BIOQUÍMICA TEMA 5 - PROTEÏNES TRANSPORTADORES D'OXIGEN (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 1º curso
Asignatura Bioquímica I
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 13/04/2016
Descargas 10

Vista previa del texto

Bioquímica I Bioquímica UAB, primer curs 2015-16 BIOQUÍMICA TEMA 5: FUNCIÓ I EVOLUCIÓ DE PROTEÏNES TRANSPORTADORES D'OXIGEN Lligand: Qualsevol molècula que s'uneix de forma específica i reversible a la proteïna. El lloc d'unió del lligand és anomenat lloc d'unió (en enzims centre catalític).
El centre catalític permet la unió específica del lligand, n'és complementari en quant a mida, hidrofobicitat.
La unió del lligand afecta a la proteïna: afecta a la seva estructura, provoca canvis conformacionals. Aquests canvis poden ser molt lleugers o molt significatius. Aquest canvi és essencial per a que dugui a terme la seva funció.
   La unió dels lligands permeten una resposta ràpida de la proteïna Permet l'adaptació a canvis fisiològics Enzims: Aquests uneixen el lligand de forma reversible i aquest pateix un canvi químic o Lligand inicial: Substrat o Lligand final: Producte PROTEÏNES QUE UNEIXEN OXIGEN 1.- Mioglobina La mioglobina conté un grup hemo, un grup prostètic que està unit a la proteïna.
  No hi ha cap cadena lateral de la proteïna que pugui unir oxigen, per aquest motiu necessita un grup hemo capaç de transportar-lo.
Trobem metalls que uneixen oxigen → 𝐹𝑒 2+ 𝑖 𝐶𝑢 + Si els posem en solució son molt reactius, es formen radicals d'oxigen com 𝑂𝐻 − 𝑜 𝑂2− Les porfirines són anells de pirol que tenen al centre grups N: Poden unir 𝐹𝑒 2+ a través de 4 enllaços coordinats.
 A la vegada el 𝐹𝑒 2+ pot fer enllaç coordinat per dalt i per baix. La proteïna restringeix un d'aquests dos llocs d'unió de l'oxigen al 𝐹𝑒 2+ → fa que el ferro només pugui unir O per un costat del pla.
Quan el grup hemo uneix oxigen es produeix un canvi en l'estructura electrònica, canvia d'espectre d'emissió i el veiem d'un color vermell intens.
Estructura Està formada per hèlix. El grup hemo es troba d'ins per a que el grup 𝐹𝑒 2+ no s'oxidi.
  La Histidina proximal fa que es restringeixi la unió a un sol costat del pla La Histidina distal es troba localitzada a l'altre costat (mes lluny del lloc d'unió de com ho esta la proximal). Delimita la zona d'unió junt amb altres aminoàcids.
Bioquímica I Bioquímica UAB, primer curs 2015-16 L'oxigen s'uneix al grup hemo amb una certa inclinació: Hi ha altres molècules que també es podrien unir a la mioglobina, per exemple el monòxid de carboni.
  El monòxid té més afinitat que l'oxigen per la mioglobina quan aquesta esta lliure. Amb quantitats baixes el monòxid de carboni ja és molt tòxic.
L'enllaç que fa el CO és recte → la histidina distal redueix aquesta afinitat (redueix la zona d'enllaç).
Es produeix un impediment estèric. Redueix la afinitat de 20000 vegades la afinitat de O2 a 200 𝑴𝒃 + 𝑶𝟐 → 𝑴𝒃𝑶𝟐 Tant per 1 de saturació (𝜽): 𝜃 = 𝑙𝑙𝑜𝑐𝑠 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑡𝑠 𝑙𝑙𝑜𝑐𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑠 si també sabem que la constant d'associació es 𝐾 =  𝑘[𝑂2] Obtenim que 𝜃 = 1+𝑘[𝑂2] = 1 𝑘  [𝑂2] +[𝑂2] on 1 𝑘 →= [𝑀𝑏𝑂 2] 𝑀𝑏 [𝑂2] [𝑀𝑏𝑂 2] 𝑀𝑏𝑂 2 +[𝑀𝑏 ] obtenim un sistema de dues equacions és la k de dissociació.
