C5720
Biochemie
4-Transportní bílkoviny
10/8/2013
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
10/8/2013
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
•
•
10/8/2013
Footer Text
3

Serový albumin
•
10/8/2013
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
•
•
10/8/2013
Footer Text
5

Lipoproteiny
•Schema lipoproteinu
10/8/2013
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
•
10/8/2013
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
•
10/8/2013
Footer Text
8

Struktura hemoglobinu (Hb)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Model Hb
ov řetězcích se dále rozlišují oblasti (ramena) A – H
o
•
10/8/2013
Footer Text
9

Struktura hemoglobinu (Hb)
•
•Prostetická skupina Hb
•Hem má Fe2+
•Oxidací na Fe2+ vzniká hemin
•a hemoglobin se mění na methemoglobin
o
•
10/8/2013
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
•
10/8/2013
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.
10/8/2013
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)
•
•
10/8/2013
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.
•
10/8/2013
Footer Text
14

Alosterické chování Hb
•
•
•
•
•
•
•
•
•Základem tohoto efektu změna konformace vyvolaná vazbou kyslíku na Fe2+ jedné z podjednotek
•
10/8/2013
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.
•
10/8/2013
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.
•
10/8/2013
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
•
•
•
•
•
10/8/2013
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 dalších ca 11%
oHb je slabší kyselinou než HbO2
oBohrův efekt
oPreference pracujícího
osvalu - laktát
•
•
10/8/2013
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 –  a2g2
•Regulace syntézy
•podjednotek
oPo porodu kyslík – syntéza β
oRozklad HbF
10/8/2013
Footer Text
20

Patologické hemoglobiny
•Mutace v jednotlivých řetězcích Hb
•Příklad HbS
•
10/8/2013
Footer Text
21

Srpkovitá anemie
•
•Morfologický projev této mutace
oZměněný tvar erytrocytů, které nabývají srpkovitého tvaru (sickle cells – odtud HbS)
•
•
•
•
•
•
•
10/8/2013
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
10/8/2013
Footer Text
23

Srpkovitá anemie
•
•Fysiologický projev – ca 10 odvozených poruch
oNedokonalý transportu kyslíku v krvi – odtud srpkovitá anémie
oNevhodný tvar, životnost ca 20 dní (ca 120 u normálních)
oUcpávání cév
•
•SYMPTOMS
•
••Fever.
••Swelling of the hands and feet.
••Enlargement of the belly (heart, liver, and spleen).
••Frequent lung infections.
••Fatigue.
••Irritability.
••Yellowing of the skin (jaundice).
••Severe bone and joint pain.
••Delayed puberty.
••Shortness of breath.
••Pain in the belly, especially in the upper right side of the abdomen.
••Nausea.
••Prolonged, sometimes painful erections (priapism).
••Rapid or labored breathing.
••Frequent infections.
•
•
•
•
•
•
•
10/8/2013
Footer Text
24

Srpkovitá anemie
•Rozlišení forem Hb elektroforezou
o
o
oAnionty – směr k +
oHbS je bazičtější – pomalejší
•
10/8/2013
Footer Text
25

Srpkovitá anemie
•Význam mutace
oNevýhoda – anemie, malá výkonnost
oVýhoda – odolnost proti P. falciparum
•
•
•
•
•
•
•
•
•Korelace výskytu genu HbS a malarie
10/8/2013
Footer Text
26