proteine

Biochimia proteinelor

Proteine

ProteineProteinele sunt substane azotate complexe prezente n toate celulele animale sau vegetaleRoluri:

1. structural- arhitectura celular 2. funcional- enzime, hormoni, receptori, represori, contractil, transport gaze sangvine, coagulare3. fizico-chimic- meninerea presiunii osmotice i a echilibrului acido-bazic4. energetic- proteine de rezerv (caseina, ovalbumina pentru creterea embrionului) sau eliberare de energie (4,5kcal/g proteine oxidate)

Proteine

Structura primar a proteinelorUnicitatea proteinelor este dictat de secvena linear de aminoacizi, denumit structur primar.

Structura primar a proteinelorNumrul proteinelor a cror structur primar se cunoate este de ordinul zecilor de mii. Insulina (51 aminoacizi), ribonucleaza (124 aminoacizi), hemoglobina (catenele cu 141 aminoacizi, cele cu 146 aminoacizi), mioglobina (453 aminoacizi), citocromul c (204 aminoacizi), gamaglobulina (1320 aminoacizi)

Structura proteic primar determin gradul de pliere i modul de interaciune cu alte molecule intracelulare astfel nct proteina s-i poat exercita funcia. Structurile primare ale tuturor proteinelor sunt sintetizate pornind de la cei 20 aminoacizi care se succed ntr-o secven linear determinat de codul genetic.

Structura primar a proteinelorCodul genetic este secvena de trei baze (nucleotide) din ADN, coninnd informaia secvenei lineare de aminoacizi din lanul polipeptidic (structura primar)O gen este poriunea din ADN care codeaz produsul funcional precum lanul polipeptidic. Mutaiile care sunt modificri n nucleotidele genei determin alterarea produsului codificat de gen.

Structura primar a proteinelorLa nivelul ribozomilor se realizeaz translaia informaiei genetice de la ARNm n lanul polipeptidic

n nucleu, ARNm copiaz informaia genetic de la ADN nuclear iar apoi migreaz n citoplasm. Fiecare molecul de ARNt posed la mijlocul lanului su un anticodon a cror 3 baze consecutive se pot asocia prin legturi de hidrogen cu 3 baze complementare de un codon ARNm. Pe baza acestui anticodon aminoacizii vor fi poziionai conform mesajului genetic din ARNm. Aceast poziionare a aminoacil-ARNt se realizeaz la suprafaa ribozomului la nivelul a dou situsuri stereospecifice: situl "P" (peptidil) i situl "A" (aminoacil), situate la suprafaa subunitilor.

Structura primar a proteinelor

Structura primar a proteinelorSubstituia unui singur aminoacid modific funcia proteinei sau confer un avantaj specific unui anumit esut sau unui set de circumstane. Multe proteine precum hemoglobina pot prezenta polimorfisme sau variante genetice ale structurii primare

La acelai individ, structura primar a proteinelor difer n funcie de stadiul de dezvoltare, fiind prezent ca izoforme fetale i adulte ca n cazul hemoglobinei. Structura primar a creatin-kinazei variaz n funcie de esut (izoforme specific tisulare) sau n cadrul aceluiai esut, n funcie de localizarea intracelular. Separarea electroforetic a izoenzimelor tisular-specifice este util n localizarea injuriei tisulare

Structura primar a proteinelornafara aminoacizilor codificai genetic i care formeaz structura primar, mai exist i aminoacizi specifici modificai prin fosforilare, oxidare, carboxilare sau prin alte tipuri de reacii

Cnd aceste reacii sunt catalizate enzimatic, modificrile sunt denumite post-translaionale.

Structura primar a proteinelorProteinele sunt polipeptide rezultate prin condensarea AA, cu eliminarea unei molecule de ap ntre gruparea COOH a unui AA i gruparea NH2 a AA urmtor

Structura primar a proteinelorSecvena AA ntr-un lan polipeptidic: de la captul N-terminal spre C-terminal

Structura primar a proteinelorStabilirea secvenei de AA dintr-un lan polipeptidic: prin metode chimice sau enzimatice- TRADIIONALE

Etape:1. Determinarea AA de la capetele N- ;C-terminale2. Stabilirea secvenei de AA din interiorul lanului pp3. Separarea lanurilor n cazul proteinelor oligomere, urmat de parcurgerea primelor etape

Structura primar a proteinelorEdmann

Structura primar a proteinelorPrima etap n stabilirea structurii primare a unui polipeptid const n identificarea i cuantificarea aminoacizilor constituieni.

O prob purificat din polipeptidul de analizat este iniial hidrolizat prin tratare cu un acid tare la 110C timp de 24ore

Aceast procedur induce clivarea legturilor peptidice i separarea aminoacizilor individuali care pot fi detectai cu ajutorul cromatografiei prin schimb ionic.

Structura primar a proteinelorn cadrul acestei metode, amestecul de aminoacizi este plasat ntr-o coloan format din granulele unei rini sintetice care conine grupri electronegative.

Aminoacizii din amestec ader la coloan cu afiniti diferite, n funcie de ncrcarea electric, caracterul hidrofob, etc.

Prin creterea treptat a pH-ului i a concentraiei ionice n soluiile apoase eluante, aminoacizii migreaz n coloan cu viteze diferite, iar eluantul este colectat n fracii mici.

Structura primar a proteinelorAceste fraciuni care conin aminoacizi sunt analizate cantitativ cu ajutorul reaciei cu ninhidrin, un reactant care prin nclzire reacioneaz cu majoritatea aminoacizilor, cu amoniacul, cu aminele i formeaz compui rou-violet

Determinarea cantitativ a fiecrui aminoacid se realizeaz prin spectrofotometrie, care msoar cantitatea de lumin absorbit de derivatul ninidrinic. Procedura descris se realizeaz cu ajutorul analizorului de aminoacizi.

Structura primar a proteinelorSangerEdmanndansyl

Structura primar a proteinelorDeterminarea secvenei de aminoacizi a peptidelor

Secvenierea reprezint un proces etapizat de identificare a aminoacizilor constituieni ai unui lan peptidic ncepnd de la captul N-terminal al acestuia. Fenilizotiocianatul, cunoscut i ca reactiv Edmann, reacioneaz cu gruparea amino terminal a peptidului n condiii de pH uor alcalin

Rezult un derivat feniltiohidantoinic care produce instabilitatea legturii peptidice la captul N-terminal, iar aceasta poate fi hidrolizat selectiv, fr clivarea celorlalte legturi peptidice.

Structura primar a proteinelor Derivatul aminoacidic rezultat poate fi separat i identificat ulterior

Structura primar a proteinelorAvantajul metodei este c restul lanului peptidic rmne intact dup ndeprtarea aminoacidului N-terminal, iar reactivul Edman este utilizat n mod repetat asupra lanului peptidic scurtat n urma testrii anterioare pn la identificarea tuturor resturilor de aminoacizi

Prin degradarea Edmann se poate identifica o secven de pn la 30 aminoacizi, cu o eficien de 98%/aminoacid. Un alt avantaj ar fi cantitatea de numai 10-100 picomoli de peptid necesari pentru determinare.

Structura primar a proteinelorClivarea lanurilor polipeptidice n fragmente mai mici

Numeroase polipeptide au o structur primar alctuit din peste 100 de aminoacizi. Astfel de molecule nu pot fi secveniate direct, de la un capt la cellat. n schimb, aceste molecule mari sunt clivate n anumite locuri cu secvenierea ulterioar a fragmentelor rezultate

Se pot folosi doi sau mai muli ageni de clivare

Structura primar a proteinelorMetode de analiz cu enzime:

1. Bromura de cianogen scindeaz lanul pp: Met-X2. Etilamina: transform cisteina n aminoetil-cistein3. Tripsina scindeaz i legturile Cys- X4. Tripsina: Lys-X, Arg-X5. Chimotripsina: Phe-X, Tyr-X, Trp-X6. Carboxipeptidazele: X-Phe, X-Lys

Structura primar a proteinelorDup scindarea proteinei cu obinerea mai multor peptide mai mici se definitiveaz succesiunea lor utiliznd tehnica peptidelor suprapuse

Lanul polipeptidic iniial se scindeaz prin metode diferite, iar prin compararea seturilor de peptide obinute se stabilete integral secvena iniial

Structura primar a proteinelorTripsina: Glu-Met-Leu-Gly-Arg Val- Tyr-Lys Ala-Ser-AspBrCN: Leu-Gly-Arg-Ala-Ser-Asp Val-Tyr-Lys-Glu-Met

Secvena final??????


Val- Tyr-Lys-Glu-Met-Leu-Gly-Arg-Ala-Ser-Asp

Structura primar a proteinelorDeterminarea structurii primare a unei proteine prin secveniere ADN

Secvenierea nucleotidelor dintr-o regiune ADN codificatoare a proteinelor identific secvena de aminoacizi a unui polipeptid

Dac secvena de nucleotide este stabilit, pe baza informaiilor referitoare la codul genetic are loc traducerea secvenei de nucleotide n secvena de aminoacizi corespunztoare polipeptidului studiat.

Structura primar a proteinelorDeterminarea structurii primare a unei proteine prin secveniere ADN

Acest procedeu, dei utilizat de rutin pentru a preciza secvena de aminoacizi din componenta proteinelor, este limitat de faptul c nu poate preciza poziiile legturilor disulfidice la nivelul lanurilor pliate, precum i de faptul c nu identific aminoacizii cu modificri post-translaionale

Secvenierea direct a proteinelor constituie un instrument important n stabilirea exact a structurii primare.

Variaii ale structurii primareDei aproape fiecare aminoacid din structura proteic primar contribuie la realizarea conformaiei sale (structura tridimensional), structura primar a proteinei difer n funcie de specie.

n cadrul aceleiai specii exist diferene ale secveei de aminoacizi la nivelul individului, n funcie de esut sau de stadiul de dezvoltare. Aceste diferene ale proteinelor funcionale sunt tolerate n msura n care aparin unor regiuni necritice denumite variabile, dac sunt substituii conservative (nlocuirea unui aminoacid cu altul de structur similar) sau i confer un avantaj

Dac mai muli aminoacizi sunt tolerai n aceeai poziie, regiunea este denumit hipervariabil.

Variaii ale structurii primaren contrast, regiunile care formeaz situsuri de legare sau sunt critice n formarea structurii tridimensionale funcionale sunt frecvent invariabile i au exact aceeai secven de aminoacizi la toi indivizii, esuturile sau speciile

Polimorfismul n structura proteinelorLa nivelul populaiei umane, structura primar a proteinei ar putea s difere puin interindividual. Variaiile apar din mutaiile ADN transmise generaiei urmtoare. Mutaiile pot fi punctiforme i rezult prin substituia unei baze n secvena de ADN sau sunt deleii/ inserii de baze.

