Cooperatividade positiva da hemoglobina

2.3.1. Mioglobina: casos bem conhecidos são os de proteínas globulares mioglobina e hemoglobina. Talvez a proteína mais estudada globular e hemoglobina é mais conhecido, facilmente separáveis e purificada a partir de eritrócitos. Foi o primeiro de cristais de proteínas, caracterizada por ultracentrifugação, a primeira causa identificada molecular de uma proteína da doença. Da mesma forma foi a primeira a ser desenvolvidas teorias de cooperatividade. Posteriormente, foi identificado uma outra proteína de estrutura mais simples, com funções similares e servirá pára introduzir o estudo da hemoglobina. Esta é a mioglobina. Esta proteína capta oxigênio da hemoglobina e está presente nos músculos e outros tecidos. A mioglobina é uma proteína composta por uma única cadeia polipeptídica, que tem 8 hélices chamado de A a H (a partir do terminal N). Maioria são hélices, modificado em alguns pontos: o fim carboxila de hélice 4 dos 8 hélices formulário 310 (3 resíduos por turno), este passo da hélice é mais fino e mais que isso. Você pode ter mais interferências, por isso é menos abundante do que a hélice e existe em regiões de curta duração. Normalmente no final de uma hélice, em torno de uma curva distorcida. Segmentos não-helicoidal de mioglobina são nomeados com duas cartas de acompanhamento dos segmentos helicoidais (AB, etc.) Proteína associada a um lado não há nenhuma proteína, heme, localizada em uma cavidade hidrofóbica que irão interagir por ligações der Waals. O Gupo heme contém um átomo de ferro no centro de um anel tetrapirrol que liga a quatro ligações de coordenação com N. A posição de coordenação quinto da Fé é coberta por remanescente de seu (sua F8, conhecido como Seu proximal) ea posição de coordenação sexta ocupada por uma molécula de oxigênio, cujo armazenamento é a função primária da mioglobina e transportado através de sangue é uma função da hemoglobina (coordenação da ligação é uma ligação covalente em que ambos os elétrons compartilhados vêm do mesmo átomo ou íon). Próximo e do lado oposto ao dele proximal (pára o plano do heme Gupo) é outro remanescente do seu, o dele E7 ou distal. Sua função é evitar que o alinhamento dos dois átomos de oxigênio da molécula com o átomo de Fé, resultando na oxidação do Fe2 + a + ou seja, Fe3, introduz um impedimento estérico que permitirá a oxigenação do ferro em lugar de oxidação. Também torna extremamente forte ligação do CO ou CO2, pára o qual o grupo heme isolado tem muito mais afinidade pára o oxigénio. Além disso, seus atos distal como uma armadilha pára prótons (lembre-se seu pKa de 6 no anel imidazólico) e impede a ação catalítica de prótons na auto-oxidação do Fe2 +, uma vez que o Fe2 + é redutora sobre a H +, passando Fe3 + e provocando a passagem de O2 pára O2. . (Fe2 + O2 Transição Fe3 + O2 é simultânea., Formação de superóxido). Assim, o E7 Sua proteção de prótons que víria pára a cavidade do heme na desoximioglobina. A ligação de uma molécula de oxigênio pelo grupo heme causa uma pequena alteração conformacional pára diminuir o volume do átomo de Fe2 +, em desoxihemoglobina Fé 2 + (lembre-se que a Fé é d6) é alto spin, S = 2, é paramagnético, assim o seu raio de van der Waals é grande, indo da oxihemoglobina, Fé 2 + é baixo spin (S = 0, diamagnético), diminuindo assim o seu raio de van der Waals e está disposto no plano porfirina, diminui a distância da Fé - porfirina, permitindo a abordagem do átomo de ferro heme de avião, puxando o seu proximal e, assim, o resto da cadeia polipeptídica. Voltando a hélice F (contendo o seu proximal), transmitindo a vez da hélice E, permitindo livre acesso de O2. A curva de saturação de oxigênio da mioglobina é hiperbólica (fração de moléculas total MbO2/Mb dependendo pO2).

