Könnte ein Organismus mehrere Sauerstofftransportproteine ​​haben?

Kann ein Organismus mehrere Arten von Sauerstoffträgern in seinem Blut haben?

Beachten Sie, dass ich nicht frage, wie sich die Kreatur entwickelt haben könnte, das ist zu viel Sci-Fy, Gentechnik oder die Evolution von Deus Ex Machina passt gut.

Die Idee, mehrere Arten von Sauerstoffträgern zu verwenden, besteht darin, in sehr unterschiedlichen Umgebungen überleben zu können (die letzte Substanz ist nicht sehr wichtig, wenn sie Probleme verursacht):

  • Hämoglobin : Standardträger. Enthält Eisen. Am effizientesten für normale Zwecke.
  • Hemerythrin : Enthält Eisen. Kann auch mit Cadmium hergestellt werden. Üblicherweise fehlt es an kooperativer Bindung, was bedeutet, dass es nur 1/4 des von Hämoglobin transportierten O 2 transportieren kann (bei einigen Brachiopoden tut es das).
    Die Affinität von Hemerythrin zu CO ist geringer als seine Affinität zu O 2 , im Gegensatz zu Hämoglobin, das eine sehr hohe Affinität zu CO hat, dh gegenüber einer CO-Vergiftung resistent ist.
    Jüngste Erkenntnisse haben gezeigt, dass Hemerythrin ein multifunktionales Protein ist, das zur angeborenen Immunität und Regeneration des vorderen Gewebes bei Würmern beiträgt.
  • Hämocyanin . Enthält Kupfer, was bedeutet, dass es kein Eisen benötigt.
    Fehlende kooperative Bindung, was bedeutet, dass es nur 1/4 des von Hämoglobin getragenen O 2 trägt (in einigen Hämocyaninen von Pfeilschwanzkrebsen und einigen anderen Arten von Arthropoden wird kooperative Bindung beobachtet). Allerdings verliert es in kalten Umgebungen mit niedrigem Sauerstoffdruck nicht an Effizienz wie Hämoglobin. Darüber hinaus hält es erhöhten Temperaturen von bis zu 90 Grad Celsius stand.
    Das Hämocyanin-Sauerstoffbindungsprofil wird auch durch die Gehalte an gelösten Salzionen und den pH-Wert beeinflusst.
    Es wird angenommen, dass es die Auswirkungen von Krebs verringert.
  • Vanabine : Enthält Vanadium oder andere seltene Mineralien. Sind sehr schlecht für den Sauerstofftransport, aber für viele Fressfeinde, Parasiten und Mikroorganismen giftig.

Die Frage ist, ob es einem Organismus möglich sein könnte, all diese Substanzen zu haben, oder würden sie Probleme zwischen ihnen hervorrufen? Wenn das stimmt, könnte derselbe Organismus alle diese Substanzen haben, aber nicht gleichzeitig (dh er ändert seine Substanz entsprechend der Umgebung)?

Ich bin mir der Probleme zwischen Proteinen nicht bewusst, aber wollen Sie, dass sie tatsächlich auf einmal funktionieren?
@Alexander, wenn es nicht möglich ist, spielt es keine Rolle, die Kreatur könnte je nach Umgebung wechseln .
Hämoglobin ist nicht „aus“ Eisen und Hämocyanierung ist nicht „aus“ Kupfer. Sie sind Metalloproteine , die Eisen bzw. Kupfer enthalten .
@AlexP, ich weiß, aber da sie Eisen / Kupfer enthalten , ist es einfacher zu verstehen, als wären sie aus Eisen / Kupfer.

Antworten (3)

Wir haben zwei verschiedene Sauerstoffträger in unserem Blut.

Menschen verwenden Hämoglobin F in utero. Dieser Sauerstoffträger wird herunterreguliert, wenn wir geboren werden, und Hämoglobin A wird hochreguliert, um seinen Platz einzunehmen.