Polimorfismul n structura proteinelor

Pentru majoritatea alelelor, aceste schimbri au consecine fenotipice distincte determinnd disfuncii obiective ( boli congenitale sau genetice) sau creteri ale susceptibilitii pentru anumite boli

O protein defectiv difer de majoritatea alelelor printr-un singur aminoacid care reprezint o substituie nonconservativ (nlocuirea unui aminoacid cu altul de polaritate diferit sau de mrime diferit) ntr-o regiune invariabil

Asemenea mutaii ar putea afecta capacitatea proteinelor de a-i exercita funcia, de a cataliza o anumit reacie. Pentru alte proteine variaiile nu au semnificaie.

Polimorfismul n structura proteinelor

Variantele unei alele care apar cu o frecven semnificativ n populaie sunt considerate polimorfisme

Cnd acea variaie a unei alele crete n populaie la o frecven de 1% este considerat stabil

Siclemia este un exemplu de mutaie punctiform stabil n populaia uman. Persistena sa este probabil atribuit presiunii selective asupra fenotipului mutant heterozigot ce confer o anumit protecie n malarie.

Exemple

Exemple

1. WS este un biat de 17 ani care s-a prezentat n urgen cu dureri lombare severe, dureri abdominale i ale membrelor care au debutat dup dou zile de greuri i vrsturi cauzate de gastroenterit

La vrsta de 3 ani a fost diagnosticat cu siclemie i a fost internat de nenumrate ori pentru asemenea episoade

Exemple

La internare:

nivelul Hg serice a fost 7,8 g/dL (IBR: 12-16g/dL); Ht era 23,4% (IBR: 41-53%);Bil seric total (un pigment ce rezult din degradarea Hb) era 2,3 mg/dL (IBR: 0,2-1 mg/dL)Radiografia abdominal a evideniat calculi radiopaci n vezica biliar.

Exemple

Din cauza hemolizei cronice (distrucia hematiilor) cantitatea de hem degradat la bilirubin este crescut. Calculii sunt rezultatul excreiei unei cantiti crescute de bilirubin din ficat n bil cu formarea depozitelor de cristale de bilirubinat n lumenul vezicii biliare

Termenul de calcul este folosit pentru a descrie orice depunere anormal ca un precipitat a srurilor minerale. Aproape ntotdeauna se formeaz n organele cavitare (rinichi) sau n lumenul unor ducte (duct biliar comun).

Exemple

Pacientul are siclemie produs de o mutaie punctiform a a ADN care modific al 6-lea aminoacid din lanul globinic al hemoglobinei prin care glutamatul este nlocuit cu valina

Ce diferene apar n modul de realizare a legturilor chimice n cazul celor doi aminoacizi?

Exemple

Glutamatul prezint la pH-ul fiziologic o sarcin negativ n radical stabilind legturi ionice sau de hidrogen cu apa sau cu alte catene laterale. Valina este un aminoacid hidrofobic ce tinde s interacioneze cu ale lanuri hidrofobice pentru a exclude apa, modificnduse structura cuaternar

nlocuirea glutamatului cu valina n lanul permite separarea HbS de Hb adult normal prin electroforez. n acest caz, pacienta era homozigot pentru HbS i avea o cantitate crescut de Hb fetal, HbF. Heterozigoii pentru HbS prezint att HbA ct i HbS, precum i cantiti mici de HbF

Exemple

La indivizii heterozigoi pentru siclemie, alela celulei S ofer o oarecare protecie mpotriva malariei, boal cauzat de Plasmodium falciparum care i petrece o parte din ciclul de via n hematie

Hematia infectat la indivizii cu Hb adult normal dezvolt protruzii care se ataeaz la endoteliul capilar. Aceast legare blocheaz vasele i oxigenul nu mai ajunge n regiunea afectat, rezultnd moartea celular

La heterozigoi, HbS n celulele afectate se adun n fibre lungi, care determin distorsionarea celulei. Aceste celule distorsionate coninnd parazitul sunt recunoscute preferenial de splin i sunt rapid distruse, ncetnd viaa parazitului.

Exemple

La indivizii homozigoi cu siclemie, hematiile iau frecvent forma de secer n special n condiii de presiune sczut a oxigenului.

Rezultatul este apariia crizelor vaso-ocluzive n care celulele distorsionate blocheaz capilarele i mpiedic oxigenarea cu apariia durerii

Distrugerea crescut a hematiilor modificate n splin determin anemie.

Structura primar a insulineiInsulina este un hormon polipeptidic ce s-a conservat puternic la nivelul diferitelor specii, presentnd cteva substituii ale aminoacizilor niciuna n regiunile care s-i afecteze activitatea.

Structura primar a insulineiPrezint 51 aminoacizi i este alctuit din lanuri polipeptidice. Este sintetizat iniial ca lan polipeptidic unic (proinsulina), dar este clivat n trei puncte naintea secreiei, formnd peptidul C i molecula de insulin activ coninnd lanurile A i B diferite

Prin clivare se ndeprteaz civa aminoacizi i peptidul C al aminoacidului 31 ce leag lanurile A i B

Structura tridimensional corect a lanurilor A i B este favorizat de prezena legturilor disulfidice: o legtur intracatenar i dou legturi intercatenare formate de reziduurile de cistein.

PEPTIDELEProduii reaciei de condensare a dou sau mai multe molecule de aminoacizi formeaz peptidele

Lanul peptidic rezultat poate fi mai scurt sau mai lung n funcie de numrul resturilor de aminoacizi participani

Peptidele formate dintr-un numr mic de aminoacizi(12 < n< 20) se numesc oligopeptide, iar cele cu un numr mai mare de resturi de aminoacizi (n>20) sunt polipeptide (unde n= numr de aminoacizi).

Peptide naturale mai importante

Glutationul ( -glutamil-cisteinil-glicina)Este un tripeptid atipic deoarece legtura peptidic ntre acidul glutamic i cistein se formeaz prin condensarea gruprii carboxil din poziia a acidului glutamic i gruparea aminic a cisteinei:

n celulele animale, glutationul funcioneaz ca un sistem redox, putnd exista n forma redus (GSH) i/sau oxidat (GSSG).

Peptide naturale mai importanteGlutationul particip la procesele redox din majoritatea esuturilor (n special n hematii) i este activator al sistemelor enzimatice

Rolul glutationului este conferit de prezena n molecula sa a gruprii tiolice (-SH)

Oxidarea glutationului se poate realiza neenzimatic, n prezena ionilor de cupru i fier:

2GSH G-S-S-G + 2 H+ + 2e-

Peptide naturale mai importanten forma sa redus glutationul servete la descompunerea apei oxigenate (H2O2) ct i a peroxizilor de natur lipidic (R-OOH) n prezena glutation peroxidazei (GSH-Px), protejnd membranele celulare de aciunea oxidant a acestora:

R-OOH + 2GSH R-OH + HOH + G-S-S-G

Peptide naturale mai importanteGSH-Px (glutation peroxidaza) este o enzim ce ofer protecie eficient fa de reacia de peroxidare deoarece:

combin capacitile antioxidante ale tiolilor i seleniului; descompune H2O2 cu mai mult eficien dect catalaza; produii de reacie nu sunt radicali liberi ci substane hidrosolubileacioneaz asupra tuturor peroxizilor existeni n mediile biologice

Peptide naturale mai importanteDintre cele dou forme ale glutationului forma redus reprezint forma activ

Posibilitatea de interconversiune a glutationului constituie mecanismul su de aciune prin care cedeaz i accept H+, intrnd n categoria transportorilor de hidrogen

Reducerea formei oxidate a glutationului se face n prezena enzimei glutation reductaz (NADPH-dependent) astfel:

G-S-S-G + NADPH + H+ 2GSH + NADP+

Peptide naturale mai importanteAlte roluri ale glutationului:

transformarea methemoglobinei n hemoglobin inactivarea insulinei prin desfacerea legturilor disulfurice din structura acesteia participarea, alturi de ali compui, la neutralizarea unor substane nocive endogene i exogene n procesul de biosintez a acidului ascorbic i a leucotrienelor

Peptide naturale mai importanteAlte roluri ale glutationului:

previne oxidarea gruprilor SH din centrul activ al unor enzime reacioneaz cu peroxinitritul (ONOO -) formnd un nitrozotiol (GSNO) care se descompune regenernd NO

Dac un esut este supus unui aflux mare de ageni peroxidani consumul de glutation crete, o serie de enzime ncep s se inactiveze, inclusiv cele implicate n sinteza proteic, proces important pentru viabilitatea celulelor. Se explic astfel obstinaia celulelor n pstrarea concentraiei GSSG ct mai mic.

Peptide naturale mai importanteHormonii hipofizei postrioare: oxitocina i vasopresina (nonapeptide)

Oxitocina exercit aciune contractil asupra musculaturii netede uterine, iar vasopresina particip a homeostazia osmolaritii i volumului fluidului extracelular.

Peptide naturale mai importanteHormonii hipotalamici (factorii de inhibare sau de eliberare a hormonilor hipofizari) sunt peptide mici, uneori cu structur atipic (TRH este piroglutamil-histidil-prolinamida)

Parathormonul i calcitonina sunt peptide ce particip la reglarea metabolismului calciului

ACTH (corticotropina) este un peptid ce controleaz dezvoltarea cortexului glandelor suprarenale.

Peptide naturale mai importanteAngiotensina II este un peptid antihipertensivEndorfinele i encefalinele sunt peptide de mrimi variabile, sintetizate n crecer cu roluri deosebite n somn, memorie, nvare, durere, comportament

Peptidele antibiotice sunt sintetizate de microorganisme. Au o structura peptidic, uneori ciclic i pot conine D-aminoacizi.

ExempleAM este un biat de 18 ani care a fost adus la coal de mama lui pentru o durere sever n n flancul stng, cu iradiere n jurul spre partea stng n zona pubian

Urina era colorat n rocat-portocaliu, iar la examinarea sedimentului urinar s-a evideniat prezena mai multor globule roii. Dup acidifiere cu acid acetic s-au observat grmezi de cristale hexagonale transparente.

ExempleRadiografia abdominal a evideniat calculi radioopaci n ambii rinichi. Nu exist un istoric familial pozitiv pentru litiaz renal.

Pacienta a eliminat o piatr cu localizare renal, cu linitirea durerii din flanc. Componenta major a fost cistina. n mod normal, aminoacizii sunt filtrai prin capilarele glomerulare renale n tubii renali, dar aproape ntreaga cantitate este reabsorbit n snge cu ajutorul proteinelor transportoare din celulele tubulare proximale renale.