Com més alta la afinitat abans es produirà la saturació. Trobem que la mioglobina es satura molt ràpidament.
Funció: Durant un temps es va proposar que la mioglobina permetia emmagatzemar oxigen. En alguns animals aquàtics com les balenes és cert. En mamífers la seva funció principal és la de captar d'oxigen de la sang i introduir-lo al múscul.
2.- Hemoglobina Està formada per dues subunitats 𝛼 (𝛼1 𝑖 𝛼2) i dues subunitats 𝛽 (𝛽1 𝑖 𝛽2). No hi ha cap contacte entre 𝛼 𝑖 𝛽, només entre subunitats iguals, és a dir 𝛼 − 𝛼 i 𝛽 − 𝛽.
Hi ha una semblança entre el plegament tridimensional de la hemoglobina i de la mioglobina però quan veiem la seqüència de la hemoglobina la similitud amb la mioglobina és només d'un 20%.
   Tenen un origen comú, són germanes evolutivament parlant Tribem moltes diferències entre elles → es conserva més l'estructura tridimensional que la seqüència. Per tant trobem canvis que no tenen impacte en la estructura de la proteïna.
El que realment importa per a dur a terme la funció és l'estructura Per a que una proteïna sigui bona transportadora d'oxigen:  La mioglobina es satura més ràpidament que la hemoglobina: el capta molt bé però després és difícil que l'alliberi. La mioglobina és una proteïna d'alta afinitat.
Bioquímica I  Bioquímica UAB, primer curs 2015-16 La seva funció en mamífers és la de fer entrar l'oxigen als músculs (agafa l'oxigen de la hemoglobina gràcies a la seva major afinitat).
La hemoglobina és el transportador d'oxigen de la sang.
o Té major afinitat en pulmons o Té menor afinitat en teixits Aquesta proteïna és eficaç en la unió i en la descàrrega de l'oxigen, canvia la afinitat pel lligand segons les circumstàncies en les que es troba → proteïna ALOSTÈRICA o A [O2] ↑↑ (pulmons) : CAPTA l'oxigen o A [O2] ↓↓ (teixits) : ALLBERA l'oxigen Té dos estats: alta i baixa afinitat Per canviar d'alta a baixa afinitat necessitem que es produeixi un canvi conformacional. També hem de tenir més d'un lloc d'unió per a l'oxigen, la hemoglobina en te 4.
 Quan s'uneix el primer oxigen la proteïna passa a estat d'alta afinitat. El primer oxigen sempre és el més difícil d'unir.
Trobem per tant dos estats de la proteïna:   TENSE (baixa afinitat , T) RELAXED (alta afinitat, R) Es dóna una interacció entre les subunitats, enllaços entre residus que es solen trobar en conformació R.
S'enllaça d'una altra manera. En R la cavitat central és més estreta → a nivell microscòpic veiem una rotació de residus.
Es produeix un canvi de conformació a prop del grup hemo  L'anell de porfirina quan no té oxigen està corbat. Quan s'hi uneix l'oxigen l'anell perd curvatura. Es creu que això fa que l'anell (més pla) arrossegui la histidina proximal, que a la seva vegada arrossega la hèlix a la que està unida. Seria l'interruptor molecular per a activar la alta afinitat.
El moviment d'una subunitat té efecte en tota la resta de la proteïna.
 Ens apareix una corba sigmoïdal: unió cooperativa positiva, en la qual la unió del lligand afecta a la unió del següent i de la resta o Positiva si afavoreix la unió del segon lligand i la resta o Negativa si la dificultés Bioquímica I Bioquímica UAB, primer curs 2015-16 3.- Efecte d'altres lligands en la hemoglobina L'hemoglobina es tracta d'una proteïna molt regulada.
En cèl·lules CO2 ha de ser transportat fins als pulmons: en teixit pH és més baix. El CO2 redueix el pH dels eritròcits i per tant s'afavoreix l'estat T de la hemoglobina. La baixada de pH en el teixit i la sang indica una major exigència en l'aport d'oxigen.