So auch Ihre Kreatur mit ihren verschiedenen spezialisierten Trägern. Vermutlich besetzt es je nach Lebenszyklus oder Umständen verschiedene Arten von Sauerstoffversorgungsnischen. Mit unterschiedlichen Sauerstoffträgern kann es sinnvoll sein hoch- und runterzuregulieren.

Ich kann mir keinen Grund vorstellen, warum ein Träger unbedingt einen anderen stören sollte. Ihre Nischen sind getrennt. Wenn Sie einen speziellen sauerstoffbegeisterten Träger hätten, der geeignet ist, es in anoxischen Umgebungen zu ertragen, aber dann in eine Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt gelangten, wäre der anoxische Träger einfach mit Sauerstoff gesättigt und würde so herumhängen, bis er frei ist. Ihr sauerstoffreicher Träger mit geringer Avidität würde online gehen, damit Sie Ihre schnelle sauerstoffhungrige Stoffwechselgymnastik durchführen können. Wenn Sie dann in anoxische Gebiete zurückkehren würden, würde der Träger mit geringer Avidität leer herumstehen und der anoxische Träger würde wieder ans Netz kommen, um Sie durchzubringen.

Ich denke, das klingt nach einem vernünftigen System. Es ist wahrscheinlicher, dass sich Permutationen eines einzelnen Trägers entwickeln würden als ein Haufen völlig getrennter Träger. Aber es gibt einen Präzedenzfall für die Aufnahme eines Sauerstoffträgers von einer völlig anderen Art - Hülsenfrüchte sind Pflanzen und sie haben Hämoglobin, das sie vor langer Zeit irgendwie von einem Tier geklaut haben. Deine Kreatur könnte ähnliche evolutionäre Spielereien angestellt haben.

Interessant. Ich wusste von Hämoglobin F und A, aber da beide Träger nur in ganz bestimmten Situationen (vorgeboren, nachgeboren) verwendet werden, war ich mir dessen nicht sicher. Ich weiß nicht warum, aber ich hatte eine Art schädliche Reaktion erwartet, als ich versuchte, verschiedene Sauerstoffträger zu kombinieren. Es ist gut, dass es nicht passiert. Wie auch immer, die Frage ist noch jung (3 Stunden), also sollte ich ein oder zwei Tage warten, bevor ich etwas unternehme.
@EnderLook In ihrer Rolle als Sauerstoffträger können sie nur kooperieren. In ihrer Rolle als Chemikalien jedoch ... Ich sage nicht, dass sie unbedingt chemische Konflikte haben würden, nur dass die Erhöhung der Chemikaliensuppe die Chancen auf unerwünschten Spaß erhöht. Aber Sie geben wahrscheinlich nicht die genauen Chemikalien an, also viel Raum für die Aussetzung des Unglaubens. Das heißt, sie könnten eine abstoßende Reaktion auf die eine oder andere Chemikalie haben, die sie nur dann merklich beeinträchtigt, wenn sie einen bestimmten Sauerstoffträger oder so etwas verwenden. Wirklich dramatisch wäre es aber wahrscheinlich nicht.
Ich habe einen sehr ähnlichen Mechanismus beim Design einer außerirdischen Kreatur im Sumpf verwendet, obwohl dort der Wechsel zu einem hohen Stoffwechselzustand und ein erhöhter O2-Verbrauch durch das Vorhandensein von kalorienreichem Aas ausgelöst wurde. Es produzierte die teureren und effektiveren Transportproteine ​​nur dann, wenn es sicher sein konnte, dass sich die Investition auszahlt.
+1 für "evolutionäre Spielereien" so gut erklärt

Das größte Problem wäre die Effizienz.