ExempleCistinuria este o boal genetic ce se caracterizeaz printr-o substituie a aminoacizilor n proteina de transport care, n mod normal, reabsoarbe cistina, arginina i lizina din lumenul renal n celulale tubulare renale

Astfel, urina va conine cantiti crescute din aceti amoniacizi. Cistina, cel mai puin solubil dintre acetia, precipit n urin sub form de calculi.

Structura secundara a proteinelorEste legat de numele lui Pauling i a colaboratorilor si care, ncepnd din 1930 au realizat studii de cristalografie cu raze X i au msurat unghiurile i distanele interatomice din aminoacizii constituieni

S-a stabilit c atomii C adopt poziii rigide fa de planul dublei legturi i c n peptidele naturale se ntlnete numai configuraia trans mai stabil dect cis.

Structura secundara a proteinelor

Configuraia trans a unei legturi peptidice

Structura secundara a proteinelorFlexibilitatea lanului polipeptidic se pstreaz prin rotaia liber n jurul legturilor:

Structura secundara a proteinelorStructura secundar a proteinelor se datoreaz n exclusivitate legturilor de hidrogen care se stabilesc ntre gruprile CO- aparinnd unei legturi peptidice i NH- de la alta

Conjugarea p- accentueaz aceast proprietate

Un lan peptidic, n solutie, ar putea adopta o infinitate de conformatii prin rotatii in jurul legturilor CH(R1) N i CH(R2)CO. Unele din aceste conformatii vor fi mai stabile dac permit realizarea de puni de hidrogen ntre gruparile peptidice.

Structura secundara a proteinelorPlecnd de la principiul c aranjamentul cel mai stabil este acela n are se realizeaz el mai mare numr de puni de hidrogen, Pauling si Corey (1951) au postulat 2 structuri secundare pentru lanurile peptidice: -helixul i conformaia n foi pliate

O structur helicoidal diferit de cea descris de Pauling este ntlnit la colagen, proteina major a matricei extracelulare cu o compozitie particular n aminoacizi.

Structura secundara a proteinelor - HELIXULLegturile de hidrogen. Lanul polipeptidic se rsucete la nivelul legturilor simple pentru ca gruprile O=C i NH s devin adiacente stereochimic pentru a forma puni de H. Se obine astfel o structur repetitiv helicoidal n care toate unitile se afl n raporturi spaiale identice cu unitile vecine

O grupare NH formeaz o punte de hidrogen cu gruparea CO aparinnd celui de-al 4 lea rest aminoacidic din secvena liniar. n acest fel, toate gruparile CO i NH sunt unite prin puni de hidrogen.

Structura secundara a proteinelorLegtura de hidrogen este o interaciune slab necovalent ntre hidrogenul unei molecule i atomul mai electronegativ al unei molecule acceptoare.

Structura secundara a proteinelorStabilitatea -helixului este dat de numrul mare al legturilor de hidrogen realizate intralan

Acestea se extind ascendent ntre dou spire consecutive ale helixului, paralel cu axa lui longitudinal

Datorit acestei particulariti structurale, toate legturile peptidice din lanul polipeptidic (cu excepia primei i a ultimei) particip la formarea legturilor de hidrogen intralan

Considerate individual, legturile de hidrogen sunt slabe, dar considerate global, confer stabilitate helixului.

Structura secundara a proteinelorNumrul de aminoacizi per spir

Fiecare spir a unui -helix conine un numr mediu de 3,6 aminoacizi. Resturile de aminoacizi separate de 3 sau 4 aminoacizi n cadrul secvenei primare, ajung n stare de proximitate spaial dup plierea n structura -helixului

Stereochimia gruprii peptidice, unghiurile de legtura, distanele interatomice, coliniaritatea punilor de hidrogen, apartenena aminoacizilor helixului seriei optice (seria L) determin o anumit geometrie a -elicei:

Structura secundara a proteinelor- cu fiecare rest aminoacidic se avanseaz pe vertical cu 1,47 ;- pasul elicei, distanta ntre dou puncte echivalente pe vertical este de 5,21 i cuprinde 3,6 resturi aminoacidice;- diametrul elicei, diametrul suprafeei cilindrice n care se afl atomii C este de 10,1 ;- sensul rsucirii lanului polipeptidic este de la stnga la dreapta (helix spre dreapta);- radicalii R ai tuturor aminoacizilor sunt orientai spre exteriorul elicei, configuratia atomilor C este aceeai pentru toi aminoacizii;- toate gruparile NH i C=O formeaz puni de hidrogen.

Structura secundara a proteinelorAminoacizii care destabilizeaz -helixul

Lungimea i repartizarea segmentelor de - helix n cuprinsul moleculei este diferit de la o protein la alta, n funcie de distribuia factorilor stabilizatori i destabilizatori ai elicei n structura primar

Structura secundar se refer la forma i la lungimea lanurilor polipeptidice, proprieti induse de legturile de hidrogen.

Structura secundara a proteinelorCele mai ntlnite tipuri de structuri secundare sunt:alpha helixul i lanurile beta

Helixul se formeaz prin rotaia unui lan polipeptidic n jurul propriei axe

Alte helixuri cum ar fi helixul 310 i helixul sunt, din punct de vedere energetic, favorabile formrii legturilor de hidrogen, dar sunt rareori observate n proteinele naturale exceptnd prile terminale ale helixului n timpul formrii scheletului proteic (de obicei centrul helixului).

Structura secundara a proteinelorAminoacizii care destabilizeaz -helixul

Aminoacizii au un comportament diferit vis-a-vis de posibilitatea formrii structurii secundare

Prolina i glicina sunt cunoscui ca "helix breakers" (sprgtori de helix), deoarece afecteaz configuraia scheletului proteic; ambii aminoacizi au abiliti conformaionale neobinuite i, de regul, se gsesc n colurile scheletului proteic.

Structura secundara a proteinelorAminoacizii care prefer s adopte conformaia helixului proteic fac parte din aa numita serie MALEK (codurile formate din prima liter a aminoacizilor: metionin, alanin, leucin, acid glutamic i lizina);

n schimb, aminoacizii aromatici precum triptofanul, tirozina i fenilalanina, dar i aminoacizii cu legare prin carbonul beta (izoleucina, valina i treonina), adopt configuraia .

Structura secundara a proteinelorProlina destabilizeaz -helixul deoarece gruparea amino secundar a acesteia nu este compatibil din punct de vedere geometric cu spirala dextrogir a -helixului.

Ea creaz o deformare a lanului polipeptidic ce perturb structura helicoidal neted a acestuia. Resturile prolil, prin geometria lor particular, mpiedic rsucirea helicodal a lanurilor polipeptidice. La nivelul unui rest de Pro, lanul se ndoaie cu un unghi de 130 grade.

Structura secundara a proteinelorPrezena unui numr mare de aminoacizi ionizai (glutamat, aspartat, histidin, lizin sau arginin) produce o discontinuitate a -helixului din cauza apariiei legturilor ionice sau a forelor de respingere electrostatic ntre aceti aminoacizi

Aminoacizii care au catene laterale voluminoase precum triptofanul sau aminoacizii cum ar fi valina sau izoleucina, treonina, care se ramific la nivelul C ( primul carbon al radicalului R, legat de carbonul ) pot perturba formarea -helixului dac sunt prezeni n numr crescut, i dac aceste R ajung adiacente in elice.

Structura secundara a proteinelorResturile glicil, fr caten lateral, confer lanurilor polipeptidice flexibilitate i adesea, la nivelul resturilor Gly, structura secundar este ntrerupt, lanul schimbndu-i uor direcia

Serina, prin capacitatea de a forma puni de hidrogen la nivelul gruprii alcoolice destabilizeaz elicea

Resturile de cistein cnd formeaz puni disulfurice leag covalent, rigid, poriuni ale lanului polipeptidic i n vecintatea acestor regiuni rsucirea helicoidal nu mai poate avea loc.

Structura secundara a proteinelorStructura - helicoidal a lanurilor polipeptidice postulat de Pauling si Corey a fost gsit, n proporie mai mare sau mai mic, n diverse proteine.

Proteina% helix MioglobinaInsulinaOvalbuminaSerumalbuminaPepsinaRibonucleazaChimotripsina70383146311615

Structura secundara a proteinelorStuctura secundar se ntlnete n diverse proporiiatt n proteinele fibrilare ct i n cele globulare

O protein fibrilar cu structur secundar n proporie de aproximativ 100 este keratina, protein abundent n pr, piele, unghii

Este alcatuit din lanuri polipeptidice lungi cu structur de -helix, asociate cte dou i superncolcite . Prin asocierea acestor dimeri se realizeaz fibrile i fibre rezistente

Structura secundara a proteinelorn aceste fibrile, gruprile R pot interaciona prin valene secundare n cele mai bune condiii. n plus, structura superhelicoidal este stabilizat i prin puni disulfurice intercatenare, keratina avand un coninut ridicat n cistein

Mioglobulina i hemoglobina au un procent mare (70) de structur secundar . n aceste cazuri, segmentele de - helix sunt scurte, ele fiind ntrerupte de poriuni nehelicoidale. La nivelul acestora din urm, lanul polipeptidic ii schimb direcia sub diverse unghiuri, permind realizarea unei structuri compacte. .

Structura secundara a proteinelorO alt structur secundar a lanurilor polipeptidice n care se realizeaz potenialul maxim de legare prin puni de hidrogen a gruprilor C=O i NH ale legturii peptidice este structura sau structura n foaie pliat

n acest caz punile de hidrogen sunt intercatenare, lanurile polipeptidice se aeaz n foi. Cea mai stabil interaciune se obine dac lanurile evolueaz unul de la capatul Nterminal spre cel C-terminal i cellalt n sens invers.

Structura secundara a proteinelor

Spre deosebire de -helixuri, foile sunt alctuite din dou sau mai multe lanuri peptidice (lanurile ) sau din segmente de lanuri polipeptidice, care sunt aproape complet ntinse

Legturile de hidrogen sunt perpendiculare pe scheletul polipeptidic. Datorit rigiditii legturii peptidice i coplanaritii grupului CH NH CO CH

se realizeaz structuri asemntoare unei foi plisate. Radicalii R mari sunt orientai alternativ, de o parte i de alta.

