1

Strutture quaternarie e cooperatività

2

Quarto livello: catene polipeptidiche autonomamente strutturate interagiscono tra loro a formare un’unica supramolecola

3

L’interazione tra le subunità in una struttura quaternaria riduce la libertà conformazionale di ciascuna subunità

Si formano così interruttori molecolari (trasportatori, recettori, enzimi, ecc.) REGOLAZIONE!!

4

Legame dell’ossigeno all’eme• Il legame dell’ossigeno al FeII dell’eme determina

variazioni conformazionali della struttura terziaria che avvengono senza restrizioni

• La situazione sarebbe diversa in una struttura quaternaria!!

5

• La struttura quaternaria impedisce le variazioni conformazionali associate al legame dell’ossigeno

• In eccesso di ossigeno, la struttura quaternaria viene forzata a raggiungere un nuovo “stato conformazionale” ad elevata affinità per l’ossigeno

6

Due stati conformazionali

• Forma T: deossigenata, bassa affinità per l’ossigeno

• Forma R: ossigenata, alta affinità per l’ossigeno

7

Variazione dei contatti intercatena conseguenti all’ossigenazione

8

Equilibrio di legame dell’ossigeno all’Emoglobina

9

Grafico di Hill

hh

h

h

n

n

LK

L

KLP

P

KLP

PLP

PLY

K

L

Y

Y h

1

KLhY

Yloglog

1log

Log [L]

Log Y

1-Y

10

Grafico di Hill

11

Modelli termodinamici di cooperatività

Monod, Wyman, Changeux

Koshland

Wyman, 1964: il quadrato termodinamico

13

L’effetto Bohr

14

L’effetto Bohr

15

L’effetto allosterico

16

Il bisfosfoglicerato modifica la “soglia” necessaria a far avvenire la variazione conformazionale

17

Quante Emoglobine umane?!?

5’ 3’

e g1 g2 yh d b

Embrionale Fetale Pseudogene Adulta

0

100

200Myaduplicazione genica

18

Perché?

Effetto allosterico

20

Esempio: il recettore del GABA

21

Cooperatività ed allosteria: non solo emoglobina

22

GPCRs

GPCRs

5-HT7 Receptor Muscarinic Receptor

24

GPCRs

25

GPCRs

Albumins are made up bythree homologous domains

FA1

FA2

FA7

FA6

FA5

FA4

FA3

Albumins are multi-site binding proteins

Albumins are multi-site binding proteins

Ghuman et al., JBC 2005

Albumins are allosteric proteins

N-state, PDB code 1AO6

B-state, PDB code 1O9X

Albumins are allosteric proteins

Evolution of vertebrate albuminsPrimates

Mammals

Rodents

Birds

Amphibians

Lizards

SnakesFishesLampreys

Evolution of the three-domain structure

Albumin Albumin Albumin Albumin Albumin AlbuminAlbumin40 225 237 420 432 611 615 805 810 1009 1021 1202 1217 1397

Albumin AlbuminAlbumin5 185 197 377 389 575

Lampreys

Other vertebrates

Evolution of the three-domain structure