2.3.2. A hemoglobina, ao contrário da mioglobina, é um tetrâmero composto de dois tipos diferentes de subunidades, é de 2 dois, simetricamente relacionados. E estruturas terciárias são muito semelhantes ao de mioglobina, mas só há uma identidade de 18% nos resíduos de aminoácidos (divergência evolutiva com as mudanças conservadoras). As subunidades estão associados de uma forma que eles interagem extensivamente: 35 aminoácidos que participam na união 1 1 (e seu equivalente 2 2), enquanto os 1 2 (1 e 2) afetam apenas 19 aa. Algumas das interações são do tipo hidrofóbicas, há ligações de hidrogênio e de pares de iões de grande importância. Oxigenação provoca mudanças na estrutura quaternária, afetando a interação 1 2 e 2 1, mas não afeta a 2 1 1 ou 2. Assim, o ângulo formado pelos pares e 2 2 1 1 varia de 15 °, passando de um estado T llamdo (estado de baixa afinidade pára o oxigénio) em outro R (estado de alta afinidade pára o oxigénio). A união da primeira molécula de oxigênio tem um efeito positivo de cooperação com as outras três, tornando a sua união. É o deslocamento de ferro no avião que faz com que essas mudanças e da passagem do T subunidade a R. O estado T está estabilizada por pontes de sal (iônicas). A transição de T pára R quebra essas pontes de sal, quebrando impulsionado por energia de ligação de formação de coordenação de Fé-oxigênio. A presença dos dois estados R e T justifica a cinética sigmoidal de saturação de hemoglobina com o oxigênio em função da pO2: inicialmente baixa afinidade (estado T) e, finalmente, a afinidade é elevada (estado R). A transição de T pára estado R ocorre por uma mudança de Sua F7. A hemoglobina tem o efeito Bohr, pela qual liberação de H + pára ligar ao oxigênio (a mudança conformacional produzidos pela ligação de oxigênio faz com que a hemoglobina ligeiramente ácido), o efeito Bohr facilita a transferência de oxigênio aós tecidos que dela necessitam , como nos capilares, onde os tecidos liberação do CO2 no sangue, as hemácias transformar o CO2 em bicarbonato, produzindo a liberação de um próton (CO2 + H2O H + + HCO3-reação catalisada pela anidrase carbônica) de prótons, a ser capturado pela hemoglobina, diminuindo sua afinidade pelo oxigênio pára que o próton é liberado (note que mais oxigênio é liberado nas proximidades dos tecidos que geram mais CO2, ou seja, aqueles que consomem mais oxigênio). A diminuição do pH provoca a diminuição da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, uma vez que promove a formação de pontes de sal que fixam o T-estado produz a protonação do terminal N da subunidade e na Sua (C-terminal); Sua sendo os mais positivos, pode interagir com um grupo carboxila em uma ligação iônica (ponte salina). A hemoglobina também transporta oxigênio no sentido tecidos pulmonares, também transporta CO2 na direção oposta. Este transporte é realizado pela formação de carbamatos com amino, um processo que é mais fácil na forma desoxigenada da hemoglobina, numa base de reciprocidade, uma elevada concentração de CO2 promove a liberação de oxigênio pela hemoglobina (diminuindo a sua afinidade .) O CO2 é transportado pela hemoglobina cerca de 13% do CO2 total transportado pára os pulmões (cerca de 78% do bicarbonato e 9% de CO2 dissolvido no sangue e 13% ligado à hemoglobina). Embora a percentagem de CO2 transportada não é muito elevado, tendo em conta o total de CO2 no sangue, a verdade é que apenas cerca de 10% do total de CO2 é reciclado a cada volta da circulação sanguínea, por isso a importância de hemoglobina é maior, transportando cerca de 50% de reciclagem de CO2 em cada turno. Existem dois modelos pára explicar o comportamento sigmoidal da saturação de hemoglobina com o oxigênio, a simetria ou modelo concertadas (modelo de Monod-Wyman-Changeux) eo modelo seqüencial (Koshland-Nemethy de Filmer).Na proteína modelo concertada pode existir em dois estados conformacionais, um estado de tensão, baixa afinidade pára o ligante (T) e estado relaxado, com alta afinidade (R), os dois estados estão em equilíbrio, mas todas as subunidades encontrar a qualquer momento no Estado. Haveria, portanto, apenas duas conformações pára cada proteína e este modelo não pode explicar os casos de presente cooperatividade negativa na natureza. Estas duas restrições, o modelo acima seqüencial em que faz ligação de um ligante mudança conformacional na subunidade que se liga a uma mudança que afeta a afinidade das subunidades vizinhas, pára este modelo, a alteração conformacional como a queda seria de dominó e as mudanças conformacionais nas subunidades podem ajudar ou atrapalhar o substrato de ligação às subunidades vizinhas, o que permitiria aposentar existentes cooperatividade negativa. A hemoglobina é também uma proteína com sítios alostéricos: as curvas de ligação são muito diferentes se você fizer o exame de sangue ou um tubo de ensaio no qual estão presentes todas as substâncias no sangue. Hemoglobina no sangue tem uma menor afinidade pára o oxigênio