Structura secundara a proteinelorFoile paralele i antiparaleleAranjamentul poate fi alctuit din dou sau mai multe lanuri polipeptidice separate sau din segmente de lanuri polipeptidice orientate paralel (lanurile se desfoar n aceeai direcie) sau antiparalel (lanurile se desfoar n direcii opuse)

Legturile de hidrogen formate ntre scheletele axiale ale celor dou lanuri polipeptidice sunt denumite intercatenare. Aranjamentul poate fi constiruit i dintr-un singur lan polipeptidic retropliat, legturile de hidrogen fiind intracatenare n acest caz.

Structura secundara a proteinelorStructura secundar n foaie pliat este ntlnit n proporie de aproape 100 n proteina din mtase, fibroina

Lanurile polipeptidice antiparalele sunt ntinse i asociate prin legturi de hidrogen, dnd natere unei foi pliate. Aceste foi se aeaz n straturi, iar ntre straturi se stabilesc numeroase legturi ntre gruprile R, care proemin de o parte i de alta a fiecrii foi

Datorit unei structuri primare speciale cu multe resturi Gly i Ala alternante, distanele dintre foi sunt mici (3,5 si 5,7 alternativ). Aceast structur confer fibroinei rezisten la ntindere i flexibilitate.

Structura secundara a proteinelorStructurile sunt motive structurale ntlnite frecvent n proteinele globulare. Cel mai simplu element din structura const dintr-un lan polipeptidic ndoit care realizeaz dou segmente antiparalele, denumit -turn:

Structura secundara a proteinelorn cazul proteinelor globulare, foile prezint ntotdeauna o torsiune sau o rsucire dextrogir fa de scheletul polipeptidic cu 180, contribuind la apariia formei globulare

Structura buclei este stabilizat prin formarea unei legturi de hidrogen ntre primul i al treilea aminoacid

Secvena aminoacizilor care formeaz acest tip de structur cuprinde de obicei resturi de glicin i prolin.

Structura secundara a proteinelorGlicina, datorit volumului su mic, este cel mai uor adaptabil la modificrile stericeProlina, care are atomul de azot peptidic prins n structura sa ciclic, favorizeaz modificarea direciei axului catenei polipeptidiceFrecvent, foile rsucite constituie nucleul structural al proteinelor globulareMai multe catene polipeptidice, de regul 6 dar i mai multe pot adopta structura cu foi pliateDomeniile structurale ale imunoglobulinelor ale proteinelor din aceeai superfamilie cuprind un motiv structural major .

Structura secundara a proteinelorStructurile secundare nerepetitive

Aproximativ jumtate din masa unei proteine globulare este organizat sub form de structuri repetitive, de tip -helix i/sau foi pliate Restul lanului polipeptidic prezint o conformaie curbat sau spiralatAceste structuri secundare nerepetitive nu sunt deloc ntmpltoare, ci doar prezint o conformaie mai puin regulat comparativ cu structurile descrise anterior.

Structurile suprasecundare

Proteinele globulare sunt combinaii de elemente structurale secundare ( -helixuri, foi , secvene nerepetitive) care formeaz n principal regiunea central sau interiorul moleculei

Aceste structuri sunt interconectate prin poriuni curbate (de exemplu, lanurile ) la suprafaa proteinelor

Structurile suprasecundare apar prin compactarea catenelor laterale ale elementelor structurale secundare adiacente. Proteinele care se leag de ADN conin unul sau mai multe tipuri bine definite de mozaicuri

Structurile suprasecundareMozaicul n deget de zinc este frecvent ntlnit n structura proteinelor care au rol de factori de transcripie n proteinele zinc finger aminoacizii (cel mai frecvent cisteina i histidina) se dispun n deget de mnu la baza crora se fixeaz un ion de zinc

Structurile suprasecundareProteinele helix-bucl-helix prezint un domeniu de fixare la ADN ce conine un motiv structural format din dou -helixuri separate printr-o bucl scurt

Acest model structural este ntlnit la factorii de transcriere care stimuleaz sinteza de imunoglobuline.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARE

Structura teriar a proteinelor reprezint un nivel superior de organizare ce nglobeaz structura secundar i care se refer la modul n care sunt asamblate -helixul i foaia pliat

Structura primar a unui lan polipeptidic determin structura teriar a acestuia

Adjectivul teriar se refer att la plierea domeniilor (unitile structurale i funcionale de baz) ct i la aranjamentul final al domeniilor n structura unui polipeptid.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREInteraciunile dintre radicalii R distanai n secvena liniar determin o anumit conformaie a lanului polipeptidic

Structura tridimensional a unei proteine native n mediul su fiziologic este accea pentru care energia liber a sistemului este minim

n soluie apoas, structura proteinelor globulare este compact, cu o densitate mare de atomi n centrul moleculei.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARECatenele laterale hidrofobe sunt dispuse n interiorul moleculei, n timp ce gruprile hidrofile sunt dispuse n general, pe suprafaa moleculei

Interaciunile necovalente sunt factori decisivi ai structurii teriare

Indiferent de structura secundar ( sau ) creia i aparin resturile R din structuira lanului polipeptidic, acetia, prin interaciunile pe care le stabilesc, particip la edificarea structurii teriare

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREStructura teriar a proteinelor globulare este stabilizat prin urmtoarele patru tipuri de interaciuni:

legtura peptidic;legtura ionic; puni de hidrogen; interaciuni hidrofobe; puni disulfidice

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARELegturile disulfidice sunt legturi de tip covalent ntre gruprile sulfhidril (-SH) ale resturilor de cistein cu formarea unui rest de cistin

Cele dou molecule de cistein pot fi separate prin mai muli aminoacizi din structura primr a polipeptidului sau pot fi localizate pe cele dou lanuri polipeptidice diferite

Plierea lanurilor polipeptidice apropie resturile de cistein i faciliteaz formarea unei legturi covalente ntre catenele laterale ale ale acestora.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARELegturile disulfidice confer stabilitate structurii tridimensioanale a moleculei proteice prevenind denaturarea acesteia n mediul extracelular

Imunoglobulinele secretate de celulele sangvine sunt proteine care conin un numr crescut de legturi disulfidice.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREInteraciunile hidrofobeAminoacizii cu catene laterale nepolare tind s se localizeze n interiorul moleculei polipeptidice, unde se asociaz cu ali aminoacizi hidrofobi

n schimb, aminoacizii care conin catene laterale polare sau ionizate tind s se localizeze la suprafaa moleculei, n contact cu solventul polar.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARELegturile de hidrogen

Catenele laterale ale aminoacizilor care conin legturi oxigen-hidrogen sau azot-hidrogen, cum ar fi radicalii alcool ai serinei i ai treoninei, pot forma legturi de hidrogen cu atomii bogai n electroni- atomul de oxigen al gruprii carboxil sau carbonil din componena unei legturi peptidice

Formarea legturilor de hidrogen ntre radicalii polari de pe suprafaa proteinelor i solventul apos determin creterea solubilitii proteinelor.


Interaciunile ionice

Radicalii ncrcai negativ cum ar fi gruparea carboxil din catena lateral a aspartatului sau a glutamatului, pot interaciona cu radicalii ncrcai pozitiv, cum ar fi gruparea amino din catena lateral a lizinei.


Plierea proteinelor

Interaciunile dintre catenele laterale ale aminoacizilor influeneaz modul de pliere a lanului polipeptidic n forma tridimensional specific proteinei funcionale

Plierea proteinelor, care se desfoar n decurs de secunde sau minute n interiorul celulelor se realizeaz prin atragerea sau respingerea catenelor laterale ale aminoacizilor n funcie de proprietile chimice ale acestora

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARERadicalii ncrcai pozitiv vor fi atrai de cei ncrcai negativ, catenele ncrcate cu acelai tip de ionizare se resping

Procesul de pliere depinde i de legturile de hidrogen, interaciunile hidrofobe i legturile disulfidice

O protein pliat corect prezint n- crctur electric redus, fenomenele de atracie fiind predominante.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARERolul chaperonelor n plierea proteinelorPrin convenie, se accept c informaia necesar unei plieri corecte se gsete n structura primar a polipeptidelor. Este dificil de explicat faptul c proteinele denaturate nu revin automat la conformaia nativ n condiii de mediu adecvate

Plierea nu are loc la finalul sintezei unui lan proteic, ci etapizat. Acest fenomen limiteaz configuraiile alternative de pliere a lanurilor peptidice mari. n plus, o clas special de proteine, denumite chaperone are rolul de a asigura plierea corect a multor alte clase de proteine


Configurarea spaial a proteinelor este controlat de proteine chaperon, heat shock proteins

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREChaperonele denumite i proteine de oc termic ( heat shock proteins) a cror sintez este crescut cnd temperatura crete sau

n alte stri de stress celular (variaii de pH sau osmolaritate) sau proteine nsoitoare interacioneaz cu polipeptidele n diverse etape ale procesului de pliere

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREUnele dintre chaperone au rolul

de a stabiliza configuraia nepliat a proteinelor pn la finalizarea sintezei acesteia sau

pot avea rol de catalizator prin accelerarea etapelor finale ale procesului de pliere

Alte chaperone protejeaz proteinele n cursul plierii, prevenind blocarea regiunilor vulnerabile ale acestora n legturi neproductive.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREn mod curent, se utilizeaz denumirea prescurtat Hsp la care se adaug o cifr corespunztoare masei moleculare exprimat n kDa (exemplu Hsp- 70)

O alt categorie de proteine de stress este reprezentat de glucose-regulated proteins (GRP) a cror sintez crete n condiiile privrii de glucoz sau aminoacizi a celulei

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREUn exemplu de chaperon care intervine n definitivarea structurii unei proteine celulare este GRP 70= BIP (binding immunoglobulin protein)

Lanurile H i L ale imunoglobulinelor sunt sintetizate i apoi fixate de BIP i n lumenul reticulului endoplasmic sunt asamblate cu ajutorul BIP sub form oligomeric H2L2.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREDomeniile proteice sunt uniti funcionale i structurale tridimensionale fundamentale ale polipeptidelor

Lanurile polipeptidice cu un numr mai mare de 200 aminoacizi conin dou sau mai multe domenii

Centrul unui domeniu este alctuit din combinaii de elemente structurale suprasecundare (mozaicuri)

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREPlierea lanului polipeptidic la nivelul unui domeniu se desfoar independent de plierea care are loc la nivelul altor domenii

Fiecare domeniu are caracteristicile unei proteine globulare mici, compacte, care din punct de vedere structural este independent de restul domeniilor unui lan polipeptidic.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREDenaturarea proteinelor

Este un proces care determin deplierea i dezorganizarea structurilor secundar i teriar ale acestora, procese care nu se nsoesc de hidroliza legturilor peptidice

Exemple de ageni denaturani sunt: cldura, solvenii organici, acizii i bazele tari, detergenii i ionii metalelor grele, cum ar plumbul i mercurul

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULAREDenaturarea proteinelorDenaturarea poate fi reversibil (n condiii ideale) situaie n care proteina se repliaz pentru a ajunge n forma sa nativ, biologic activ, dup ndeprtarea agentului denaturant Cu toate acestea, majoritatea proteinelor, odat denaturate, rmn definitiv depliate. Proteinele denaturate sunt frecvent insolubile, precipitnd n soluie.

