funkcije proteinov n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Funkcije proteinov PowerPoint Presentation
Download Presentation
Funkcije proteinov

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 45

Funkcije proteinov - PowerPoint PPT Presentation


  • 429 Views
  • Uploaded on

Funkcije proteinov. Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...) Kontraktilni proteini Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Funkcije proteinov' - garran


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
funkcije proteinov
Funkcije proteinov
  • Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
  • Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
  • Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...)
  • Kontraktilni proteini
  • Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane
  • Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
  • Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Ig)
  • Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
vezava ligandov na protein
Vezava ligandov na protein
  • Molekula – ligand se reverzibilno veže na protein
  • Ligand se veže na vezavno mesto proteina, ki je komplementarno glede velikosti in oblike liganda, naboja, hidrofobnih in hidrofilnih interakcij
  • Vezavno mesto je selektivno, torej specifično za določen ligand
  • Vezava liganda povzroči konformacijsko spremembo proteina, ki vodi

k močnejši vezavi; strukturna adaptacija med proteinom in ligandom – inducirano prilagajanje

  • Pri multimernih proteinih povzroči vezava liganda na eno podenoto konformacijsko spremembo drugih podenot
  • Interakcije med proteini in ligandi so uravnavane s specifičnimi interakcijami drugih ligandov. Ti drugi ligandi povzročijo konformacijsko spremembo proteina, ki vpliva na vezavo prvega liganda.
vezava liganda na protein proteini ki ve ejo kisik mioglobin mb in hemoglobin hb
Vezava liganda na protein: proteini, ki vežejo kisik mioglobin (Mb) in hemoglobin (Hb)
  • Prostetična skupina hem
  • Mioglobin – eno vezavno mesto za kisik
  • Kvantitativni opis interakcije protein-ligand
  • Transport kisika s hemoglobinom
  • Struktura Hb
  • Strukturne spremembe Hb po vezavi kisika
  • Kooperativna vezava kisika na Hb
  • Alosterični proteini – kvantitativni opis vezave
  • Hb prenaša tudi H+ in CO2
  • Uravnavanje vezave kisika na Hb z 2,3-bisfosfogliceratom
  • Anemija srpastih celic
topnost nekaterih plinov v vodi
Topnost nekaterih plinov v vodi

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

  • Večje živali – potreba po sistemu, ki prenaša in shranjuje kisik
  • Za vezavo kisika primerni elementi prehoda – Fe veže kisik in ga s tem
  • naredi manj reaktivnega
  • Fe – bistven del prostetične skupine (hem) proteinov, ki vežejo kisik (Mb. Hb)
prosteti na skupina hem
Prostetična skupina hem

Fe s šestimi

koordinativnimi

vezmi

  • protoporfirin IX - hem
  • Fe vezano s 4 koordinatinvini vezmi na
  • N pirolovih obročev
  • (vsi atomi ležijo v isti ravnini)
  • 2 vezi sta prosti

porfirin

struktura mioglobina mb
Struktura mioglobina (Mb)
  • 3D struktura – globinsko zvitje (“fold”)
  • kompaktna molekula, v notranjosti
  • le 4 molekule H2O
  • 8 segmentov (A-H) -vijačnic (7-23 ak)
  • 75% strukture: α-vijačnica
  • hidrofobni –R v notranjosti,
  • hidrofilni –R proti vodnemu okolju
  • nehelični segmenti označeni AB, CD...
  • Pro na mestih β-zavojev
  • prostetična skupina hem vezan
  • v žep med E in F vijačnicama
  • Mb se nahaja v mišičnih celicah, rdeče/rjave barve
  • Mr = 16 700, 1 polipeptidna veriga, 153 ak
  • 3D strukturo ugotovil l. 1950, John Kendrew s sod. z uklonom Rtg. žarkov
umestitev hema v protein globin
Umestitev hema v protein (globin)

Pogled s strani

Ravnina, v kateri

leži porfirin

  • Fe vezano s 4 vezmi v hemu,
  • z eno vezjo na His ostanek proteina,
  • prosta ostane ena koordinavina vez
  • za ligande
  • O2
  • NO
  • CO