  𝐶𝑂2 i 𝐻 + afecten la transició entre els estats de la hemoglobina, són AFECTORS ALOSTÈRICS La corba d'afinitat de la hemoglobina varia segons el pH o A pH més bàsics: afinitat més alta o A pH més àcids: afinitat més baixa La protonació de certs residus de hemoglobina estabilitzen l'estat T En pulmons el pH és més alt i per tant predomina l'estat d'alta afinitat R, hi ha menys protons.
Aquesta estabilització segons el pH s'anomena efecte Bhor.
Una petita fracció del CO2 va unida a la hemoglobina, pot viatjar unit al N-terminal de la proteïna fins al pulmó.
o Aquesta reacció estabilitza l'estat T, es forma un residu carboamino-terminal.
CO2 també viatja a pulmons en forma de 𝐻𝐶𝑂3− (tampó bicarbonat) 2,3-bifosfoglicerat (BPG)s'uneix a la hemoglobina→ s'uneix en la cavitat que queda entre les 4 subunitats.
Les residus amb càrrega positiva que es trobem a l'interior de la hemoglobina fan contacte amb les càrregues negatives del BPG i l'ancoren a la hemoglobina.
Aquest té la funció d'alliberar l'oxigen en els teixits  Quan la pressió d'oxigen és baixa tenim menys entrega d'oxigen en teixits i cal contrarestar-ho amb l'aportació de més BPG.
En condicions normals l'alliberament és del 38%   A nivell de mar (condicions normals) tenim una alliberació del 38%, però en alta muntanya, on la concentració de O2 és menor la captació és menor → en alta muntanya la hemoglobina es menys eficaç, allibera un 30%.
Per tant en condicions d'alta muntanya l'organisme augmenta la concentració de BPG de 5mM a 8mM per a l'aprofitament de l'oxigen.
Això permet que en comptes de 30 la alliberació d'oxigen sigui del 37%.
Bioquímica I Bioquímica UAB, primer curs 2015-16 Efectors al·lostèrics (classificació) Trobem dues classificacions dels efectors al·lostèrics: Segons la estructura   Homotròpic: Actua sobre si mateix (com O2) Heterotròpic: actua sobre un lligand que no és ell mateix (com H+, CO2 o BPG) Segons l'efecte que té   Activador: augment de l'afinitat pel lligand Inhibidor o negatiu: disminueix l'afinitat pel lligand 4.- variants de la hemoglobina Hemoglobina fetal: en comptes de subunitats 𝛽 té subunitats 𝛾. Les cadenes 𝛼 són iguals. En les cadenes 𝛾 una de les histidines que permet la unió de BPG està mutada i no permet unir bé el BPG. Per tant la proteïna té major afinitat per a l'oxigen i es satura abans   Menor sensibilitat per BPG Major afinitat per l'oxigen Això permet que O2 flueixi de la hemoglobina materna a la hemoglobina fetal. El fetus depèn d'aquests subministres d'oxigen.
Anèmia falciforme: Malaltia on la hemoglobina A té una mutació.
 Es produeix un canvi en un aminoàcid: glutàmic que passa a valina. Per tant passa de càrrega negativa a apolar (hidrofòbica).
En trobar-se en una zona superficial la proteïna agrega amb altres per a col·lapsar aquests punts hidrofòbics.
L'agregació d'hemoglobina forma fibres. Aquestes fibres són les responsables de que l'eritròcit tingui una forma corbada (falciforme).
  Aquesta forma en arribar a capil·lars es sol trencar i forma coàguls que poden arribar a provocar hemorràgies.
A llarg termini no es viable la convivència amb la malaltia, el malalt acaba morint a edats primerenques.
Aquesta anèmia falciforme no permet la proliferació del protozou de la malària. Es produeix una petita quantitat de CO que no permet el seu creixement.
Es va produir una selecció natural que afavoria la anèmia falciforme en llocs on solem trobar malària ...

Tags: