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Emoglobina e MioglobinaEmoglobina e Mioglobina
Metabolismo aerobico
l’ossigeno ha una bassa solubilità (10-4M)
Proteina di trasportoemoglobina
Alcuni tessuti necessitano diriserve di ossigeno e di diffusione rapida
Proteina di immagazzinamento
nel tessuto muscolare mioglobina
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Il sito di legame dell’ossigeno è l’eme: gruppo prostetico
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Il sito di legame dell’ossigeno è l’eme: gruppo prostetico
Molecola altamente coniugata (anello porfirinico)responsabile del colore rosso
Il Fe2+ ha tendenza a coordinarsi con sei legandi (vertici di un ottaedro)
4 sono forniti dall’azoto all’anello2 sono forniti dall’ O2 (nella forma ossigenata) e da una His (prossimale)
Protoporfirina IX
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MioglobinaMioglobina:
His prossimale F8
His distaleE7
Il Fe2+ non viene ossidatoa Fe3+ dall’O2 grazie all’ambiente idrofobicoproteico che circonda l’eme
Tasca idrofobica
His distale E7: legame a H con O2
protegge il Fe2+ dall’ossidazione (impedisce ingresso di protoni)metamioglobina: forma ossidata non in grado di legare O2
Perutz: “ l’evoluzione è un ottimo chimico”
153 AA, 75% α-elica8 segmenti
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Il legame dell’ossigenonella mioglobina
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Studi del legame dell’ossigeno alla Mioglobina
Legge di Henry : [O2]disciolto= kpO2
Le forme ossi e deossi hannospettri visibili diversi Si può determinare
sperimentalmentela quantità di mioglobinache lega O2 in funzione della [O2] o della pressione parziale di O2
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Mioglobina Mb + O2 ⇔ MbO2[ ][ ][ ]
[ ][ ]
[ ][ ] [ ]
[ ][ ][ ] [ ][ ]
[ ][ ]
[ ][ ]
[ ]
[ ][ ]
[ ][ ]
[ ] [ ]22/12
2
2
2
2/12
2/12
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
OOO
O1O
O1
ossigenol' legano molecole delle metà quale alla ioneconcentrazO
O1O
O1O
OMbMbOMb
MbOMbMbO
occupati siti di frazione totalisiti
occupati siti
affinità o neassociazio di costante OMb
MbO
+==
+=
=
=
+=
+=
+=
+=
=
=
ϑϑ
ϑ
ϑ
ϑ
KK
K
KK
K
KK
K
θ
mmHgP504mm Hg
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mioglobina mioglobina
Proteina di trasporto efficiente nel legame ma inefficiente nelrilascio
Proteina di trasporto efficiente nel rilascio ma inefficiente nellegame
Pressionenei tessuti Pressione
nei polmoni
pO2pO2
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Proteina di trasporto efficientecurva a sigmoide: si realizzacon una transizione di stato
Proteina di trasporto O2 ideale: deve essere satura alla pressione dei polmoni emolto dissociata alla pressione dei tessuti
pO2
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pO2
θ
L’emoglobinaemoglobina è una proteina multimerica α2β2
l’interazione cooperativa tra i siti di legame (4) dell’ O2 conferisce alla molecola le caratteristiche di efficienza nel trasporto
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Tratti blu: residui identici nelle catene dell’HbTratti rosa: residui identici nelle catene dell’Hb e nella Mb (18%)Tratti viola: residui identici nelle catene dell’Hb e nella Mb in tutti i vertebrati
Nelle catene α manca l’elica D
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Legame cooperativo: l’occupazione dei primi siti aumenta l’affinitàdei restanti
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A.Hill [ ][ ][ ]
[ ][ ]
[ ][ ] [ ]
[ ][ ][ ] [ ][ ]
[ ][ ]
[ ][ ]
[ ]
[ ][ ]
[ ] [ ][ ]
[ ] 2/12/12/1
2/1
n
n
n
LL
-1
LLL
L1
5.0 L legano siti metà quale alla ioneconcentrazL
L1L
L1L
LEELE
)ELE(EL
occupati siti di frazione totalisiti
occupati siti
affinità o neassociazio di costante LE
EL
n
n
nn
n
n
n
n
n
n
n
n
n
K
KK
K
KK
nn
K
=+
==
==
+=
+=
+=
+=
=
=
ϑϑϑ
ϑ
ϑ
ϑ
ϑ
E+nL⇔ELn
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[ ][ ]
[ ] [ ] 2/122
2/12
2
OlogOlog-1
log
OO
-1
nn
n
n
−=
=
ϑϑ
ϑϑ
pendenza nH= coefficiente di Hill
0
1
2
-1
0-1 +1 +2 logpO2
Legame non cooperativolinea retta con pendenza 1
Il cambio di pendenza indica ilcomportamento cooperativo
nH=1 solo un sito 1< nH < n molecola cooperativa (emoglobina nH =3,6 n=4)nH = n molecola completamente cooperativa (tutti o nessuno!)
30 torr
0.3 torr
θ=0.5
θ=0.5
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Legame cooperativo ed Legame cooperativo ed effetto allosterico nell’emoglobinaeffetto allosterico nell’emoglobina
Variazioni strutturali accompagnano il legame dell’ O2
Tali variazioni interessano principalmentela struttura quaternaria
T(tight)
R(relaxed)
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• Le strutture terziarie delle subunità α e β sono simili a quelle della mioglobina• Nelle catene α non ci sono le eliche D• Prevalgono le interazioni α1 -β1 e α2 -β2
• Le interazioni α1 -β2 e α2 -β1 sono minori in numero• i contatti α1 - α2 e β1 -β2 sono pochi e polari
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deossiHb : stato T ossiHb : stato R
O2, CO, CN-, NO legandipossibili
α1β1 e α2β2 si spostanocome unità rigide di 15°
variazioni nei contattiα1β2 e α2β1
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Visione lateralerispetto alla precedente
α1β1 e α2β2 si spostanocome unità rigide
FG4(97) β2 His97C3(38) α1 Thr38 C6(41) α1 Thr41CD2(44) α1 Pro44
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Effect of oxygen on heme iron
CNO
===
Plane of heme
DistalHis (E7)
Fe
ProximalHis (F8)
F7
F6
FG1
FG2FG3
NC
0
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Effect of oxygen on heme iron
Fe
ProximalHis (F8)
F7
F6
FG1
FG2FG3
NC
Plane of heme
CNO
===
DistalHis (E7)
0
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La modificazione strutturale parte dall’eme e viene trasmessaal resto della proteina
Nello stato T il Fe2+ èsituato fuori dal piano 0.6Å
Nel legame con O2 il Fe2+ rientra nel piano trascinando l’His prossimale, che si riarrangia e che a sua volta sposta l’elica F. La Val FG5 vienespinta a destra e in questo modo la variazione arriva all’angolo FG
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Superficie del dimeroα1β2 sezionato per vedere i punti di contatto
Entrambi gli stati sono stabilizzati da legami a He ponti salini (non vi sono intermedi)
1
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Variazioni complessive nell’interfaccia α1β2
O2Steps:
1. Si lega O2
2. L’His prossimale si sposta3.Trascina l’elica-F
4. Lo spostamento della Val FG5 trasmette le modifiche all’interfaccia FGβ2-Cα1
5. La rigidità α1β1,
e α2β2 fa sì che il cambio avvenga inentrambe le interfacce
His F8
Blu: ossi