ea molécula é responsável por 2,3 bisfosfoglicerato (2,3 BPG), localizado em eritrócitos em cerca de concentração. De 4,7 mM (semelhante à hemoglobina). Esta molécula tem 5 cargas negativas em pH fisiológico e interage com Lys e Seus resíduos e do terminal N extremidades das cadeias. Isso estabiliza a conformação T. Conformacional mudanças devido ao oxigênio causar distorção de ligação do sítio de ligação de 2,3 BPG, como ela se dissocia. A ligação destas moléculas a sítios diferentes do sítio de ligação da molécula de substrato transportados, etc, é o que define proteínas alostéricas. A hemoglobina fetal não tem amarras, mas as cadeias, de modo que o sítio de ligação de 2,3 BPG tem menos grupos carregados e da união é mais fraco. Assim, a hemoglobina fetal tem maior afinidade pára o oxigênio que a hemoglobina materna, que permite a transferência de oxigênio da mãe pára o feto. O BPG está também envolvida na adaptação à vida ou à atividade em altas altitudes. Nessas condições, o organismo aumenta a BPG nos eritrócitos e que, embora a pO2 nos capilares sanguíneos é mais ou menos constante nos alvéolos pulmonares é menor quanto maior a altitude, por isso o oxigênio é fornecido aós tecidos pequenas (menos de saturação nos pulmões), pára que, com o mesmo pO2 é transferido mais oxigênio pára os tecidos necessidade de diminuir a afinidade da hemoglobina pelo O2. Isto é conseguido através do aumento da concentração de modulador alostérico negativo. Além disso, dentro de alguns dias (concluído em algumas semanas), também produziu um aumento do número de eritrócitos e de hemoglobina em cada RBC. Uma situação similar ocorre em casos de doenças associadas com hipóxia (insuficiência pulmonar e anemia, embora, nestes, o problema não é a disponibilidade de oxigênio, mas a hemoglobina reais). A saturação fracional da hemoglobina com o oxigênio, como dito acima, mostra um perfil sigmoidal com base na pressão parcial de oxigênio. Em uma primeira aproximação, supondo que a ligação de quatro moléculas de oxigênio, simultaneamente, a equação da curva de saturação seria da forma Y = (pO2) 4 / ((pO2) 4 + P50 () 4) (geral seria: Y = (pO2) n / ((pO2) n + (P50) n), enquanto que pára mioblogina seria: Y = onde K = pO2 / (P50 + pO2), então Y = pO2 / (P50 + pO2) P50, onde pressão parcial de oxigênio é obtida com a metade da saturação de moléculas de hemoglobina em solução No entanto, não há dados experimentais se encaixam nessa equação com n = 4;. Archibald Hill mostrou que a curva de oxigênio de ligação à hemoglobina pode ser ajustado pára uma taxa ecuacióndel Y / (1-Y) = n (pO2/P50), onde o valor de n = 4 pára o modelo de concertação, tudo ou nada ou cooperatividade infinito, e n = 1 pára o caso da mioglobina, em que não há cooperatividade.O valor real pára a hemoglobina é n = 2,8 (entre 2,8 e 3,0). Logaritmo é geralmente tomado pára representar a equação log Hill (Y / (1-Y)) = n logpO2 - P50 e plotados log n log (Y / (1-Y)) versus log pO2 Nas curvas Y / (1-Y) vs pO2, a interseção da assíntota superior com a abscissa indica o valor da afinidade da molécula de oxigênio quarta limite, enquanto que a intersecção da parte inferior da assíntota, que da primeira molécula ligado . Se não há cooperatividade, a trama Hill é uma linha. A trama de log (Y / (1-Y)) vs log pO2 é uma linha cuja inclinação indica a cooperatividade (inclinação de 1 significa que não há cooperatividade). A importância de determinados resíduos de aminoácidos e da natureza adaptativa de determinadas mutações são evidentes no caso da anemia falciforme, uma doença que se manifesta pela presença de foice células vermelhas do sangue (daí seu nome). Os indivíduos com esta doença têm uma mutação nas cadeias, assim que o descanso de uma mudança de Glu Val específicos. Isso gera a hemoglobina S (foice, foice em Inglês). Estas cadeias de causa a agregação das moléculas de hemoglobina por estas regiões hidrofóbicas assim gerada, mudando a forma das hemácias a ser a principal proteína dessas células. Esses glóbulos vermelhos em indivíduos heterozigotos são menos capazes de transportar oxigênio. O resultado foi chocante que os indivíduos heterozigotos pára esta mutação era muito comum na África equatorial, onde a malária também é comum, e também foram resistentes a esta doença. A explicação é que o parasita da malária (falcíparum Palsmodium) é uma etapa de seu ciclo de vida dentro do hospedeiro as células vermelhas do sangue e seu consumo de oxigênio. Pára transportar menos oxigênio, os parasitas não conseguem sobreviver em heterozigotos pára a hemoglobina S (homozigoto seria letal pára a mutação). Existem muitas mutações no gene da hemoglobina que causam doenças. Genericamente conhecida como talassemia síntese da globina, deficiente (proteína globina é heme ou mioglobina). Cerca de 5% da população mundial carrega uma destas mutações. Em muitos casos, anemia hemolítica ocorre quando as células vermelhas são instáveis, a formação de depósitos de hemoglobina modificada.