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Emoglobina - Liosozima

Il programma del corso di Biochimica è il seguente:
- L'acqua: Proprietà, struttura, interazioni dell'acqua con molecole idrofiliche ed idrofobiche. Interazione dell'acqua con le macromolecole.
- Amminoacidi: Struttura e nomenclatura (compresa quella ad una lettera) dei 20 amminaocidi proteici, proprietà, classificazione, curve di titolazione, punto isolelettrico.
-... Vedi di più

Esame di BIOCHIMICA docente Prof. G. Pitari

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ESTRATTO DOCUMENTO

Mb Hb arterioso

venoso

sangue sangue

Il primo tentativo volto ad analizzare la curva si saturazione

sigmoide dell’O nell’Hb fu formulato da Hill (Premio Nobel

2

per la Medicina, 1922). Egli ipotizzò che l’Hb potesse legare n

molecole di O in una sola tappa (cooperatività infinita):

2

Hb + n O Hb(O )

2 2 n Archibald Vivian Hill

1886-1977

[

siti occupati

] [

siti occupati

] [ Hb ( O ) ]

= = = 2 n

Y + +

O [

siti totali ] [

siti occupati

] [

siti liberi

] [ Hb ( O ) ] [ Hb ]

2 2 n

⋅ n

[ Hb ] [ O ] K

= → = ⋅

2

K D

[ ] [ Hb ] [ Hb ( O ) ]

D 2 n

Hb ( O ) n

[ O ]

2 n 2 n

[ Hb ( O ) ] 1 [ O ]

= = =

2 n 2

Y +

O n

K K K [ O ]

2 + ⋅ +

D D

[ Hb ( O ) ] [ Hb ( O ) ] 1 D 2

2 n 2 n

n n

[ O ] [ O ]

2 2

n

n

[ O ] pO

= =

2 2

Y + +

O n

n

K [ O ]

2 p pO

D 2 50 2

La trasformazione secondo Hill produce

  ( )

Y ( )

  = −

O

log n log p log p

2

 

− O 50

1 Y 2

 

O 2

La quantità n, cioè il coefficiente di Hill, è una

misura della cooperatività del sistema. Quando:

n = 1: il sistema è non cooperativo. Il binding del legante è semplice

(comportamento iperbolico)

n > 1: il binding presenta cooperatività positiva (curva sigmoide)

n < 1: il binding presenta cooperatività negativa (curva a scalino)

re

rio

pe

su

to

to

in

as

A

p della 4

50

O legata

2 Hb n=2.8

Mb n=1 A

della 1

p 50

O legata

re 2

o

ri

e

f

in

to

o

nt

i

as

Cooperatività del legame dell’O : basi strutturali

2

La cooperatività positiva (n>1) del legame dell’ossigeno nell’Hb deriva

dalle modificazioni strutturali che il binding di una molecola di O ad un

2

gruppo eme può indurre sull’affinità per l’O di un altro gruppo eme.

2

Cooperatività del legame dell’O : basi strutturali

2

La distanza fra gli emi è troppo grande (26 – 35 Å) per avere interazioni

eme-eme di tipo elettronico. Gli effetti dell’ossigenazione su di un eme

vengono trasmessi agli altri meccanicamente dalla proteina.

α

1 β 2

α

2 β 1

Le strutture cristallografiche T ed R dell’emoglobina sono

diverse ed è difficile dimostrare la sequenza di eventi che porta a

questa trasformazione.

Meccanismo stereochimico di Perutz

• il movimento del Fe(II) nel piano dell’eme (indotto dal binding

dell’O ) innesca il cambio conformazionale da T ad R

2 α −β α −β

• i contatti e hanno due posizioni stabili

1 2 2 1

• lo stato T è stabilizzato da un intreccio di ponti salini che devono

essere rotti per passare allo stato R; lo stato R è stabilizzato dal

legame con l’O

2

• La cooperatività del legame dell’O all’Hb deriva dal cambio

2

conformazionale T R

• La curva sigmoide del legame dell’O all’Hb è data dall’insieme

2

di curve iperboliche dello stato T e dello stato R

Meccanismo stereochimico di Perutz

Nella desossiHb il ferro è spiazzato fuori dal piano dell’eme di 0.6 Å in direzione

prossimale e rientra nel piano dell’eme in seguito alla ossigenazione

0.6 Å

struttura a cupola

il movimento del Fe(II) nel piano dell’eme è indotto dal binding dell’O ed

2

innesca il cambio conformazionale da T ad R

Il binding dell’O richiede una serie di movimenti altamente coordinati:

