1

1

PRIJENOS KISIKA

MIOGLOBIN I HEMOGLOBIN

Kolegij: BIOKEMIJA 1

TIHANA ŽANIĆ GRUBIŠIĆ, KARMELA BARIŠIĆ i LADA RUMORAZavod za medicinsku biokemiju i hematologiju

Farmaceutsko-biokemijski fakultet 2

Prijelaz s anaerobnog na aerobni život: evolucijski važno - omogućava iskorištavanjenovog spremnika energije

U prisutnosti O2 iz glukoze se dobije 18 putaviše energiije nego u odsutnosti O2

� Molekule prijenosnici O2 : MIOGLOBIN i HEMOGLOBIN

� Transport O2 aktivno krvožilnim sustavom

3

KVARTERNA STRUKTURA HEMOGLOBINA

4

HEMOGLOBIN SE SASTOJI OD 4 POLIPEPTIDNA LANCA

Hemoglobin: 4 vezna mjesta za O2 - svaki hem po 1

Hb A 98% αααα2ββββ2

HbA2 2% αααα2δδδδ2

Embrijski Hb αααα2εεεε2

Hg F-fetalni αααα2γγγγ2

αααα - 141 AA

ββββ, δδδδ, γγγγ - 146 AA

2

5

STRUKTURA MIOGLOBINA1 polipeptidni lanac, 1 hem i 1 vezno mjesto za O2

proksimalni i distalni histidin

6

HEM -prostetička skupina u Hb i Mbu biološkim sustavima PROTOPORFIRIN IX

� tetrapirolni prsten

� 4 pirolne skupine meñusobno povezane metenskim mostovima

� na pirolne skupine vezana4 metilna, 2 vinilna i 2 propionatna bočna lanca

7

STRUKTURE PROTOPORFIRINA IX I HEMA

8

SAMO hemoglobin oksidacijskog stanja 2+

MOŽE VEZATI O2

� Fe se veže na 4 N u središtu protoporfirina

� 5 i 6 koordinacijsko mjesto je slobodno

� Fe2+ - ferohemoglobin

� Fe3+ - ferihemoglobin ili methemoglobin

3

9

MEHANIZAM VEZANJA O2

� Atom Fe je izravno vezan na His F8 (proksimalni)5. koordinacijsko mjesto

� Vezno mjesto za O2 je na drugoj strani hema na6. koordinacijskom mjestu, u blizini distalni His E7

� Atom Fe je oko 0,03 nm izvan ravnine porfirina

� Atom željeza pomiče se pri oksigenaciji premaravnini skupine hema otprilike 0,02 nm

10

MODEL MIOGLOBINSKOG VEZNOG MJESTA ZA O2

11

Vezanje O2 izaziva strukturne promjene u molekuli hema

Fe Fe

12

Oksid. stanje 5. koord. mj 6. koord. mj.

DeoksiMb +2 His F8 Prazno

OksiMb +2 His F8 O2

FeriMb +3 His F8 H2O

Različiti oblici molekule mioglobina

4

13

HEMOGLOBIN VEZUJE CO ČVRŠĆE NEGO O2

� Hem ima visoki afinitet za CO – slobodan u otopini25 000 puta jače veže CO nego O2

� Hem u Mb i Hb 200 puta jače veže CO nego O2

� Globinski lanac prisiljava CO da se veže koso –linearnom vezanju CO smeta distalni His

� Globinski lanac pospješuje vezanje O2 aoslabljuje interakciju CO s hemom

14

DISTALNI His SLABI VEZANJE CO

15

FUNKCIONALNE RAZLIKE MIOGLOBINA I HEMOGLOBINA

� Vezanje prve molekule O2 na Hb potiče vezanjedaljnjih molekula O2 na istu Hb molekulu.

� O2 se na Hb veže kooperativno.

� Afinitet Hb za O2 ovisi o pH i o pCO2, a afinitetMb NE ovisi.

� Afinitet Hb prema O2 odreñuju i organski fosfati, poput bisfosfoglicerata i smanjuju afinitet Hbza O2

Mb Ne veže bisfosfoglicerat16

VEZANJE KISIKA NA HEMOGLOBIN JE KOOPERATIVNO

5

17

KOOPERATIVNO VEZANJE O2 NA HEMOGLOBIN povećava PRIJENOS O2

alveole: pO2 = 13,3 kPa Y=0,97

kapilare: pO2= 2,7 kPa Y=0,25

P50=4,0 kPa

(Hillov koeficijent n=2,8) isporučeni kisik:0,72

P50 = 4,0 kPa

alveole: pO2 = 13,3 kPa Y=0,77

kapilare: pO2= 2,7 kPa Y=0,41isporučeni kisik: 0,36

(ako nema kooperativnosti n=1) 18

BOHROV EFEKT

Utjecaj pH

Utjecaj CO2

19

CO2 SE VEŽE NA TERMINALNE SKUPINE HEMOGLOBINA I SMANJUJE NJEGOV AFINITET

ZA O2

� CO2 se prenosi u obliku karbamata, a tostabilizira T oblik

� većina CO2 prelazi djelovanjem karboanhidrazeu H2CO3 , a prenosi se kao HC03

-

� H+ stvoren disocijacijom H2CO3 veže se nadeoksihemoglobin – puferski učinak Hb

CO2 se čvrsto veže na DEOKSIHEMOGLOBIN – a slabo na OKSIHEMOGLOBIN 20

MEHANIZAM BOHROVOG EFEKTA

promjena konformacije iz RR u TTstanje je rezultat ukrućivanja strukture zbog protoniranja His 146koji stvara H vezuH vezu s karboksilnom skupinom Asp 94

6

21

BISFOSFOGLICERAT SMANJUJE AFINITET HEMOGLOBINA ZA O2

22

BPG se veže za ββββ-podjedinice i ukrućuje strukturu DEOKSIHEMOGLOBINA

β-podjedinica

23

KLINIČKO ZNAČENJE BPG

� pohranjivanje krvi: afinitet za O2 raste BPG

� hipoksija – BPG

� metabolički poremećaji

� prilagodba na veliku visinu BPG

� fetalni Hb ne veže BPG (nema ββββ lance)

24

FETALNI HEMOGLOBINA IMAVISOKI AFINITET ZA KISIK

7

25

KVARTERNA STRUKTURA HEMOGLOBINA SE MIJENJA

PRI OKSIGENACIJI

26

KOOPERATIVNOST PODJEDINICA Hb

Promjena interakcija meñu podjedinicamaomogućava alosteričke efekte

27

ATOM Fe se pri oksigenaciji pomiće u ravninuporfirina, što se prenosi na druge podjedinicepreko proksimalnog His

28

DEOKSIHEMOGLOBIN SAPINJU NABOJNE VEZE IZMEðU RAZLIČITIH

LANACA

8

29

VEZANJE O2 MIJENJA KAVRTERNU STRUKTURU Hbi izaziva prelaz iz T u R konformaciju

30

SEKVENCIJSKI MODEL PROMJENA KONFORMACIJE PODJEDINICA DOVODI DO GLOBALNOG PRELAZA T u R FORMU Hb

T R

O2 O2

O2

O2

O2 O2 O2 O2

O2 O2

forma forma