C4182
Biochemie II
05-Funkce bílkovin, typické příklady
C- Transportní
FRVŠ 1647/2012
2/8/2013
1
Petr Zbořil

Transportní bílkoviny
•Různé typy bílkovin odlišné dle způsobu transportu
•Nepolární látky v polárním prostředí – krev apod.
oTransport na větší vzdálenosti
oVazba látky na bílkovinu – polární a nepolární oblasti
oKyslík – hemoglobin, myoglobin
oMastné kyseliny, lipidy apod.
•Polární látky v nepolárním prostředí – membrány
oSpeciální přenašečové systémy – speciální kapitola
2/8/2013
Footer Text
2

Transportní bílkoviny
•
•Nepolární látky v polárním prostředí
•Serový albumin
•Transport MK
o7 na molekulu
oAcyl obalen polárními úseky
oPřenos dalších látek – léčiva
o
•
•
2/8/2013
Footer Text
3

Serový albumin
•
2/8/2013
Footer Text
4

Transportní bílkoviny
•
•Nepolární látky v polárním prostředí
•Lipoproteiny
oKomplexní útvary, agregáty mnoha molekul
oRůzná struktura, složení, velikost apod.
•Transport lipidů
oCholesterol
oTuky aj. lipidy
oKarotenoidy apod.
oNepolární komponenty obaleny fosfolipidy a apoproteiny – orientce
•
•
2/8/2013
Footer Text
5

Lipoproteiny
•Schema lipoproteinu
2/8/2013
Footer Text
6

Transportní bílkoviny
•
•Nepolární látky v polárním prostředí
oPřenos kyslíku v krvi – nepolární – málo rozpustný
o
•Hemoglobin
o
•Jiné přenašeče
oMyoglobin – v cytoplasmě
oMonomerní
oBezobratlí aj.
o
•
2/8/2013
Footer Text
7

Struktura hemoglobinu (Hb)
•Funkční hemoglobin je tetramer složený ze
o- 2 podjednotek α (lehké řetězce, 141 aminokyselin) a
o- 2 podjednotek β (těžké řetězce, 146 aminokyselin)
o- symbolicky označujeme tento tetramer jako α2 β2
•Označuje se HbA (adult)
oev. HbA1 chceme-li odlišit od minoritního (2,5%) HbA2 o složení α2 δ2 rovněž se v organismu
vyskytujícího
•V každé podjednotce je vázán jeden hem jako prostetická skupina
okoordinační vazbou Fe2+ na zbytky His
opřímo na proximální His 93
ozprostředkovaně na distální His 64
•
2/8/2013
Footer Text
8

Struktura hemoglobinu (Hb)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Model Hb
ov řetězcích se dále rozlišují oblasti (ramena) A – H
o
•
2/8/2013
Footer Text
9

Struktura hemoglobinu (Hb)
•
•Prostetická skupina Hb
•Hem má Fe2+
•Oxidací na Fe2+ vzniká hemin
•a hemoglobin se mění na methemoglobin
o
•
2/8/2013
Footer Text
10

Funkce hemoglobinu
•Fe2+ je vázán 4 vazbami na porfyrinový kruh
•5. koordinační místo je obsazeno proximálním His 93
•Fysiologickým ligandem 6. koordinační místa je O2
ovázat se mohou i jiné ligandy
ovelmi pevně se váže CO (otrava svítiplynem, spalinami nedokonalého hoření apod.)
•Vazba je vratná a lze ji popsat rovnicemi
•          Hb + O2 = Hb.O2    ev.    Hb + CO = Hb.CO
•Hb nazýváme dexoyHb, Hb.O2 – oxyHb, Hb.CO – karbonylHb
oSpektrální rozlišení – stanovení
•
2/8/2013
Footer Text
11

Funkce hemoglobinu
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Formy a struktury Hb s různými ligandy. Povšimněte si vlivu obsazení 6. koordinačního místa
ligandem, kdy se Fe2+ přemisťuje do roviny porfyrinového kruhu. Vedle změn elektronové struktury
vidíme rovnici reakce mezi Hb, O2 a CO, hodnota K nás přesvědčí, že CO je mnohem pevněji vázán než
kyslík. Přesto lze otravě zabránit eliminací CO a zvýšeným přívodem kyslíku.
•
2/8/2013
Footer Text
12

