子作为辅基的蛋白质。它存在于软体动物(如章鱼、乌贼、蜗牛等)和节足动物(如螃蟹、虾、蜘蛛等)的血液里。血蓝蛋白的生理功能是输氧。氧合血蓝蛋白的铜是Cu(Ⅱ)并呈蓝色,在347?nm附近有吸收峰,这是由扭曲四面体场

载氧功能血蓝蛋白是以一价铜离子作为辅基的蛋白质。它存在于软体动物(如章鱼、乌贼、蜗牛等)和节足动物(如螃蟹、虾、蜘蛛等)的血液里。血蓝蛋白的生理功能是输氧。氧合血蓝蛋白的铜是Cu(Ⅱ)并呈蓝色,在347?nm附近有吸收峰,这是由扭曲四面体场中的d­d跃进产生的。脱氧血蓝蛋白呈无色。X射线衍射技术大大增加了人们对血蓝蛋白的认识。虽然目前仍未测出软体血蓝蛋白的晶体结构,但为节肢动物血蓝蛋白的晶体结构分析提供了血蓝蛋白分子活性部位的结构信息。龙虾血蓝蛋白亚单位由3个结构区域组成。区域Ⅰ为蛋白的前175个氨基酸残基组,有大量的α螺旋二级结构;区域Ⅱ大部分也为α螺旋二级结构,由225个氨基酸残基(176个~400个)和作氧分子键合部位的双铜离子组成;剩余的258个氨基酸残基(401个~658个)构成区域Ⅲ,并且类似于如超氧化物歧化酶等其他蛋白的β折叠二级结构。在区域Ⅱ的双铜活性中心中,每个铜离子与3个组氨酸残基的咪唑氮配位。未氧合时,2个铜离子相距约46?pm,相互作用很弱,没有发现2个铜离子之间存在着蛋白质本身提供的桥基。此时,每个铜离子与3个组氨酸残基咪唑氮的配位基本上是三角形几何构型。氧合后,Cu(Ⅱ)为四配位或五配位,两个铜离子与两个氧原子(过氧阴离子)和6个组氨酸残基中最靠近铜离子的4个组氨基酸残基咪唑氮强配位。此时,在一个近似的平面上,每个铜离子呈平面正方形几何构型,这是Cu(Ⅱ)最有利的配位状况。氧分子以过氧桥形式在连接两个Cu(Ⅱ),两个Cu(Ⅱ)相距约36?pm。化学家对合成血蓝蛋白的模型化合物颇感兴趣。1978年Simmons?M?G和Wilson?L?J合成了以咪唑作为配体的Cu(Ⅰ)配合物,在室温下无论是溶液或固体都能可逆载氧。用2,6­二乙酰基吡啶与组胺缩合,得到配体2,6­[1­(2­咪唑­4­亚乙基亚氨基)乙基]吡啶,然后在氮气保护下加入[Cu(Ⅰ)(MeCN)4](ClO4)得到暗红色的[Cu(Ⅰ)](ClO4)配合物。该配合物在溶液中以单体形式存在。Cu(Ⅰ)离子的配位数为5。在室温下露置于空气中,溶液迅速从红色变为绿色,约2?min后反应完全,每2?mol?Cu(Ⅰ)吸收1?mol?O2。如果把载氧后的溶液温热至40?℃左右并用氮气赶跑气体,或在减压下搅拌溶液,很容易发生放氧逆反应,溶液恢复原来的红色。如此重复实验证实它能可逆载氧。据此推测可能存在下列反应LCuⅠ?+?O2LCuⅡO?LCuⅡO?+?CuILLCuⅡO?CuⅡL抗病毒作用

血蓝蛋白具有非特异性抗病毒作用。应用亲和层析从斑节对虾(Penaeus?monodon)血清中分离出2种能与白斑杆状病毒(White?spot?syndrome?virus?,WSSV)和虹彩病毒(Singapore?grouper?irido?virus,SGⅣ)结合的多肽,分子质量分别为73?ku和75?ku,经质谱分析鉴定为血蓝蛋白,将血蓝蛋白和病毒混合后添加到细胞培养液,培养3?d后发现细胞只受到较轻微的破损。而不含血蓝蛋白的对照组细胞则完全裂解。如果延长培养时间,试验组细胞也相继裂解。随后选用6种DNA?或RNA病毒(SGⅣ、FV3、LDV、ThRV、ABV和IPNV)进行分析,结果发现其半抑制浓度(Semi­inhibitory?concentration,ECs)约为4.56?mg/L~6.64?mg/L。这些结果表明,血蓝蛋白在低浓度时是潜在的病毒抑制物,但血蓝蛋白不能完全抑制病毒的复制。研究发现血蓝蛋白的两个亚基在免疫功能上有很大差异,Lei?K?Y等报道,血蓝蛋白的两个分子质量73?ku和75?ku的亚基,只有75?ku的PjHcL亚基具有抗病毒功能,PjHcY亚基不具有抗病毒功能,它意味着这两个血亚基可能起不同的角色。从序列和结构的比较发现,尽管这两个亚基是高度保守的,它们表现出一定的差异在N端域和C端域。比对两个亚基的氨基酸结构发现,在铜离子结合位点及第2功能区两个亚基结构完全相同,只有在第3功能区PjHcL亚基和PjHcY亚基的氨基酸α、β构型不同。Lei等采用RT­PCR技术精确验证了这一结果,并且发现了两个亚基的不同免疫功能,为以后研究血蓝蛋白的免疫学功能提供了更明确的依据。总之,血蓝蛋白的免疫防御功能是近年来无脊椎动物免疫学领域的最新发现,在免疫反应中,仅可表现出酚氧化酶的功能,而且可裂解产生不同分子质量大小的抗菌片段以抵御病原的入侵。虽然其免疫机理目前尚不十分明确,但随着无脊椎动物上的演变相信其确实情况必将阐明。