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARESolubilitatea proteinelor

Proteinele globulare sunt solubile n ap, iar cele fibrilare nu sunt. Soluiile unor sruri ale metalelor uoare influeneaz solubilitatea proteinelor (NaCl, Na2SO4, MgCl2, (NH4)2SO4

Soluiile saline diluate enumerate anterior sunt favorabile dizolvrii globulinelor. La concentraii mari ale srurilor din soluie poate avea loc precipitarea globulinelor

STRUCTURA TERIAR A PROTEINELOR GLOBULARESolubilitatea proteinelorUn exemplu clasic i utilizat n laboratoarele clinice este cel al salifierii (reacia cu sulfat de amoniu) albuminelor i globulinelor

Globulinele precipit cnd soluia este semiaturat cu sulfat de amoniu, iar albuminele cnd soluia este aproape saturat.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORReprezint nivelul cel mai nalt de organizare structural i apare la proteinele alctuite din mai multe lanuri polipeptidice, de regul un numr mic i par. Se formeaz o unitate de sine stttoare numit protein oligomer, cu o structur spaial bine definit

Subunitile (lanurile polipeptidice individuale) sunt denumite protomeri i sunt asamblate prin legturi slabe, necovalente de tip van der Waals, legturi de hidrogen, interaciuni hidrofobe i n mai mic msur prin legturi ionice.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORProtomerii pot fi identici sau diferii, fiecare avnd propria structur primar, secundar, teriar. Protomerii separai nu au funciile specifice ale proteinei oligomere din care fac parte. Asocierea subunitilor este o trstur comun pentru organizarea macromolecular n biologie

Structura cuaternar se refer la modul n care se unesc subunitile proteice. Enzimele care catalizeaz asamblarea acestor subuniti poart denumirea de holoenzime, n care o parte poart denumirea de subuniti reglatoare i subuniti catalitice.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELOR

Vedere 3 D a hemoglobinei. Cele 4 subuniti: rou i galben, iar unitatea hemic: verde

Numele de hemoglobin provine de la hem i globin, denumire ce denot faptul c hemoglobina are la baz proteine globulare cuplate cu o grupare hem

.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORSubunitile pot funciona independent sau pot coopera ca n cazul hemoglobinei cnd ataarea unui atom de oxigen la una dintre subunitile tetramerului induce creterea afinitii pentru oxigen a celorlate subuniti

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORProteine care au structur cuaternarsunt: hemoglobina, ADN polimeraza, canalele ionice, dar i nucleosomii i nanotubulii, care sunt complexe multiproteice

Fragmentele proteice pot suferi transformri n structura cuaternar care se reflect fie n structurile individuale fie n reorientrile subunitilor proteice

Numrul subunitilor din proteinele oligomere sunt denumite prin adugarea sufix-ului -mer (grecescul pentru subunitate), precedat de numele subunitii.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORMulte enzime intracelulare sunt oligomeri i pot hetero-sau homomultimerice (tubulina este un dimer, hemoglobina este un tetramer)

Proteina Numrul de subunitiAlcool dehidrogenaza 2Imunoglobulina 4Superoxid dismutaza 2Triozofosfat izomeraza 2Glicogen fosforilaza 2Fosfataza alcalin 2Glutation reductaza 2

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELOR Proteine oligomere

Proteina Numrul de subuniti Lactat dehidrogenaza 4Piruvat kinaza 4Hemoglobina 2 + 2Insulina 6Ceruloplasmina 8Glutamin sintetaza 12Apoferitina 24

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORAsocierea subunitilor n structura cuaternar a proteinelor oligomere prezint o serie de avantaje structurale i funcionale:

1. Economisirea materialului genetic i eficiena se refer la cantitatea de ADN care este utilizat pentru codificarea unei subuniti constituente evident mai mic pentru o unitate dect pentru n subuniti necesar pentru o protein homomultimeric. Informaia genetic referitoare la legarea subunitilor se afl ncsris tot n materialul genetic ce codific monomerul.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELOR2. StabilitateaOrganizarea proteinelor n structura cuaternar prin asocierea subunitilor unui oligomer este favorabil reducerii raportului suprafaa proteinei/volum

Interaciunea suprafeei unei proteine cu apa este deseori nefavorabil energetic, ceea ce nseamn c scderea raportului suprafa protein/volum este situaia n care o protein este mai stabil.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELOR3. Formarea situsului activ pentru unele enzime

Unele enzime sunt proteine oligomere i devin mai active numai atunci cnd subunitile oligomerului se asociaz

Monomerii individuali sunt inactivi

De exemplu triptofan sintaza este un tetramer de forma 22.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELORIn vitro, s-a demonstrat cu enzim purificat c subunitatea catalizeaz reacia:

Indol glicerol fosfat indol + gliceraldehid 3- fosfat

Subunitatea catalizeaz reacia:indol + serin triptofanProdusul reaciei catalizate de subunitatea , devine reactant pentru subunitatea , deci cele dou subuniti nu pot fi biologic active dac nu sunt asociate n oligomer.

STRUCTURA CUATERNAR A PROTEINELOR4. Cooperativitatea

Prin intermediul structurii cuaternare funcioneaz mecanisme fine de reglare a activitii proteinelor.

Erori de pliere a moleculelorPlierea moleculelor proteice constituie un proces complex bine controlat, dar supus erorilor care poate genera molecule proteice pliate incorect

De obicei, proteinele cu erori de pliere sunt reperate i distruse n interiorul celulei

Totui, acest sistem de control calitativ nu este perfect, proteinele cu defecte de pliere acumulndu-se intracelular sau extracelular odat cu naintarea n vrst

Depozitele de proteine cu defecte de pliere se asociaz unui numr important de afeciuni, din care fac parte amiloidozele

Erori de pliere a moleculelorErorile de pliere pot fi generate spontan sau pot fi rezultatul unei mutaii la nivelul unei gene, mutaie capabil s conduc la sinteza unei proteine aberante

n urma unei clivri proteolitice anormale, anumite proteine aparent normale dobndesc o conformaie unic, urmat de apariia unor structuri fibrilare lungi asamblate sub form de foi pliate

Erori de pliere a moleculelorAcumularea acestor agregate spontane de proteine, denumite amiloizi, este implicat n multe afeciuni degenerative, boala neurodegenerativ Alzheimer.

Componenta principal a plcii amiloidice care se acumuleaz n maladia Alzheimer este reprezentat de amiloidul (A), un peptid alctuit din 40-42 resturi de aminoacizi

Erori de pliere a moleculelor

Cristalografia cu raze X i spectroscopia n infrarou certific prezena unei conformaii caracteristice de foi pliate n fibrile neramificate

Amiloidul este neurotoxic i reprezinta evenimentul patogenic central care produce deficiena cognitiv caracteristic maladiei Alzheimer

Erori de pliere a moleculelorPeptidele A se agreg, genernd amiloidul din parenchimul cerebral i din jurul vaselor sangvine

Erori de pliere a moleculelorUn alt factor biologic implicat n patogenia maladiei Alzheimer const n acumularea de complexe neurofibrilare n esutul cerebral

Una dintre componentele principale ale complexelor fibrilare este o form aberant a proteinei (tau)

Erori de pliere a moleculelorVarianta normal a acestei proteine intervine n asamblarea structurilor microtubulare, fiind aparent blocat proteina aberant

Ghemurile neurofibrilare patologice din interiorul neuronilor sunt constituite din agregate de protein "tau", datorit unui proces de hiperfosforilare

Erori de pliere a moleculelorBeta-amiloidul este o peptid ce rezult dintr-o protein precursoare,

Amyloid-Precursor-Protein (APP), inserat pe membrana celular

Erori de pliere a moleculelorBeta-amiloidul, n form oligomeric insolubil, este citotoxic i altereaz homeostazia ionilor de calciu, inducnd astfel procesul de apoptoz (moarte celular programat)

Acest peptid depozitat anormal n structurile cerebrale este un derivat format prin clivarea proteolitic a unui precursor amiloidic mai mare , o protein transmembranar unic exprimat la suprafaa celulelor cerebrale i din alte esuturi.

Erori de pliere a moleculelor

Bolile prioniceDenumirea de prioni provine de la particula proteic infecioas considerat a fi agentul infecios n encefalopatiile transmisibile (TSE), de exemplu boala Creutzfeldt-Jakob, encefalopatia scrapie la ovine i encefalopatia spongiform a bovinelor

Toate TSE sunt invarabil letale i nu exist tratament capabil s modifice evoluia acestoraAceast protein are o structur cu numeroase regiuni de tip -helix i este susceptibil a fi degradat de proteinaza K

Bolile prionicePrionul normal poate fi convertit in vitro fr modificri de legturi covalente, la o form ce conine numeroase poriuni pliate de tip i care este rezistent fa de proteinaza K

Una dintre nclcrile dogmei centrale a geneticii o reprezint, fr ndoial, modul de via al particulelor infecioase proteice, numite, generic, prioni (proteinaceous infectious particles).

Bolile prioniceAa cum virusurile pot ptrunde n organismul gazd, unde se multiplic i determin alterarea acestuia, tot la fel i aceste particule infecteaz organismele superioare

Diferena major ns o constituie faptul c prionii nu au niciun fel de material genetic convenional (ADN sau ARN). Se presupune cinformaia lor genetic este stocat n structura teriar a proteinei.

Bolile prioniceProteina infecioas denumit proteina prionic (PrP) este rezistent la degradarea proteolitic, iar n forma infecioas tinde s formeze agregate fibrilare insolubile, similare acumulrii de amiloid din alte afeciuni cerebrale

Forma neinfecioas a PrP care are aceeai secven de aminoacizi i aceleai secvene genice ca i forma infecioas este prezent n mod normal n esutul cerebral al mamiferelor, pe suprafaa neuronilor i a celulelor gliale. PrP reprezint o protein parazit.