His

reverzibilna vezava kisika na mb mb o 2 mbo 2
Reverzibilna vezava kisika na Mb: Mb + O2 ↔ MbO2

distalni His

(vijačnica E)

v Mb

proksimalni His

(vijačnica F)

reverzibilna vezava liganda na protein
Reverzibilna vezava liganda na protein

P – protein

L – ligand

PL – kompleks protein-ligand

P + L ↔ PL

Ka – asociacijska konstanta

za nastanek kompleksa PL

Kd – disociacijska konstanta

kompleksa PL

slide10

Vezava liganda (L) na protein: enačba in grafična predstavitev

  • Vezava kisika na Mb: Mb + O2 ↔ MbO2

Ligand L – O2

 – delež zasedenih vezavnih mest

Kd – disociacijska konstanta kompleksa MbO2

pO2 – parcialni tlak kisika

P50 – parcialni tlak kisika, kjer je 50%

vezavnih mest zasedenih

Koncentracijo plinov izražamo

s parcialnim tlakom plinov - p

steri ni vplivi za vezavo liganda o 2 co na hem mb
Sterični vplivi za vezavo liganda (O2, CO) na hem Mb

Vezava CO na hem v raztopini:

CO veže z 200 000 x večjo afiniteto kot O2

  • Vezava kisika pod določenim kotom
  • Vezava CO pravokotno na ravnino hema

Vezava CO in O2 na hem v Mb:

Zaradi prostorskih ovir, ki jih predstavlja His

v vijačnici E7, se O2 veže pod določenim

kotom na Fe v hemu

His v E7 Mb prepreči vezavo CO

pod pravim kotom – afiniteta Mb do

CO le še 200x večja kot do O2

mb ni primeren za prenos kisika iz plju v tkiva
Mb ni primeren za prenos kisika iz pljuč v tkiva

Vezava O2 na Mb

  • Razmere v pljučih: PO2 13,3 kPa oz. 90 mm Hg
  • Razmere v tkivih: PO2 4 kPa oz. ~30 mm Hg
  • Glede na vezavno krivuljo bi bil O2 stalno vezan na Mb
  • Mb ni primeren prenašalec kisika od pljuč v tkiva
  • To nalogo opravlja hemoglobin (Hb)
slide14
Hb se nahaja v eritrocitih

Eritrociti – nepopolne celice, namenjene prenosu O2

V citosolu vsebujejo ~34% Hb

Arterijska kri ~96% zasičena s kisikom, venska ~64% →

O2 se sprosti v tkivih, kjer se porabja za oksidacijo metaboličnih hranil (glukoza), pri čemer nastajata CO2 in H+, ki se prenašata iz tkiv v pljuča

Hb prenese v telesu 500 g O2/dan = 15,6 molov O2/dan

Kisik se prenaša po krvi s hemoglobinom (Hb)

  • Eritrociti – ploščate krvne celice
  • premera  6-9 m
  • Rdeča barva izvira is hema
vloga hb v prenosu kisika
Vloga Hb v prenosu kisika

oksigeniran Hb

neoksigeniran Hb

tkiva

pljuča

srce

O2 dobimo z dihanjem in se prenaša iz pljuč (PO2 13,3 kPa oz. 90 mm Hg)

v tkiva (PO2 4 kPa oz. ~30 mm Hg)

hemoglobin hb
Hemoglobin (Hb)
  • Hb: tetramer (α2β2) kroglaste oblike, Mr 64 000
  • α veriga: 141 ak ostankov, β veriga 145 ak ostankov
  • Hb zarodka: ζ veriga (podobna α) in ε veriga (podobna β)
  • 3D struktura štirih verig Hb je tetraednična
  • Hemi se nahajajo v vdolbinah na zunanjosti molekule
  • Ak zaporedje verig Hb in Mb ni enako, samo 27 ak ostankov identičnih, terciarna struktura zelo podobna – globinsko zvitje
  • Hb veže O2

Hb + O2 <-> HbO2

HbO2 + O2 <-> Hb(O2)2

Hb(O2)2 + O2 <-> Hb(O2)3

Hb(O2)3 + O2 <-> Hb(O2)4

Sumarna reakcija:

Hb + 4O2 -> Hb(O2)4

2

2

2

1

( Mb + O2↔ MbO2 )

primerjava strukture mb in podenote hb
Primerjava strukture Mb in β-podenote Hb

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

najpomembnej e interakcije med neenakimi podenotami hb
Najpomembnejše interakcije med neenakimi podenotami Hb (αβ)

Največ šibkih

interakcij

med neenakima

podenotama

Največ šibkih interakcij

med neenakima

podenotama

  • Hb obstaja v dveh konformacijah: stanju R (relaxed) in stanju T (tense)
  • O2 ima večjo afiniteto do stanja R
  • Stanje T stabilizirano, če ni kisika, stanje T-deoksihemoglobin
  • Vezava kisika povzroči konformacijsko spremembo T→R
stabilizacija t konformacije hb z ionskimi interakcijami
Stabilizacija T konformacije Hb z ionskimi interakcijami