Im Allgemeinen würden Sie feststellen, dass nur der jeweils effizienteste Sauerstoffträger die Arbeit erledigen darf. Sauerstoffträger wirken, indem sie es energetisch vorteilhaft machen, die Sauerstoffe in einer sauerstoffreichen Umgebung wie der Lunge an das Molekül zu binden und sie später in sauerstoffärmeren Umgebungen im ganzen Körper freizusetzen. Wenn ich zwei Träger hätte und einer stärker gebunden wäre als der andere, würde es Sauerstoff vom schwächeren Träger abziehen. Das Ergebnis wäre, dass die schwächeren Träger im Allgemeinen einfach keinen Sauerstoff transportieren würden oder ihn nur in Zeiten des Luxus tragen würden, wenn viel Sauerstoff vorhanden ist.

Wenn die Kreatur jedoch viele Umgebungen bewohnt, ist es möglich, dass ein Träger in einer Umgebung vorteilhaft und einer in einer anderen von Vorteil ist. Zum Beispiel könnte man Hämoglobin für sein Lebensumfeld haben und Hämocyanin, um während der Jagd in kalten Jagdgründen zu funktionieren, wo Ihre Körpertemperatur außerhalb des Betriebsbereichs von Hämoglobin sinkt.

Der Nachteil ist natürlich Verschwendung. Rote Blutkörperchen machen etwa 40 Volumenprozent unseres Blutes aus. Wenn Sie mehrere redundante Träger hätten, müssten Sie noch mehr sauerstofftragende Zellen haben. Das könnte schwierig werden.

Dies setzt voraus, dass die verschiedenen Träger denselben Ort besetzen müssen, was nicht immer der Fall ist. Hämocyanin, der Träger in wirbellosen Meerestieren und vielen terrestrischen Arthropoden, existiert frei im Blutkreislauf (na ja, Hämolymphe) und nicht in Blutzellen wie Hämoglobin.
@ MarqFJA87 Ich denke, Sie hätten immer noch ein Problem, weil der Sauerstoff dieselbe Flüssigkeit durchlaufen muss, um von den Blutzellen zu den atmenden Zellen zu gelangen. Ich sollte Ihnen jedoch danken, weil Sie mich dazu gebracht haben, nachzuschlagen, wie Hämoglobin funktioniert, und wie alle Aspekte des Körpers ist es brillant. Die Struktur von Hämaglobin verschiebt sich, wenn es sich an Sauerstoff bindet, damit es mehr Sauerstoff binden möchte, und die Freisetzung von Sauerstoff (in einer Umgebung mit niedrigerem pH-Wert und hohem CO2-Gehalt) bewirkt, dass es mehr freisetzen möchte. Also statt der üblichen hyperbolischen Sättigungskurven, die wir von Absorptionsmitteln gewohnt sind...
... es hat eher eine sigmoide Kurve. Es ist besser darin, Sauerstoff aus der Luft zu ziehen, wenn er sich in der Lunge befindet, und es ist besser darin, ihn in die mit dem Körper verbundene Umgebung freizusetzen! Ich liebe dieses Zeug!

Ich sehe keine Probleme, wenn der Organismus in der Lage ist, mehr als einen zu synthetisieren, aber je nach den Umständen tatsächlich einen nach dem anderen synthetisiert.

Dh von Hämoglobin zu Hämocyanin wechseln, wenn entweder der Körper einen Eisenmangel hat oder er bei kalten Temperaturen lebt, wie im Winter.

Da jeder von ihnen einen anderen Wirkungsgrad hat, ist es sinnvoll, nur den für bestimmte Bedingungen geeignetsten zu verwenden. Alles andere wäre einfach eine schlechte Nutzung von Ressourcen, die für einen lebenden Organismus immer begrenzt sind.

Wenn Sie an unseren Körper denken, haben wir in unseren Augen bereits zwei Arten von Rezeptoren: einen für Tageslicht (bessere Auflösung, Farbunterscheidung), einen für schwaches Licht (keine Farbunterscheidung, höhere Empfindlichkeit), und wir verwenden jeden von ihnen in verschiedene Fälle.

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