2

+2

• il Fe di ogni subunità non può muoversi verso il piano dell’eme senza il

riorientamento dell’His prossimale, in modo da prevenire l’urto inevitabile con

la porfirina

• l’His prossimale è così costretta dai gruppi circostanti che non può essere

riorientata a meno che questo riorientamento non sia accompagnato da una

traslazione dell’elica F verso il piano dell’eme (~1 Å)

• la traslazione dell’elica F è accoppiata al cambio di struttura quaternaria che

α α

sposta il contatto C−β FG di un giro lungo l’elica C

1 2 1

α −β α −β

• la rigidità delle interfacce e fa sì che il cambio

1 1 2 2 α −β α −β

contemporanemente in entrambe le interfaccie e

1 2 2 1

Meccanismo stereochimico di Perutz

• il movimento del Fe(II) nel piano dell’eme trascina l’elica F

α

L’interfaccia -β

1 2

La traslazione dell’elica F è accoppiata al cambio di struttura quaternaria che

α α

sposta il contatto C−β FG di un giro lungo l’elica C

1 2 1

elica C

angolo FG

Stato T (desossi) Stato R (ossi)

La traslazione dell’elica F è accoppiata al cambio di struttura quaternaria che

α α

sposta il contatto C−β FG di un giro lungo l’elica C

1 2 1

elica F elica C

β α

2 1

His FG4 Asp G1 Tyr C7

La traslazione dell’elica F è accoppiata al cambio di struttura quaternaria che

α α

sposta il contatto C−β FG di un giro lungo l’elica C

1 2 1

• la traslazione dell’elica F è accoppiata al cambio di struttura quaternaria che

α

α C−β FG di un giro lungo l’elica C

sposta il contatto 1 2 1

α −β α −β

• la rigidità delle interfacce e fa sì che il cambio

1 1 2 2 α −β α −β

contemporanemente in entrambe le interfaccie e

1 2 2 1

α −β

L’interfaccia 1 2

Lo stato T è stabilizzato da molti ponti salini che vengono persi in

seguito all’ossigenazione

Immagine originale di M. Perutz

Emoglobina “congelata” negli stati T ed R stato R

alta affinità

)

(bassa p

50

L’Hb transisce fra uno stato

a basse

a bassa affinità (T)

pO ed uno stato ad alta

2 ad alte pO

affinità (R) 2 stato T

bassa affinità

(alta p )

50

Emoglobina “congelata” negli stati T ed R stato R

e

rior alta affinità

e

p

su

log p dell’Hb o

tot (bassa p )

50 in

log p 50

s

a

50

stato R stato T

bassa affinità

n = 2.8 (alta p )

50

n = 1 log p

50

stato T

e

rior

e

f

n

i

toto

n

i

s

a

Interazioni allosteriche

Avvengono quando il binding di un legante (L ) ad un sito specifico viene

1

influenzato dal binding di un altro legante (L ) detto EFFETTORE o

2

MODLUATORE ALLOSTERICO a livello di siti diversi nella proteina

• Se i ligandi sono IDENTICI si parla di effetto OMOTROPICO

• Se i ligandi sono DIVERSI si parla di effetto ETEROTROPICO

• Questi effetti sono detti NEGATIVI o POSITIVI a seconda che il

ligande L DIMINUISCA o AUMENTI l’affinità del binding per il

1

secondo legante L alla proteina

2

Esempi:

• nella mioglobina il lattato è un effettore eterotropico negativo

• nella emoglobina sono presenti effetti sia omotropici che eterotropici

O , CO, NO: effettori omotropici positivi

2 −

+

2,3-bis-fosfoglicerato, CO , H , Cl : effettori eterotropici negativi

2

• moltissimi enzimi sono allosterici (fosfofruttochinasi)

∂ ∂

 

 