凝集作用近年来国内外研究表明,血蓝蛋白及其裂解片段具有多种免疫功能。章跃陵以采自汕头的南美白对虾为研究对象,采用亲和层析、PAGE、SDS­PAGE、Western?blot、血细胞凝集试验和糖抑制试验等方法探索南美白对虾血蓝蛋白的血细胞凝集活性。结果发现,血蓝蛋白对试验所选用的鱼、鸡、鼠和人等4种红细胞均具有显著的血细胞凝集活性,凝集活性大小为5?mg/L~10?mg/L,而且其凝集反应可被α­半乳糖、α­D葡萄糖、甘露醇和N­乙酰神经氨酸等4种糖所显著抑制。不过,与一般的凝集素相比,血蓝蛋白的凝集活性大概低1个~2个数量级,它在虾血清中含量上的丰富也许可以弥补其凝集活性上的不足。既往研究中,发现血蓝蛋白蛋白斑点的肽质量谱峰值可以与流感病毒的血凝素相匹配,其序列覆盖率为37%。由此推测,血蓝蛋白确实具有血细胞凝集活性,这对进一步研究血蓝蛋白的免疫学功能具有重要意义。研究证实,血蓝蛋白可能由酚氧化酶进化而来,酚氧化酶级联系统的激活又与甲壳动物体内凝血蛋白的凝血机制紧密相关。研究发现血蓝蛋白也具有凝集活性。这些研究结果提示,血蓝蛋白、酚氧化酶及凝血蛋白可能是由同一蛋白进化而来,而血蓝蛋白这一多功能分子却保留了它们全部的免疫学功能

抗菌作用血蓝蛋白裂解产生的抗微生物肽与对虾的免疫反应有关。近来又在大西洋白对虾和凡纳对虾的血淋巴中分离到3种带负电荷的抗真菌活性肽类,与血蓝蛋白C端序列的一致性达95%~100%。当对虾被感染后,血淋巴中这种血蓝蛋白C端序列的活性肽浓度升高,这表明血蓝蛋白的裂解是由生物学信号引起的。Lee?S?Y等从淡水螯虾血浆中得到一种由16个氨基组成的抗菌肽,能抑制G+和G-细菌的生长。这种抗菌肽是血蓝蛋白在酸性条件下经蛋白酶剪切产生。注射脂多糖和葡聚糖可促进血蓝蛋白产生和释放这种肽。这说明抗微生物肽可以被诱导、释放和激活,从而在肌体的免疫防御中起作用。Zhang?Y?L等还在凡纳对虾血清中分离到一种能与羊抗人IgG特异性反应的IgG样蛋白,经检测为血蓝蛋白。研究发现,除铜结合位点外,在此血蓝蛋白的C端还存在一个由252个氨基酸组成的似Ig的保守区域。此外,还在血蓝蛋白和Ig的重链和k链分别发现4个和1个相似保守区域。很有可能这些相似Ig的保守区域赋予了甲壳动物呼吸色素新的功能,使其更好地发挥抗微生物作用。虽然到目前为止,血蓝蛋白的加工机制还不十分清楚,但它们在甲壳动物免疫系统中所起的作用不容忽视,因此进行深入细致的研究,搞清楚其免疫机制,对于甲壳类经济动物的疾病控制是至关重要的。近年来,随着血蓝蛋白多种功能的不断发现,特别是免疫活性的发现,血蓝蛋白的功能、作用机理、进化地位已经引起各国学者的浓厚兴趣。进一步研究血蓝蛋白功能对于丰富和发展无脊椎动物,特别是甲壳类动物生理生化和免疫系统的基础研究,探索免疫这些结果表明,血蓝蛋白具有广谱抗细菌、真菌、病毒功能及独特的作用机理,有可能成为抗菌、抗病毒及抗肿瘤药物的新来源。中国是海洋大国,开发和利用海洋动物血蓝蛋白资源,将为研制抗菌新药提供理想分子设计骨架和模板,为发展新的抗感染药物奠定重要基础。此外,虾类血蓝蛋白的研究加深了人们对低等脊椎动物免疫防御机制的认识,为日益严重的虾类病害防治开辟了崭新的途径。同时,随着虾类转基因技术的发展,人们有可能通过转血蓝蛋白基因获得抗病新品种。可以相信,随着研究的不断深入,虾类血蓝蛋白将对世界水产渔业的可持续发展起到重要的

明清时期水产类著作,主要有专业的鱼类著作和综合性著作两大类?鱼类方面有《种鱼经》?《异鱼图赞》?《异鱼图赞补》?《鱼品》和《江南鱼鲜品》等?兼及其他水生动物的综合性著作有《闽中海错疏》?《记海错》?《海错百一录》等?