Bolile prionicentre forma infecioas i neinfecioas a PrP nu au fost identificate diferene ale structurii primare i nici modificri posttranslaionalePrP devine infecioas n urma modificrii conformaiei sale tridimensionale Mai multe -helixuri din componena formei neinfecioase a PrP sunt substituite prin foi n forma infecioas, aceast particularitate conformaional asigurnd rezisten relativ la degradarea proteolitic a prionilor infecioi Agentul infecios reprezint o variant aberant a unei proteine normale

Bolile prioniceProteina prionic acioneaz ca o matri dup care proteina iniial este rempachetat, printr-un proces facilitat de o alt molecul proteic.Multiplicarea prionilor n organismul gazd.

Bolile prionicen ceea ce privete multiplicarea prionilor n organismul gazd, exist multiple teorii, dintre care cea mai acceptat este aceea a transformrii prin contact

n mod obinuit, n creierul mamiferelor, exist proteina PrPc. Aceasta este o protein membranar implicat n interaciunea cu ioni metalici (Cu2+), n susinerea activitii sinaptice, n asigurarea neuroproteciei prin interaciunea cu alte proteine membranare.

Bolile prioniceExperimental, s-a constatat c obolanii care nu prezint aceast protein n creier nu par s prezinte modificri patologice, ns nu manifest i nu transmit nicio boal prionic, n ciuda inoculrii

n urma infeciei cu proteina prionic (PrPsc), proteina iniial este alterat i transformat n protein prionic, aceasta avnd, la rndul su, capacitatea de a transforma alt protein.

Nivele superioare de organizare structuralSe ntlnesc la enzime care se asociaz alctuind ansamble multimoleculare sau multienzimatice

Complexul multienzimatic al piruvat dehidrogenazei (PDH), care produce decarboxilarea oxidativ a acidului piruvicCuprinde 3 enzime:Piruvat-dehidrogenazaLipoatacetiltransferazadihidrolipoildehidrogenaza

Rezumat1. Pentru a descifra structura proteinelor este necesar nelegerea conceptului de conformaie nativ care reprezint structura complet pliat i funcional a unei proteine (enzim activ sau o protein structural)

2. Structura tridimensional unic a conformaiei native este determinat de structura primar a proteinei respective.

Structura proteinelor3. Interaciunile dintre catenele laterale ale aminoacizilor direcioneaz plierea lanului polipeptidic pentru a genera structurile secundar, teriar i cuaternar care conlucreaz la stabilizarea conformaiei native a unei proteine

4. n plus, o clas special de proteine denumite chaperone, intervine n plierea corect a multor tipuri de proteine.

Structura proteinelor4. Denaturarea proteinelor determin deplierea i dezorganizarea structurilor proteice, dar nu produce hidroliza legturilor peptidice. Denaturarea poate fi reversibil sau, mult mai frecvent, ireversibil

5. Disfunciile apar atunci o protein aparent normal capt o form citotoxic, aa cum se ntmpl n maladia Alzheimer i n encefalopatiile spongiform transmisibile (TSE), inclusiv boala Creutzfeldt-Jakob

Structura proteinelor6. n maladia Alzheimer, proteinele normale, dup o procesare chimic aberant, dobndesc o conformaie unic ce permite constituirea unor agregate proteice neurotoxice, alctuite din foi pliate

n TSE, agentul infecios este reprezentat de varianta aberant a unei proteine prionice normale, care acioneaz asemeni unui tipar n sensul convertirii moleculelor de protein normal n forma infecioas patogen.

Proteine nrudite ce evideniaz relaia structur-funcieHEMOPROTEINE

Proteine nrudite ce evideniaz relaia structur-funcie

Proteine globulareProteine nrudite ce evideniaz corelaia structur-funcieHemoproteinele globulare constituie o clas de proteine specializate care conin hem- o grupare prostetic stabil. Din aceast categorie fac parte:Mioglobina i hemoglobina, proteine implicate n transportul i depozitarea oxigenului;Citocromii, proteine transportoare de electroni, componeni ai lanului respirator mitocondrial i din reticulul endoplasmicUnele oxidaze i peroxidaze

Proteine globulareRolul gruprii hem este condiionat de mediul pe care l genereaz structura tridimensional a proteineiDe exemplu, gruparea hem din structura unui citocrom funcioneaz ca un transportor de electroni, care poate fi oxidat i redusn schimb, hemul din catalaze este o component a poriunii active a enzimei i particip la descompunerea apei oxigenate n structura hemoglobinei i a mioglobinei, dou din cele mai frecvente hemoproteine ntlnite n organismul uman, hemul are rolul de a lega reversibil atomii de oxigen.

Structura i funcia Hb, Mb

Structura i functia HbHemul reprezint un complex biochimic constituit din protoporfina IX i un ion de fier divalent (Fe 2+) Atomul de fier este meninut n centrul moleculei hem prin intermediul unor legturi cu toi cei patru atomi de azot ai inelului porfirinic

In ce compusi gasim gruparea Hem?

Structura, functia si metabolismul HbPe lng aceste patru legturi fierul hemului poate forma dou legturi suplimentare de fiecare parte a inelului porfirinic care este un plan

n structura mioglobinei i a hemoglobinei una dintre aceste legturi suplimentare se realizeaz cu catena lateral a unui rest de histidin din componena globinei, iar cealalt legtur se face cu oxigenul.

Structura, functia si metabolismul Hbhistidina proximal (F8) se leag direct de atomul de fier al hemului. histidina distal (E7) nu interacioneaz direct cu gruparea hem, dar contribuie direct la stabilizarea legturii oxigenului cu Fe2+.

Structura i functia Hb

Structura i functia HbProtoporfirina IX are urmtorii substituieni:

1, 3, 5, 8: grupri metil (M), -CH32, 4: grupri vinil (V), -CH=CH26, 7: grupri propionil (P), -CH2-CH2-COOH (P)

Structura i functia HbHemoglobina se gsete numai n hematii i are rolul de a transporta oxigenul la nivel pulmonar n capilarele tisulare

Hemoglobina A, tipul dominant al adultului, este constituit din patru lanuri polipeptidice, dou lanuri i dou , unite prin legturi necovalente

Fiecare subunitate catenar conine segmente -helicale i o unitate de legare a hemului similar celei descrise n cazul mioglobinei.

Structura i functia HbCu toate acestea, molecula tetrameric a hemoglobinei este mult mai complex dect mioglobina

Hemoglobina poate transporta ionii H+ i moleculele de CO2 de la esuturi la plmni i poate transporta patru molecule de oxigen de la plmni la nivel celular

Capacitatea hemoglobinei de a lega oxigenul este reglat de interaciunea cu efectorii alosterici.

Structura i functia HbObinerea oxigenului direct din atmosfer, prin simpl difuziune este limitat

Sistemele circulatorii nltur acest neajuns fiind necesar prezena unor molecule cu rol trasnportor, de exemplu hemoglobina, deoarece solubilitatea oxigenului n soluii apoase (precum sngele) este destul de redus.

Structura i functia HbStructura cuaternar a hemoglobineiTetramerul hemoglobinic poate fi imaginat ca o asociere a doi dimeri identici ()1 i ()2

Cele dou lanuri polipeptidice din componenta fiecrui dimer stabilesc legturi puternice n principal prin interaciuni hidrofobe

Resturile de aminoacizi hidrofobi sunt localizate nu numai n interiorul moleculei ci i n regiuni specifice de pe suprafaa fiecrei subuniti.

Structura i functia HbInteraciunile intercatenare de tip hidrofob constituie legturi puternice ntre subunitile i ale dimerilor

Legturile ionice i punile de hidrogen se stabilesc i ntre componentele fiecrui dimer n parte. Cei doi dimeri se pot mobiliza unul n raport cu cellalt deoarece sunt uniti n principal prin legturi polare.

Structura i functia HbLegturile slabe dintre aceti dimeri mobili permit modificrile poziiei relative ale acestora n structura deoxihemoglobinei comparativ cu oxihemoglobina

Legarea oxigenului la fierul hemului induce coborrea Fe2+ n planul gruprii hem

Deoarece atomul de fier este legat i de histidina proximal (F8), se nregistreaz o micare a lanurilor globinei care modific interfaa dintre dimerii .

Structura i functia HbForma T. Deoxihemoglobina este denumit i forma T sau forma ntins, tensionat a hemoglobinei.

Cei doi dimeri interacioneaz prin intermediul unei reele de legturi ionice i puni de hidrogen care reduc mobilitatea lanurilor polipeptidice.

Forma T reprezint varianta de hemoglobin cu afinitate redus pentru oxigen.

Structura i functia HbForma R. Legarea oxigenului la hemoglobin determin ruperea anumitor legturi ionice i puni de hidrogen dintre dimerii

Apare o structur denumit forma R sau relaxat a hemoglobinei, n cadrul creia lanurile polipeptidice au o libertate de mobilizare mai mare. Forma R reprezint varianta de hemoglobin cu afinitate crescut pentru oxigen.

Structura i functia MbMioglobina se gsete n muchiul cardiac i striat, avnd rol de rezervor i transportor de oxigen, asigurnd rata de difuziune a oxigenului n fibra muscular

Este o hemoprotein format dintr-o globin specific i hem

Structura i functia MbGlobina este un peptid cu un singur lan care conine 153 aminoacizi i care este asemntor din punct de vedere structural cu subunitile polipeptidice catenare din molecula hemoglobinei

Aceast omologie biochimic permite utilizarea mioglobinei ca model pentru interpretarea anumitor proprieti complexe ale hemoglobinei

Structura i funcia MbComponenta -helical

Mioglobina este o molecul compact al crei lan polipeptidic este pliat n proporie de 80%, n opt segmente -helicale, marcate prin litere, A- H

Acestea au la captul terminal fie prolin, al crei inel pentaatomic nu poate fi integrat ntr-o structur de tip -helix, fie pliuri i spirale stabilizate prin puni de hidrogen i legturi ionice.

Localizarea aminoacizilor polari i nepolariInteriorul moleculei mioglobinice este alctuit aproape n exclusivitate din aminoacizi nepolari

Acetia sunt asamblai compact i constituie o structur stabilizat prin interaciunile hidrofobe dintre aceste resturi compactate

Aminoacizii polari sunt localizai aproape exclusiv la suprafaa moleculei, unde pot forma puni de hidrogen att ntre ei ct i cu moleculele de ap.

Structura i funcia Mb

Structura i funcia MbLegarea hemuluiHemul mioglobinic este localizat ntr-o crevas a moleculei delimitat de aminoacizi nepolari, cu excepia a dou resturi de histidin. Unul dintre acestea este histidina proximal (F8) care se leag direct de atomul de fier al hemului

Cellalt, histidina distal (E7) nu interacioneaz direct cu gruparea hem, dar contribuie direct la stabilizarea legturii oxigenului cu Fe2+

Structura i funcia MbLegarea hemului

Componenta globinic sau proteic a mioglobinei creeaz un mediu favorabil hemului care permite legarea reversibil a unei molecule de oxigen, proces denumit oxigenare

Cedarea simultan de electroni de ctre Fe2+, process denumit oxidare are loc foarte rar.