Effettori Allosterici Funzioni correlate di

Y Y

=

   

L L Wyman (linked functions)

1 2

   

∂ ∂

ln L ln L

 

 

2 1

L L

1 2

K > K

1 2

eterotropico positivo

K < K

1 2

eterotropico negativo

“Stripped Hb” = 16 torr

p 50

p = 3 torr

50

2,3-bis-fosfoglicerato

(BPG)

Il 2,3-bisfosfoglicerato si lega alla desossiemoglobina in un sito cosituito dai

β.

residui C- ed N-terminali delle catene

α

1 β 1

β 2 α

2

Il 2,3-bisfosfoglicerato si lega alla desossiemoglobina in un sito cosituito dai

β.

residui C- ed N-terminali delle catene

α

1 β 1

β 2 α

2

Il 2,3-bisfosfoglicerato si lega alla desossiemoglobina in un sito cosituito dai

β.

residui C- ed N-terminali delle catene

Il legame dell’O altera il sito di binding del BPG

2

Stato T Stato R

γ

L’HbF (fetale) ha una affinità ridotta per il BPG. Nelle catene la His H 21

(143 nell’HbA) è sostituita da un residuo di Ser non carico

Mb

Hbα

Hbβ

Hbγ

Mb

Hbα

Hbβ

Hbγ

Mb

Hbα

Hbβ

Hbγ

Adattamento all’altitudine

L’effetto Bohr

Origine dell’effetto Bohr

Il rilascio di protoni in seguito al binding dell’O (o viceversa) deriva da variazioni

2

del pK di alcuni gruppi, determinate da modificazioni del loro ambiente locale,

che accompagnano la transizione quaternaria T→R +

Hb(O ) H + O = Hb(O ) + x H n = 1,2,3 e x = 0.6

2 n x 2 2 n+1

La HbO è un acido più forte della Hb

2

Alcuni gruppi amminoacidici coinvolti nell’effetto Bohr sono stati identificati

mediante studi di modificazione chimica O

+

α: 20−30% H NH

Contributi -

R NH + O C N

2

dell’effetto Bohr R NH

2

N-ter cianato N-ter carbammilato

β: Nello stato T: His146 forma ponte salino

Contributi rimozione del C-ter

manca del 30-40% con Asp94 (assente in R)

His

146

dell’effetto Bohr T: pK = 8.0 R: pK = 7.1 DesossiHb

Nello stato T: His146 forma ponte salino

con Asp94 (assente in R)

