Fykocyanin
Fykocyanin (FC) je modrý fotosyntetický protein-pigmentový komplex, patřící do rodiny fykobiliproteinů. Kromě fykocyaninu do této rodiny řadíme také fykoerytrin a allofykocyanin. Jedná se o ve vodě rozpustnou látku, která není toxická a má zářivě modrou barvu, což z ní činí cenný produkt pro potravinářský, kosmetický a farmaceutický průmysl.[1] Nachází se především v sinicích (cyanobakteriích), jako je Arthrospira platensis (známá jako spirulina), a také v některých červených řasách (Rhodophyta), glaukofytech a kryptomonádách.[2]
Struktura a vlastnosti
[editovat | editovat zdroj]Základní stavební jednotkou FC je heterodimerní monomer, který je tvořen dvěma polypeptidovými řetězci - podjednotka alfa (α) a beta (β).[3] Molekulová hmotnost podjednotky α se pohybuje okolo 17,2 kDa, zatímco podjednotka β má molekulovou hmotnost přibližně 18,1 kDa.[4]
Funkci zachytávání světla zajišťují chromofory zvané fykocyanobiliny, lineární tetrapyroly kovalentně vázané thioetherovou vazbou na cysteinové zbytky proteinové kostry. Rentgenová krystalografická analýza FC z termofilní sinice Thermoleptolyngbya sp. odhalila, že podjednotka α nese jeden fykocyanobilin na pozici Cys84, zatímco podjednotka β váže dva fykocyanobiliny na pozicích Cys82/84 a Cys153/155.[5][6] Jiné studie naznačují i vazbu na methionin Met86 u β-podjednotky.[3]
V přirozeném prostředí FC tvoří monomery, které se sdružují do prstencových trimerů (αβ)3 a ty se následně spojují do hexamerů (αβ)6. Uspořádání do hexameru je nezbytné k tomu, aby chromofor absorboval světlo na správné vlnové délce.[6] Kromě hexamerů byla u termofilní sinice Thermoleptolyngbya sp. O-77 popsána i unikátní struktura oktameru (αβ)8, který vzniká skládáním dimerů (αβ)2 a má větší vnitřní průměr než hexamer. Studie ukazují, že hexamerní forma je energeticky stabilnější, což vysvětluje její dominanci v přírodě.[5]
Spektrální vlastnosti
[editovat | editovat zdroj]FC silně absorbuje světlo ve viditelné oblasti elektromagnetického spektra, přičemž jeho absorpční maximum se nachází mezi 610 a 625 nm.[7] Absorpční vlastnosti jsou navíc závislé na strukturálním uspořádání proteinu - například formace hexamerů způsobuje posun absorpce k delším vlnovým délkám (červený posun), což je nezbytné pro efektivní přenos energie v rámci fotosyntetického systému.[6] Kromě schopnosti absorpce je pro něj charakteristická také výrazná fluorescence s vysokým kvantovým výtěžkem v oblasti kolem 640 nm.[8]
Stabilita
[editovat | editovat zdroj]FC je vysoce citlivý na vnější vlivy, zejména na teplotu a pH, což často omezuje jeho průmyslové využití. Optimální podmínky pro zachování jeho stability a modré barvy jsou v rozmezí pH 5,5 až 6 a teplota nižší než 45 °C. Při překročení těchto podmínek dochází k rychlé denaturaci a srážení proteinu. Degradaci FC rovněž způsobuje vystavení světlu v závislosti na dávce záření, proto je nejvhodnější skladování ve tmě. Pro zlepšení stability se využívají konzervační látky, jako jsou cukry (glukóza, sacharóza), kyselina citronová nebo chlorid sodný, případně enkapsulace do nanočástic či mikrokapsulí.[9]
Biotechnologická produkce a izolace
[editovat | editovat zdroj]
Hlavním komerčním zdrojem FC je Arthrospira platensis (spirulina), která se pro tyto účely kultivuje v otevřených nádržích nebo ve fotobioreaktorech.[8][10] Produkce je závislá na kultivačních podmínkách, přičemž klíčovými faktory ovlivňujícími obsah fykobiliproteinů v biomase jsou dostupnost dusíku a intenzita osvětlení.[7] Jako perspektivní průmyslový zdroj se také jeví acidofilní Galdieria sulphuraria, kterou lze kultivovat heterotrofně ve tmě, což umožňuje dosáhnout vysoké produkce biomasy.[1][8]
Proces získávání FC začíná extrakcí, při které je nutné rozrušit odolné buněčné stěny pomocí fyzikálních metod, jako je opakované zmrazování a rozmrazování, sonikace nebo homogenizace za vysokého tlaku.[7] Získaný surový extrakt se následně čistí v několika krocích, které nejčastěji zahrnují srážení síranem amonným následované dialýzou a chromatografickými technikami (iontově výměnná nebo gelová chromatografie).[1] Výsledná čistota produktu, tedy index čistoty definující použití FC, se určuje poměrem absorbance FC při 620 nm a absorbance při 280 nm, která odpovídá absorbanci aromatických aminokyselin, z níž lze pomocí Lambert-Beerova zákona určit koncentraci veškerých proteinů v produktu.[8][10]