Legarea oxigenului la mioglobin i hemoglobinMioglobina poate lega o singur molecul de oxigen deoarece conine o singur grupare hem

Hemoglobina poate lega patru molecule de oxigen, cte una la nivelul fiecruia din cele patru grupri hem

Gradul de saturaie (Y) al acestor situsuri de legare a oxigenului din componena moleculelor de mioglobin sau hemoglobin poate varia ntre zero (situsuri goale n toatalitate) i 100 % (situsuri ocupate n totalitate).

Legarea oxigenului la mioglobin i hemoglobinAfinitatea pentru oxigen a mioglobinei comparativ cu hemoglobina este mult mai mare, la toate valorile pO2Presiunea parial a oxigenului necesar atingerii nivelului mediu de saturaie la nivelul situsurilor de legare a oxigenului (P50) este de aproximativ 1 mmHg pentru mioglobin i de 26 mmHg pentru hemoglobinCu ct afinitatea pentru oxigen este mai mare (cu ct oxigenul este legat mai puternic) cu att scade valoarea P50.

50%100%

Legarea oxigenului la Mb i Hb

Curba de saturare cu oxigen a mioglobinei are form de hiperbol

Acest fapt reflect faptul c mioglobina leag reversibil o singur molecul de oxigen

Mb

Legarea oxigenului la Mb i Hbn consecin, ntre mioglobina oxigenat (MbO2) i deoxigenat (Mb) se stabilete o relaie de echilibru:

Mb + O2 MbO2Acest echilibru este deviat de o parte i de alta n funcie de n funcie de adaosul sau extracia de oxigenului din sistem. Mioglobina este special conceput s lege oxigenul eliberat de hemoglobin la valori reduse ale pO2 la nivel muscular. Pe de alt parte, mioglobina cedeaz oxigenul celulei musculare n condiiile unui necesar crescut de oxigen.

Mb

Legarea oxigenului la Mb i Hb

Curba de disociere a oxigenului n cazul hemoglobinei are form sigmoidal, fapt care relev cooperarea subunitilor structurale n procesul de legare a oxigenului.

Hb

Legarea oxigenului la Mb i HbLegarea coactiv a oxigenului de ctre cele patru subuniti ale Hb nseamn c ataarea unei molecule de oxigen la nivelul unei grupri hem induce o cretere a afinitii pentru oxigen la nivelul celorlalte grupri hem din componena aceleiai molecule de hemoglobin

Acest efect este denumit interaciune hem-hem. Legarea primei molecule de oxigen la Hb este mai dificil, legarea urmtoarelor molecule de oxigen decurgnd cu o afinitate crescut n intervalul de 20-30 mmHg.

Hb

Legarea oxigenului la Mb i HbEfecte alosterice. Reglarea transportului de O2

Capacitatea hemoglobinei de a lega reversibil oxigenul este influenat de urmtorii efectori alosterici (cu tropism diferit):

pO2 pH-ul mediuluipCO22,3-DPG (bifosfoglicerat) disponibil

Legarea oxigenului la Mb i HbInteraciunea acestora cu un situs al moleculei de hemoglobin afecteaz procesul de legare a oxigenului la gruprile hem cu localizare molecular diferit

Capacitatea de legare a oxigenului de mioglobin nu este influenat de efectori alosterici.

Legarea oxigenului la Mb i Hb1. Interaciunile hem-hem (Cooperativitatea)Aspectul sigmoidal al curbei de legare a O2 reflect modificrile structurale specifice iniiate la nivelul unei grupri hem i transmise succesiv i celorlate grupri hem din componena tetramerului de hemoglobin

Efectul net const n faptul c afinitatea Hb pentru ultima molecul de oxigen legat este de aproximativ 300 ori mai mare dect afinitatea pentru prima molecul de oxigen legat

Legarea oxigenului la Mb i HbProcesul de legare coactiv a O2 i permite Hb s livreze esuturilor o cantitate mai mare de oxigen ca rspuns la modificri relativ reduse ale presiunii pariale a oxigenului

La nivel pulmonar, concentraia oxigenului este crescut i hemoglobin aeste saturat cu oxigen. n esuturile periferice, oxihemoglobina cedeaz cea mai mare parte a oxigenului, urmnd ca acesta s fie utilizat n cadrul metabolismului oxidativ al esuturilor.

Legarea oxigenului la Mb i HbPanta abrupt a curbei de disociere a oxigenului reflect direct gradientul O2 ntre plmni i esuturi care faciliteaz transportul i livrarea eficient a O2 din medii cu pO2 crescut n medii cu pO2 sczutO molecul care prezint o curb de disociere a O2 cu aspect de hiperbol, cum este Mb nu are aceeai capacitate de cedare a oxigenului n intervalul valoric al pO2 menionat. n acest interval presional, afinitatea Mb pentru O2 ar fi maximal i capacitatea de cedare a O2 ctre esuturi ar fi egal cu zero

Hb

Interpretarea aspectului sigmoidalal curbei de disociere a oxigenuluiMb

Legarea oxigenului la Mb i Hb2. Efectul Bohr Afinitatea Hb pentru O2 scade n mediul acid (esuturile periferice)

Efectul HaldaneAfinitatea Hb pentru O2 scade atunci cnd CO2 crete n esuturile periferice

esuturiplmniplmniesuturi

Legarea oxigenului la Mb i Hb2. Efectul BohrDisocierea oxigenului de pe molecula de Hb este accelerat de scderea pH-ului sau de creterea PpCO2n ambele situaii are loc scderea afinitii Hb pentru oxigen cu devierea la dreapta a curbei de disociere a oxigenului, ambele efecte stabiliznd forma T a hemoglobineiAceast modificare a capacitii de legare a oxigenului este denumit efect Bohr. Creterea pH-ului sau scderea concentraiei CO2 determin creterea afinitii Hb pentru O2 cu devierea la stnga a curbei de disociere a oxiHb.

Efect Bohr

Legarea oxigenului la Mb i Hb3. Aciunea 2,3 DPG. Este un metabolit al glicolizei format n hematii, iar legarea de Hb determin, indirect eliberarea O2 la esuturi.

Legarea oxigenului la Mb i Hb3. Aciunea 2,3 DPG. Se afl n cantiti semnificative n hematii (fosfatul anorganic), cantitatea de Hb i 2,3DPG fiind echivalent. Concentraia este de aproximativ 4,5mM.

Reduce afinitatea pt O2 a Hb legndu-se la deoxiHb nu i la oxiHb i stabiliznd forma T a Hb.

HbO2 + 2,3 BPG Hb-2,3BPG + O2

oxiHbdeoxiHb

3. Aciunea 2,3 DPG

Situsul de legare a 2,3 DPGO singur molecul de 2,3 DPG se ataeaz la nivelul unei nie, constituit din dou lanuri beta globinice, chiar n tetramerul deoxiHb

Aceast ni conine un nr de AA cu sarcin electric pozitiv care formeaz legturi ionice cu gruprile fosfat electronegative din componena 2,3 DPG

2,3 DPG este ndeprtat n cursul procesului de oxigenare a Hb.

3. Aciunea 2,3 DPGDup decuplarea 2,3 DPG, Hb are o afinitate crescut pt O2

Prezena n hematie reduce semnificativ afinitatea Hb pentru O2 i determin devierea la dreapta a curbei de disociere a O2

Afinitatea redus permite disocierea eficient a O2 de Hb la presiunea sczut a O2 din esuturi

2,3 DPGn hipoxia cronic (BPOC sau altitudine), anemii cronice:[2,3 DPG] n hematii crete Hb nu primete o cantitate suficient de O2Nr redus de hematii nu asigur necesarul de O2

Creterea [2,3 DPG] induce scderea afinitii pt O2 a Hb i permite cedarea unei cantiti mai mari de oxigen n capilarele tisulare

2,3 DPGn cazul sngelui transfuzat, conservarea sg pe suport de citrat determin scderea 2,3 DPG n hematii

Sg prezint o afinitate anormal de mare pt O2 si nu cedeaz eficient oxigenul ctre esuturi.Hb = capcana pt O2Hematiile transfuzate i refac rezervele de 2,3 DPG n 24-48 oreHbF leag slab 2,3BPG; afinitate crescut pt O2 a HbF ce favorizeaz transferul O2 spre eritrocitele ftului

2,3 DPGStatusul pacienilor cu afeciuni severe poate fi grav compromis n urma administrrii unei cantiti crescute de snge spoliat de 2,3 DPG

Scderea concentraiei de 2,3 DPG poate fi mpiedicat prin adaosul unor substraturi speciale, inozina, n soluia conservantInozina (hipoxantin-riboza) este o molecul neionizat ce penetreaz hematia elibernd miezul de riboz ce va fi fosforilat intrnd n ciclul hexozomonofosfatului fiind convertit la 2,3 DPG.

Legarea oxigenului Mb i Hb

Izoformele hemoglobinei La acelai individ sunt sintetizate n stadiile fetale i embrionare diferite izoforme sau izoenzime ale unei proteine care pot fi prezente n diferite esuturi sau n localizri intracelulare specifice. Toate izoenzimele au aceeai funcie

Izoenzimele sunt enzime cu structur primar diferit care catalizeaz aceeai reacie i care sunt codificate de gene diferite. O parte dintre ele rezult din splicing-ul alternativ al pre-mARN formnd diferite mARN-uri. mARN este matria final a acidului nucleic utilizat n sinteza proteic.

Izoformele HbIzoformele hemoglobinei reprezint un exemplu de modificare aprut n perioada embrionar i fetal

Hemoglobina fetal HbF este exprimat n ultimul trimestru de sarcin pn la natere cnd este nlocuit de HbA

HbF este format din dou lanuri polipeptidice i dou n comparaie cu HbA ce conine dou lanuri i dou .

Izoformele Hbn stadiile de dezvoltare embrionar sunt produse lanuri polipeptidice i cu o compoziie diferit n aminoacizi

Diferenele apar din cauza mutaiei unei gene duplicate, rezultnd lanul

Att Hb fetal ct i cea embrionar prezint afinitate mai mare pentru O2 fa de HbA, acest fapt fiind un avantaj n condiiile unei presiuni mici a O2 la care este supus ftul. n diferite stadii de dezvoltare sunt exprimate i traduse genele globinei specifice etapei

Izoformele HbPentru HbF, valoarea presiunii pariale a oxigenului la care proteina este saturat n proporie de 50%, P50 este de 19mmHg, n timp ce n cazul HbA este de aproximativ 26,8mmHg

Ca urmare, curba de saturaie n oxigen este orientat spre stnga n cazul HbF n comparaie cu cea pentru HbA.