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

konformacijska sprememba v hb v bli ini hema po vezavi kisika
Konformacijska sprememba v Hb v bližini hema po vezavi kisika
  • Vezava kisika na Fe v hemu spremeni 3D strukturo hema (sploščenje molekule)
  • Sprememba 3D strukture hema se odrazi na proteinskem delu molekule, ki je
  • povezana s hemom preko his ostanka → konformacijska sprememba proteina
kooperativna vezava o 2 na hb sigmoidna vezavna krivulja
Kooperativna vezava O2 na Hb – sigmoidna vezavna krivulja

Stanje R -

visokoafinitetno

stanje

Prehod iz nizko

v visokoafinitetno

stanje

Stanje T –

nizkoafinitetno

stanja

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

alosteri ni proteini
Alosterični proteini
  • Vezava liganda (modulatorja) na eno vezavno mesto spremeni vezavne lastnosti drugih vezavnih mest
  • Konformacijska sprememba, povzročena z vezavo modulatorja: manj aktiven protein v bolj aktiven protein
  • Modulatorji: inhibitorji ali aktivatorji
  • Modulator - normalni ligand, homotropična interakcija
  • Modulator - druga molekula, heterotropična interakcija
  • Hb in O2 – pozitivna homotropična interakcija (modulator O2 je aktivator); kooperativna vezava, značilna sigmoidna krivulja
strukturne spremembe multimernega proteina kooperativna vezava liganda
Strukturne spremembe multimernega proteina – kooperativna vezava liganda

stabilno

manj stabilno

nestabilno

hb prena a tudi co 2 in h med plju i in mi icami
Hb prenaša tudi CO2 in H+ med pljuči in mišicami

CO2, ki nastaja z oksidacijo organskih hranil, reagira z vodo (reakcijo katalizira encim karbonska anhidraza)

CO2 + H2O ↔ HCO3- + H+

Reverzibilna vezava kisika na Hb:

Hb + O2 ↔ HbO2

Na vezavo kisika na Hb vpliva H+ (Bohrov efekt)

HbO2 + H+ ↔ HHb+ + O2

Posledica: - v pljučih se na Hb veže kisik, sprosti se H+

- v tkivih se s HbO2 sprosti kisik, veže se H+

vpliv ph na vezavo kisika na hb
Vpliv pH na vezavo kisika na Hb

O2 in H+ se vežeta na Hb z obratno afiniteto

vezava co 2 na hb co 2 se ve e na n konec polipeptidne verige nastane karbamat
Vezava CO2 na Hb- CO2 se veže na N-konec polipeptidne verige, nastane karbamat

Bohrov efekt

karbamat

H+ in CO2 ojačita kooperativno delovanje O2 med podenotami Hb

heterotropi ni alosteri ni modulator vezave o 2 na hb 2 3 bisfosfoglicerat bpg
Heterotropični alosterični modulator vezave O2 na Hb - 2,3-bisfosfoglicerat BPG
  • Visoka koncentracija BPG v eritrocitih
  • BPG se veže v centralni žep med β podenotami v stanju T – 1 molekula BPG se veže na 1 molekulo Hb
  • Vezavni žep za BPG izgine po prehodu T → R stanje
  • BPG zniža afiniteto do O2, stabiliziraT stanje Hb

HbBPG + O2↔ HbO2 + BPG

T stanje

R stanje

vpliv koncentracije bpg na vezavo o 2 na hb
Vpliv koncentracije BPG na vezavo O2 na Hb
  • Normalna konc. BPG v krvi na višini morske gladine ~ 5 mM
  • Konc. BPG v krvi na višjih nadmorskih višinah ~ 8 mM
modulatorji aktivnosti alosteri nega proteina hb glede vezave o 2
Modulatorji aktivnosti alosteričnega proteina Hb glede vezave O2
  • O2 - pozitivni homotropični modulator vezave O2 na Hb
  • CO2, H+, BPG negativni heterotropični modulatorji vezave O2 na Hb – vsi se vežejo na Hb z obratno afiniteto kot O2
vezavna krivulja hb matere in zarodka
Vezavna krivulja Hb matere in zarodka