明清时期鱼类专书中,以明代学者黄省曾的《种鱼经》较早,其中对《陶朱公养鱼经》的鱼池设计做了进一步补充和改进:在鱼池中做岛,环岛植树,颇有人工生态系统意味?书中分列18种淡水鱼类如鲟鳇?鳓鱼?石首?银鱼?鲫鱼等加以记述?

稍后,有明代文学家杨慎撰?明末清初官员胡世安补的《异鱼图赞》?《异鱼图赞补》和《异鱼图赞闰集》,特点是以韵文形式写作,语言十分简练?

《闽中海错疏》成书于1596年?是明代记述我国福建沿海各种水产动物形态?生活环境?生活习性和分布的著作?对近代生物学研究和海洋水产资源的开发有一定参考价值?

全书分上?中?下三卷?上?中卷为鳞部,下卷为介部?共记载福建海产动物200多种,包括少数淡水种类?

以海产经济鱼类为主,计有80多种,其中包括著名的海产品大黄鱼?小黄鱼?带鱼?乌贼?对虾和蟹等,分属于20目40科?此外,还有腔肠动物?软体动物?节肢动物?两栖动物及哺乳动物?

这部著作根据动物生物学特性,将它们分成许多群,在大群中还有小群,从而体现了彼此的亲缘关系,发展了自然分类体系?

《四库提要》评论这本书说:“辨别各类,一览了然,有益于多识,考地产者所不废?”是非常有见地的?

屠本畯另著《海味索引》列16品为:蚶子颂?江瑶柱赞?子蟹解?砺房赞?淡菜铭?土铁歌?颂?蛤有多种?黄蛤赞?鲎笺?团鱼说?醉蟹赞?蝗鱼鲞鱼铭?青鲫歌?蛏赞?鱼颂?

作者以颂?赞?歌?说?笺等多种文学形式,表述了水产动物的名称?形态?种类?性味?产地和用途多方面的知识,也很有特色?

屠本畯做学问重视调查研究,不以辑录古籍资料为主?因而他描述的动植物,多数都能够说明其形态?生活习性等,使读者能辨认其种类?

《四库全书提要》说它“辨别名类,一目了然,颇有益于多识”,这一评价是公允的?他以亲自观察?调查为重点,取得直接的实物资料,故能辨别前人对动植物认识的谬误,不以讹传讹?

此外,他对前人的经验和知识颇为尊重,在《闽中海错疏》等著作中,引用了许多前人有关动植物知识的文献,但他在吸取前人科学知识时是审慎的?总之,屠本畯在生物学史上占有重要的地位?

继《闽中海错疏》问世之后,清代经学兼博物学家郝懿行著有《记海错》一卷,追记所见海产动物40余种,包括海带一种?特点是注意考证,文笔精炼?

比如记“望潮”:“海蠕间泥孔漏穿,平望弥目,穴边有一小蟹,跂脚昂头,侧身遥睇,见人欻入?”于海天泥沙生境中记海蟹形态活动历历如绘,生意盎然,令人神往?再如记“海盘缠”:大者如扇,中央圆平,旁作五齿歧出,每齿腹下皆作深沟;齿旁有髯,小虫误入其沟,便做五齿反张,合界其髯,夹取吞之?既乏肠胃,纯骨无肉?背深蓝色,杂赪以点……

在郝懿行稍后,清代水利学家郭柏苍根据自己数十年在海滨的亲见,加上采询老渔民的经验,还证之古籍,于1886年写有《海错百一录》5卷?

此书卷1?卷2记渔,写捕鱼工具及捕鱼方法,两卷共记鱼174种?

卷3记介?壳石121种?卷4记虫30种,另附记海洋植物24种,补充和丰富清代以前诸书的内容,所记多为实际观察记录,采用民间资料也较多?

卷5记海鸟?海兽?海草?堪称一部海洋生物全志?比如记鲨,首先列举“其皮如沙,背上有鬣,腹下有翅,胎生”的特点,然后根据身体大小?头部尾部特点?体纹体色等加以区分?

记有海鲨?胡鲨?鲛鲨?剑鲨?虎鲨?黄鲨?时鲨?帽纱鲨?吹鲨?秦王鲨?乌翅鲨?双髻鲨?圆头鲨?犁头鲨?鼠鯃鲨?蛤婆鲨?泥鳅鲨?龙文鲨?扁鲨?乌鲨?黄鲨?白鲨?淡鲨?乞食鲨等?

综上可见,我国海域宽广?河湖众多,水生动物产量和饲养量均位世界前列,尤其是鱼文化源远流长?一些淡水鱼类饲养和海洋鱼类捕捞的生物学原理和方法,在世界文化史上呈奇光异彩?

 
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