Funkce hemoglobinu
•Fysiologickou funkcí Hb je přenos kyslíku v krvi (z plic ev. žaber do tkání)
•Stupeň nasycení Hb kyslíkem (tj. HbO2/(HbO2 + Hb)) závisí na jeho parciálním tlaku pO2 v okolním
prostředí – červená křivka (torr = 133 Pa)
•
•
2/8/2013
Footer Text
13

Alosterické chování Hb
•Hb se sytí kyslíkem v plicích, uvolňuje ho v tkáních
oProces je zefektivněn kooperativitou vazných míst pro kyslík (4 hemy v celém tetrameru).
oNavázáním první molekuly kyslíku na jeden hem dochází ke konformační změně způsobující zvýšení
afinity zbylých vazných míst pro kyslík – viz červená křivka.
oPokud k tomuto efektu nedochází (například u myoglobinu, který je monomerem), je přenos kyslíku
méně efektivní – viz modrá křivka.
•
2/8/2013
Footer Text
14

Alosterické chování Hb
•
•
•
•
•
•
•
•
•Základem tohoto efektu změna konformace vyvolaná vazbou kyslíku na Fe2+ jedné z podjednotek
•
2/8/2013
Footer Text
15

Alosterické chování Hb
•
•
•
•
•
•
•
•Schematické znázornění konformační změny vlivem vazby kyslíku na hem.
oFe2+ za sebou táhne His 93 a s ním celé raménko (úsek) F příslušného řetězce, které pak jako páka
způsobí konformační změnu celé molekuly hemoglobinu.
•
2/8/2013
Footer Text
16

Alosterické chování Hb
•
•
•
•
•
•
•
•
•Modely konformačních stavů T a R
oZměna se přenese na ostatní podjednotky. Molekula Hb přechází z tesnější konformace T (tense)
s nízkou afinitou ke kyslíku do uvolněné konformace R (relaxed) s vyšší afinitou. Toto chování je
jedním z typů allosterie.
•
2/8/2013
Footer Text
17

Alosterické chování Hb
•
•
•
•
•
•
•
•Zvýšení efektivity přenosu kyslíku
oVliv některých metabolitů, které působí na allosterické chování Hb
oAllosterické efektory
oMimo CO2 a H+ takto působí i meziprodukt glykolýzy 2,3-bisfosfoglycerát
•Tento metabolit stabilisuje deoxy-Hb interakcí svých kyselých skupin s His 143           β-řetězců
- Tak si lze představit snazší uvolňování kyslíku při intensivnější glykolýze
•
•
•
•
•
2/8/2013
Footer Text
18

Vliv pH na vazbu kyslíku na Hb
•Vliv pH a CO2
•na saturaci Hb.
oKromě pH je patrný také
ospecifičtější vliv CO2
oMnožství využitelného kyslíku
ose zvýší o ca 11%
oHb je slabší kyselinou než HbO2
oBohrův efekt
oPreference pracujícího
osvalu - laktát
•
•
2/8/2013
Footer Text
19

Fetální Hb
•Srovnání saturace
•HbF a HbA
oVyšší afinita HbF pro kyslík
oumožňuje jeho přečerpávání
oz placentární krve do krve plodu
• Syntéza fetálního
•Hb – HbF –  α2γ2
•Regulace syntézy
•podjednotek
oPo porodu kyslík – syntéza β
oRozklad HbF
2/8/2013
Footer Text
20

Patologické hemoglobiny
•Mutace v jednotlivých řetězcích Hb
•Příklad HbS
•
2/8/2013
Footer Text
21

Srpkovitá anemie
•Morfologický projev této mutace
oZměněný tvar erytrocytů, které nabývají srpkovitého tvaru (sickle cells – odtud HbS).
•Fysiologický projev
oNedokonalý transportu kyslíku v krvi – odtud srpkovitá anémie.
•
•
•
•
•
•
•
•
2/8/2013
Footer Text
22

Srpkovitá anemie
•Základem morfologických změn je nová vlastnost HbS.
oZáměna Glu-6-Val vytváří nepolární oblast
oMísto tetrameru řetízkové aglomeráty připomínající strukturu aktinu – významné součásti
cytoskeletu
2/8/2013
Footer Text
23

Srpkovitá anemie
•Rozlišení forem Hb elektroforezou
oHbS je bazičtější
•
2/8/2013
Footer Text
24

Srpkovitá anemie
•Význam mutace
oNevýhoda – anemie, malá výkonnost
oVýhoda – odolnost proti P. falciparum
•
•
•
•
•
•
•
•
•Korelace výskytu genu HbS a malarie
2/8/2013
Footer Text
25