Zaradi večje afinitete zarodkovega Hb do kisika je omogočen

prenos kisika iz materine v zarodkovo kri

motnje pri prenosu o 2 po krvi
Motnje pri prenosu O2 po krvi
  • Vezava CO na Hb
  • Oksidacija Fe2+ vFe3+
  • Cianoza

1. Vpliv CO na vezavo O2 na Hb

1 vpliv co na vezavo o 2 na hb
1. Vpliv CO na vezavo O2 na Hb

Koncentracija CO v krvi odvisno

od koncentracije CO v okolju

Vezavne krivulje O2 na Hb

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

2 oksidacija fe 2 v fe 3 v hemu methemoglobim
2. Oksidacija Fe2+ vFe3+ v hemu: methemoglobim
  • methemoglobin ne veže O2
  • methemoglobin normalno prisoten do 3%
  • oksidanti (anilinska barvila, aromatske nitro spojine, nitriti)

spremenijo Fe2+ vFe3+

  • obramba eritrocitov pred oksidacijoFe2+ vFe3+

- eritrociti vsebujejo antioksidante (askorbinska kislina, glutation)

- encim methemoglobin-reduktaza reducira Fe3+ vFe2+

(redek genski defekt: pomanjkanje reduktaze → kongenitalna

methemoglobinemija; zdravljenje z barvilom mtilensko modro)

3 cianoza
3. Cianoza
  • bolnik ima sivo/škrlatno barvo kože
  • vzrok – visoka koncentracija deoksi-Hb pod površino
  • zvišana koncentracija deoksi-Hb je posledica bolezni srčnega ali

pljučnega sistema → slaba cirkulacija → nezadostna oksigenacija krvi

  • anemični bolniki niso cianotični – imajo premalo Hb v krvi
nenormalna tvorba hb bolezni
Nenormalna tvorba Hb - bolezni
  • Ak zaporedje globinskih verig je določeno v globinskih genih (kromosoma 11 in 16)
  • Znanih je ~ 1000 nenormalnih Hb
  • Hemoglobinopatije – nastanek nenormalnih globinskih verig (primer srpasta anemija - HbS)
  • Talasemije – globinske verige so strukturno normalne, nastajajo pa v manjši količini ali določene verige sploh ni - napaka v regulatornem delu globinskega gena

(primer talasemija α, talasemija β)

srpasta anemija
Srpasta anemija

Hemoglobin A

Hemoglobin S

(a) normalni eritrocit vsebuje HbA

(b) Okvarjeni eritrocit vsebuje HbS)

(a)

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

vzrok za nastanek hbs 2 s 2 mutacija v verigi hb glu val
Vzrok za nastanek HbS (α2βS2) – mutacija v β verigi Hb: Glu → Val

Val

Glu

  • HbS - nespremenjena hitrost sinteze Hb
  • HbS - nespremenjena afiniteta do O2
  • HbS - hidrofobne interakcije med Val na površini  verige Hb → zlepljanje molekul HbS
  • zmanjšana topnost HbS v deoksigenirani obliki
  • netopni skupki HbS preprečujejo normalen pretok krvi v kapilarah
srpasta anemija heterozigoti 70 hba in 30 hbs
Srpasta anemija – heterozigoti (70% HbA in 30% HbS)
  • prisotnost HbS se pri normalnih razmerah sploh ne pokaže
  • težave v velikih višinah (znižan PO2) in pri intenzivni obremenitvi
  • rezistentni na malarijo – parazit malarije (Plasmodium falciparum) ne preživi v srpastih eritrocitih

Geografska pojavnost srpaste anemije

slide43

Talasemije

  • globinske verige strukturno normalne
  • globinske verige nastajajo v manjši količini
  • ali določene verige sploh ni
  • napaka v regulatornem delu globinskega gena
  • talasemija α - napake pri nastajanju α verig
  • talasemija β - napake pri nastajanju β verig
talasemije te a bolezni pogojena s tevilom delecij gena za globin
α-talasemije:teža bolezni pogojena s številom delecij gena za α-globin

Tihi nosilec

α-talasemija minor

1 delecija

2 deleciji (na istem ali na različnih kromosomih)

bolezen se ne zrazi

ni simptomov

ni kliničnih simptomov, rahla anemija

Bolezen se ne i

Fetalni Hb

- Bartov

sindrom

Hemoglobin H

3 delecije

4 delecije

anemija

intrauterina hipoksija

zarodek umre

talasemije mutacije v globinski podenoti
β-talasemije: mutacije v β-globinski podenoti
  • β0 talasemija – ni β-verige
  • β+ talasemija – zmanjšana tvorba β-verig