T: pK = 8.0 R: pK = 7.1 DesossiHb


PAGINE

84

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6.57 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Il programma del corso di Biochimica è il seguente:
- L'acqua: Proprietà, struttura, interazioni dell'acqua con molecole idrofiliche ed idrofobiche. Interazione dell'acqua con le macromolecole.
- Amminoacidi: Struttura e nomenclatura (compresa quella ad una lettera) dei 20 amminaocidi proteici, proprietà, classificazione, curve di titolazione, punto isolelettrico.
- Proteine: Struttura primaria. Legame peptidico. Importanza degli angoli fra i piani del legame peptidico. Struttura secondaria. Alfa-elica: caratteristiche principali. Foglietto-beta: caratteristiche principali. "Random coil". Struttura terziaria. Caratteristiche. Interazioni non covalenti che stabilizzano la struttura terziaria. Interazioni covalenti: ponti disolfuro. Relazioni tra idrofobicità e solubilità delle proteine. Struttura quaternaria. Caratteristiche.
- L’ossigeno: Emoglobina e mioglobina. Struttura e funzione della emoglobina e mioglobina. Il gruppo eme. Curve di ossigenazione. Cooperatività del legame dell'ossigeno: grafico di Hill. Cambiamenti conformazionali. Proteine allosteriche. Conformazioni T e R. Regolazione da bisfosfoglicerato, pH. Trasporto dell'ossigeno nei tessuti.
- Enzimi. Catalisi enzimatica. Energia di attivazione. Dipendenza della concentrazione di substrati e prodotti dal tempo, in una reazione enzimatica. Velocità iniziale. Cenni sui principali meccanismi di catalisi. Cinetica enzimatica. Dipendenza della velocità iniziale dalla concentrazione di substrato. Equazione e rappresentazione grafica della cinetica enzimatica secondo Michaelis-Menten. Equazione e rappresentazione grafica della cinetica enzimatica secondo Lineweaver-Burk. Inibizione enzimatica. Inibitori competitivi, non competitivi, misti.
- Gli zuccheri e i lipidi. I nucleotidi. Le vitamine. Strutture e proprietà. Le membrane biologiche.
Bioenegetica e metabolismo. Variazioni di energia libera in una reazione. Significato di ∆G e ∆G°'. Considerazioni generali sul metabolismo. Anabolismo e catabolismo. Controllo del metabolismo: livelli ed attività degli enzimi; compartimentazione; regolazione allosterica ed ormonale.
- Le vitamine. Struttura e funzione delle vitamine: Vitamina A, Vitamine del gruppo B. Le vitamine come coenzimi.
- La glicolisi. Visione d'insieme della via metabolica. Le reazioni della glicolisi: fase di investimento, fase di produzione di energia. Glicolisi anaerobica ed aerobica. Destino metabolico del piruvato. Lattato e lattato deidrogenasi. Etanolo (cenni). Controllo della glicolisi. Regolazione della fosfofruttochinasi da segnali intracellulari ed extracellulari. Regolazione dell'esochinasi. Effetto della regolazione sulle concentrazioni degli intermedi.
- La degradazione e la sintesi del glicogeno e la via dei pentosi: Struttura e funzione del glicogeno. vie di sintesi e di mobilizzazione: fosfoglucomutasi, glucochinasi, glicogeno fosforilasi e glicogeno sintetasi. Regolazione della degradazione e della sintesi. Via dei pentosi-fosfato: la fase ossidativa, la fase ricombinativa: le transchetolasi.
- Il ciclo dell'acido citrico. Ingresso del piruvato nei mitocondri. Ossidazione del piruvato:
complesso enzimatico della piruvato deidrogenasi. Enzimi e coenzimi della piruvato deidrogenasi;
meccanismo di reazione, formazone di acetilCoA. Ingresso dell'acetilCoA nel ciclo dell'acido
citrico. Enzimi e reazioni del ciclo. Controllo del ciclo dell'acido citrico: regolazione della piruvato deidrogenasi e degli altri enzimi del ciclo; ruolo del calcio. Resa energetica della glicolisi aerobica in termini di equivalenti riducenti ed ATP.
- Metabolismo dei lipidi: lipogenesi-lipolisi; chetogenesi Fonti di acidi grassi. La sintesi degli acidi grassi e regolazione. Biosintesi dei triacilgliceroli. Le lipasi e la regolazione del metabolismo dei triacilgliceroli. Utilizzo degli acidi grassi: attivazione, meccanismo di trasporto, β-ossidazione, ossidazione degli acidi grassi a catena dispari e degli acidi
grassi insaturi. I corpi chetonici.
- La fosforilazione ossidativa: Visione d'insieme dei complessi respiratori. Potenziali di ossido-riduzione. Flusso degli elettroni sui complessi della catena respiratoria. Strutture e funzioni dei cofattori implicati nel trasporto degli elettroni (FMN, FAD, NAD, Ubichinone). Formazione del gradiente protonico. Accoppiamento chemiosmotico. Struttura e funzione dei complessi della catena respiratoria: NADH deidrogenasi (complesso I), Succinato deidrogenasi (complesso II), Citocromo reduttasi (complesso III), Citocromo ossidasi (complesso IV). Studio del consumo di ossigeno.
- Inibitori della catena respiratoria. ATP-sintetasi. Struttura e funzione. Accoppiamento della sintesi di ATP alla formazione del gradiente protonico ed al consumo di ossigeno. Meccanismo rotatorio dell'ATP sintetasi. Disaccoppianti. UCP (Proteina disaccoppiante).
Il corso è tenuto dalla prof. Giusi Pitari


DETTAGLI
Esame: BIOCHIMICA
Corso di laurea: Corso di laurea in biotecnologie
SSD:
Università: L'Aquila - Univaq
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di BIOCHIMICA e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università L'Aquila - Univaq o del prof Pitari Giusi.

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