Diferenta dintre Mb, HbA si HbF

Izoformele HbTratamentul siclemieiDup oprirea produciei de HbF dup natere copiii ncep s produc HbA

La cei cu siclemie, ncepe producerea de HbS care modific forma hematiilor care vor bloca vasele de snge, cauznd episoade ocluzive dureroase specifice bolii.

Izoformele HbTratamentul siclemiei Dac HbF rmne forma predominant de Hb dup natere, numrul episoadelor ocluzive se reduce la aceti pacieni

Hidroxiurea stimuleaz producerea HbF i poate fi utilizat n tratamentul siclemiei

Reducerea severitii bolii cu ajutorul HbF se explic prin capacitatea acesteia de a inhiba formarea agregatelor de Hb n celulele roii care conin i HbS

Tratamentul combinat hidroxiuree-eritropoietin recombinant este mult mai eficient dect hidroxiureea, crescnd nivelul de HbF i favoriznd dezvoltarea celulelor F coninnd HbF.

Liganzi ai Hb

Liganzi ai Hb1) CO (carboxi-Hb)Afinitatea sa pentru hem este de 200 ori mai mare fa de cea a oxigenuluiDeplasabil cu un amestec de 95%O2/ 5%CO22) CO2 (carbamino-Hb)Hb fixeaz CO2 pe un aminoacid al extremitii C- terminale al unui lan , favoriznd forma T 3) NOMolecul vasodilatatoare cu o afinitate pentru Hb de 8000 ori mai mare fa de cea a oxigenului.

Sistemul tampon al HbHematie

Sistemul tampon al HbHb este bogat n His (33/ molecul)

AA are un pKa de 7,3, foarte apropiat de pH plasmaticLa pH fiziologic exist 50% din fiecare form a His Abundena de Hb din snge i nr mare de molecule de His = sistem tampon foarte eficaceGlobina

Globina

HemoglobinopatiiAfeciuni genetice cauzate de:1. sinteza unor Hb anormale2. sinteza de cantiti insuficiente de Hb3. ambele

Anemia falciform (HbS), hemoglobinopatia C (HbC) i sindroamele talasemice sunt afeciuni care pot avea evoluie clinic grav

HemoglobinopatiiHemoglobinopatii:prin deficit calitativ- hemoglobine patologice (S, C)prin deficit cantitativ- talasemiile

HbS: nlocuirea Glu cu Val, crize vasoocluziveHbC:Glu cu Lys, anemie hemolitica cronica; nu necesit tt specificMethemoglobinemiile: Hb nu leag O2 (Fe3+); hipoxie tisular (cefalee, anxietate, dispnee); tt cu albastru de metilen care este oxidat in paralel cu reducerea ionului de Fe 3+

HemoglobinopatiiTalasemiile- afeciuni hemolitice ereditare cauzate de un dezechilibru n sinteza lanurilor de globin

Beta-talasemiile (minora sau majora): deficit de sinteza a lanului betaLanurile alfa nu pot forma stabili tetrameri i precipit determinnd moartea prematur a precursorilor eritrocitari. Tt: transfuzii, transplant medularAlfa-talasemiile- tetrameri beta ce nu stabilesc interactiuni hem-hem; curba cu aspect hiperbolicAnemie hemolitica de gravitate variabila

IMUNOGLOBULINELESunt proteine plasmatice din clasa gamma-globulinelor cu rol de anticorpiSintetizate de limfocitele B activateca raspuns la prezenta unor Ag straine organismului sau care au suferit modificariAc+Ag= complex imun Ag-Ac

Grp chimice ce decl. sinteza unui Ac= determinanti antigenici4 lanturi peptidice:- 2 l grele H (heavy) identice: ,, , , -5 clase: IgG, A, M, D, E- 2 l usoare L (light) identice: ,

IMUNOGLOBULINELELanturile sunt legate prin punti disulfuriceIg sunt glicoproteine (2-12% continut glucidic)Tetrameri H2L2 cu doua regiuni:

Variabile (V): capetele N-terminale ale l grele si usoare cu secventa de AA variabila; regiuni hipervariabileConstante (C) :secventa de AA este aproape ct pt fiecare clasa de Ig

IMUNOGLOBULINELEntre Ag si Ac au loc interactiuni:HidrofobeNecovalenteLegaturi de hidrogencu grad inalt de specificitate

IMUNOGLOBULINELE5 clase Ig:-IgA: plasma, secretii intestinale, lacrimi; prima linie de aparare; nu activeaza C-IgE: pe Le bazofile plasmatice si pe mastocitele din peretii vaselor; reactii alergice (secretia de histamina)-IgD: in plasma integrate in mb limfocitelor B-IgG: constituie fractiunea majora a Ig plasmatice; activeaza celulele fagocitare cat si C; in aparare infectioasa; RI secundar-IgM: RI primar; Ac infectiosi

Proteine fibrilare

COLAGENUL

COLAGENUL- distribuia n esuturi

COLAGENUL- structura

COLAGENUL-biosintezaFormarea superhelixului de colagen. Etape:

1. Sinteza lanturilor alfa; Hyp si Hyl nu corespund codonilor din mARN transcrisi din AND2. In prezenta enzimelor lizil-hidroxilaza si prolil-hidroxilaza, O2, Fe, acid ascorbic (activator) si alfa-cetoglutaric are loc hidroxilarea; se formeaza helixul poliprolinei3. asocierea celor 3 lanturi pp-triplu helix= procolagen intact; glicozilarea in pozitia 5 a Hyl in prezenta transferazelor

COLAGENUL- formarea hidroxiprolinei

COLAGENUL-biosintezaProcolagenul intact contine la capetele N-si C-terminale extensii polipeptidice numite si telopeptide;

la capatul C-terminal extensiile sunt unite prin punti disulfurice, care au rolul de a alinia lanturile alfa in vederea formarii superhelixului.

COLAGENUL- condensarea Allys

COLAGENUL-biosinteza4. procolagenul format la nivelul RE ajunge in aparatul Golgi pe calea veziculelor de secretie la MC, iar prin exocitoza in spatiul extracelular5. extracelular intervin procolagen-peptidazele N-si C-terminale care indeparteaza extensiile de la ambele capete rezultand tropocolagen (T), forma solubila a colagenului. 6.T se asambleaza si formeaza fibrilele de colagen; moleculele se aliniaza cap la coada si lateral; se suprapun din lungime, fiind decalate cu din L

Formarea microfibrilei de colagen

Formarea microfibrilei de colagenAceste spatii sunt diferite la tesuturile dure (au exact volumul necesar pt a patrunde ionii de calciu si fosfat necesari mineralizarii) si cele moi (depunerea de ioni de calciu si fosfat nu e posibila, mineralizarea neavand loc).

Schematic, biosinteza colagenului poate fi redata astfel:

Sinteza colagenuluiProcolagen peptidazaLizil oxidazaProlil i lizilhidroxilazeTransferazeProcolagen intactTropocolagen

Tipuri de colagenV. (alfa1V), alfa2- continut crescut de Hyl, in cantitati mici in tesuturi

COLAGENOZE

Alte boli ale colagenului

Keratina

Keratina-structura

Keratina-formarea micro-i macrofibrilelor

Keratina

Elastina- structura i rol

Elastina- structura i rolReticularea se realizeaza pe 2 cai:

Prin oxidarea unor resturi de lizina si allizina sub actiunea unor oxidaze cu formarea de aldimine prin condensare cu gruparea a lizinei

Condensarea a 3 resturi de allizina cu o grupare a lizinei nemodificate. Se formeaza desmozina, un nod molecular ce mentine in echilibru patru lanturi de elastina.

Rolul 1- antitripsinei n degradarea elastinei1- antitripsina

Proteaze

IntrebariFemeie 30 ani, cu dispnee progresiva. Neaga consumul de tigarete. Antecedentele familiale releva o boala pulmonara necunoscuta la una din surorile pacientei.

A. Deficit de prolil-hidroxilazaB. deficit de alfa1-antitripsinaC. carenta alimentara de vitamina CD. scaderea activitatii elastazeiE. cresterea activitatii colagenazei

IntrebariDeficitul de alfa1-antitripsina= afectiune genetica ce det. emfizem pulmonar in absenta fumatului. Activitatea elastazei creste; elstina din peretii alveolari se ditruge

Deficitul de alfa1-antitripsina tb suspectat la pacientii cu BPOC < 45 ani, fara antecedente de bronsita cronica sau consum de tutun sau cand exista mai multi membri ai aceleiasi familii cu patologie pulmonara obstructiva cu debut la varsta tanara.

Intrebari2. Care dintre urmatoarele afirmatii caracterizeaza regiunile alfa-helix proteice?

A. Toate au aceeasi structura primaraB. Sunt formate in principal prin legaturile de hidrogen dintre atomul de oxigen al gruparii carbonil al unei grupari peptidice si hidrogenul amidic al unei alte legaturi peptidiceC. formate prin legaturile de hidrogen dintre atomul carbonil al unei legaturi si atomii de hidrogen ai radicalilor unui alt AAD. formate prin legaturile de hidrogen dintre 2 AA adjacenti ai structurii primareE. au un continut ridicat in prolina si glicina

IntrebariCare dintre urmatoarele afirmatii referitoare la proteinele globulare sunt adevarate?

A.Aa hidrofili tind sa fie in interiorB. AA hidrofobi sunt la exteriorC. structura tertiara e formata prin interactiuni hidrofobe si electrostatice intre AA precum si din legaturi de H intre AA si intre AA si apaD. structura secundara rezulta in principal prin interactiunile hidrofobice dintre aaE. puntile disulfidice covalente

IntrebariO proteina prezinta un domeniu transmembranar compus in intregime dintr-o structura secundara tip alfa-helix. Care dintre urmatorii AA pot fi gasiti in acest domeniu?

A. prolinaB. GlutamatC. LizinaD. LeucinaE. Arginina

IntrebariLa autopsia unui pacient cu boala Alzheimer s-au evidentiat agregate proteice si placi in diferite regiuni ale creierului. Aceste placi necesita coloratia specifica amiloidului. Care dintre urmatoarele structuri sunt mai carateristice acestora?

A. un continut ridicat in foia beta pliataB. un continut ridicat in alfa-helixC. un continut ridicat de bucle intamplatoareD. punti disulfidice intre lanturile polipeptidiceE. conformatia nativa cu energie minima

proteine

Documents