| Oblast aplikace | Index čistoty (A620/A280) |
|---|---|
| Potravinářství | > 0,7 |
| Kosmetika | > 1,5 |
| Biomedicínský výzkum a diagnostika | > 3,9 až 4,0 |
Využití
[editovat | editovat zdroj]Díky své zdravotní nezávadnosti a intenzivní barvě se FC hojně využívá v potravinářství jako přírodní modré barvivo pro cukrovinky, mléčné výrobky či zmrzliny. Významnou roli hraje také v kosmetickém průmyslu, kde se přidává do krémů, masek a gelů především díky svým antioxidačním a detoxikačním vlastnostem. Ve farmaceutickém průmyslu je intenzivně zkoumán pro svůj terapeutický potenciál, který zahrnuje protizánětlivé, antioxidační a protinádorové účinky, přičemž studie naznačují jeho schopnost indukovat apoptózu u rakovinných buněk. V oblasti laboratorní diagnostiky plní fykocyanin klíčovou roli jako fluorescenční marker, který umožňuje vysoce citlivou detekci v imunologických testech.[9]
Odkazy
[editovat | editovat zdroj]Reference
[editovat | editovat zdroj]- 1 2 3 FERNANDES, Raquel; CAMPOS, Joana; SERRA, Mónica. Exploring the Benefits of Phycocyanin: From Spirulina Cultivation to Its Widespread Applications. Pharmaceuticals. 2023-04-14, roč. 16, čís. 4, s. 592. Dostupné online [cit. 2025-12-10]. ISSN 1424-8247. doi:10.3390/ph16040592. PMID 37111349. (anglicky)
- ↑ CHINI ZITTELLI, Graziella; LAUCERI, Rosaria; FARALONI, Cecilia. Valuable pigments from microalgae: phycobiliproteins, primary carotenoids, and fucoxanthin. Photochemical & Photobiological Sciences. 2023-08-01, roč. 22, čís. 8, s. 1733–1789. Dostupné online [cit. 2025-12-10]. ISSN 1474-9092. doi:10.1007/s43630-023-00407-3. (anglicky)
- 1 2 LI, Yangjing; WANG, Zhicong; LIU, Hanxiong. Controlled ionic-induced self-assembly of phycocyanin: Structure, binding mechanism, and molecular dynamics simulation. Food Chemistry. 2025-06-15, roč. 477, s. 143603. Dostupné online [cit. 2025-12-12]. ISSN 0308-8146. doi:10.1016/j.foodchem.2025.143603.
- ↑ UniProt. UniProt [online]. [cit. 2025-12-12]. Dostupné online. (anglicky)
- 1 2 MINATO, Takuo; TERAMOTO, Takamasa; ADACHI, Naruhiko. Non-conventional octameric structure of C-phycocyanin. Communications Biology. 2021-10-29, roč. 4, čís. 1, s. 1238. Dostupné online [cit. 2025-12-12]. ISSN 2399-3642. doi:10.1038/s42003-021-02767-x. PMID 34716405. (anglicky)
- 1 2 3 KIKUCHI, Hiroto. Functional roles of the hexamer structure of C‐phycocyanin revealed by calculation of absorption wavelength. FEBS Open Bio. 2021-01, roč. 11, čís. 1, s. 164–172. Dostupné online [cit. 2025-12-12]. ISSN 2211-5463. doi:10.1002/2211-5463.13038. PMID 33190413. (anglicky)
- 1 2 3 PAGELS, Fernando; GUEDES, A. Catarina; AMARO, Helena M. Phycobiliproteins from cyanobacteria: Chemistry and biotechnological applications. Biotechnology Advances. 2019-05-01, roč. 37, čís. 3, s. 422–443. Dostupné online [cit. 2025-12-15]. ISSN 0734-9750. doi:10.1016/j.biotechadv.2019.02.010.
- 1 2 3 4 ERIKSEN, Niels T. Production of phycocyanin—a pigment with applications in biology, biotechnology, foods and medicine. Applied Microbiology and Biotechnology. 2008-08, roč. 80, čís. 1, s. 1–14. Dostupné online [cit. 2025-12-15]. ISSN 0175-7598. doi:10.1007/s00253-008-1542-y. (anglicky)
- 1 2 ADJALI, Aïda; CLAROT, Igor; CHEN, Zilin. Physicochemical degradation of phycocyanin and means to improve its stability: A short review. Journal of Pharmaceutical Analysis. 2022-06-01, roč. 12, čís. 3, s. 406–414. Dostupné online [cit. 2025-12-15]. ISSN 2095-1779. doi:10.1016/j.jpha.2021.12.005. PMID 35811624.
- 1 2 YU, Zengyu; ZHAO, Weiyang; SUN, Han. Phycocyanin from microalgae: A comprehensive review covering microalgal culture, phycocyanin sources and stability. Food Research International. 2024-06-01, roč. 186, s. 114362. Dostupné online [cit. 2025-12-15]. ISSN 0963-9969. doi:10.1016/j.foodres.2024.114362.
