תרגיל מס' 2: מבנה ותפקוד חלבונים- המוגלובין 72120 - ביוכימיה של התא תרגיל מס' 2: מבנה ותפקוד חלבונים- המוגלובין

לחלבונים בתא מגוון רחב של תפקידים המבנה המרחבי של החלבון הוא שמקנה לו את פעילותו הביולוגית.

לחלבונים בתא מגוון רחב של תפקידים המבנה המרחבי של החלבון הוא שמקנה לו את פעילותו הביולוגית. סיביים גלובולריים α-keratin Lysosyme

חלבונים מבנה ותפקוד חלבונים רבים קושרים ליגנדים שונים ליגנד- מולקולה הנקשרת לחלבון באופן הפיך. קישור הליגנד לחלבון: ספציפי, באתר הקישור, בהתאמה מושרית (induced fit). חלבון אלוסטרי- כאשר קישור ליגנד לחלבון משפיע על קישור ליגנד אחר לחלבון. חלבונים רבים נעזרים בקו-פקטורים לפעילותם קו-פקטור- קבוצה לא חלבונית הדרושה לפעילות החלבון. עשוייה להיות אורגנית (קו-אנזים) או יון אי-אורגני. כאשר הקו-פקטור קשור בצורה קוולנטית לחלבון הוא נקרא "קבוצה פרוסטטית"

מכיל heme כקבוצה פרוסטטית. מכיל heme כקבוצה פרוסטטית. Mb - Myoglobin Hb - Hemoglobin נשא של חמצן בשריר. נשא של חמצן בדם. מכיל heme כקבוצה פרוסטטית. מכיל heme כקבוצה פרוסטטית. Heme משמש כקו-פקטור (קבוצה פרוסטטית) המסייע לחלבון לקשור את הליגנד -חמצן

Heme כקבוצה פרוסטטית

שאלה CO נקשר לקבוצת heme חופשית באפיניות גדולה פי 20000 מאשר חמצן. בתוך חלבון, ההבדל באפיניות בין CO לחמצן הוא רק 200. כיצד תסבירו ממצא זה? תשובה: בהקשר החלבוני משתנה אופיין הכימי של קבוצות כימיות שונות. במקרה זה היסטידין 64 מייצב את קישור החמצן אך מפריע לקישור ה CO בזווית ישרה לברזל ובכך מקטין את יתרון הקישור שלו ע"פ החמצן. distal histidine proximal histidine

Mb - Myoglobin Hb - Hemoglobin נשא של חמצן בדם. נשא של חמצן בשריר. מכיל heme כקבוצה פרוסטטית. מכיל heme כקבוצה פרוסטטית. מורכב מארבע יחידות, 2α ו- 2β, כל יחידה קושרת קב' heme. מורכב מיחידה אחת.

קישור חלבון לליגנד את קבוע האסוציאציה (Ka) של חלבון וליגנד אפשר לתאר כ: מכאן אפשר לראות שמספר האתרים התפוסים ע''י ליגנד פרופורציונלי לריכוז הליגנד: אפשר להוציא את המדד למספר האתרים בחלבון, שתפוסים ע''י ליגנד: ואפשר לתאר גם קבוע דיסוציאציה של הקומפלקס ליגנד – חלבון:

קישור חלבון לליגנד רוויון החלבון כתלות בריכוז הליגנד רוויון מיוגלובין כתלות בריכוז החמצן לגבי מיוגלובין: [L]= pO2 Kd = P50

קישור חלבון לליגנד- אלוסטריות המוגלובין מכיל 4 אתרים לקישור חמצן המשפיעים זה על זה המוגלובין הוא חלבון אלוסטרי , בניגוד למיוגלובין. רוויון המוגלובין כתלות בריכוז החמצן עקומה סיגמואידית רוויון מיוגלובין כתלות בריכוז החמצן עקומה היפרבולית עקומת קישור סיגמואידית של חלבון לליגנד מעידה על אופי קישור אלוסטרי

אלוסטריות וקואופרטיביות התאמת משוואת הקישור לקישור קואופרטיבי-Hill מקדם n הוא מספר אתרי הקישור לליגנד בחלבון ופרקציית האתרים הקושרים ליגנד : ולפיכך קבוע האסוציאציה: סידור מחדש של המשוואה והוספתlog לשני האגפים: משוואת Hill מקדם Hill מתאר את הקואופרטיביות בקישור בין ליגנד וחלבון

קואופרטיביות בקישור: מקדם Hill(nH)

לכל שרשרת בהמוגלובין 2 קונפורמציות אפשריות: T ו R

קישור חמצן מעורר שינוי קונפורמציה ב- Hbמ T ל R קואופרטיביות חיובית אפיניות נמוכה לחמצן deoxyhemoglobin אפיניות גבוהה לחמצן oxyhemoglobin האפשרות למעבר בין שני מצבי אפיניות מקנה ל-Hb יכולת לקשור חמצן בראות, כשריכוזו גבוה, ולשחררו ברקמות.

המודלים לקישור קואופרטיבי ב- Hb. Concerted model – כל המונומרים ימצאו באותו המצב בזמן נתון. Sequential model – כל מונומר יכול להיות בכל מצב בכל רגע נתון.

גורמים המשפיעים על קישור O2 ל- Hb. לחץ החמצן (pO2). pH. pCO2. [2,3-bisphosphoglycerate] (2,3-BPG) Bohr effect ריכוז חמצן גבוה, ריכוז CO2 נמוך ריכוז חמצן נמוך, ריכוז CO2 גבוה, pH נמוך

לחץ חמצן קואופרטיביות חיובית בקישור החמצן

Bohr effect יחס הפוך בין קישור חמצן לקישורם של ,CO2+H [H+] [CO2]

פחמן דו-חמצני מצטבר ברקמות. המסיסות של פחמן דו-חמצני במים נמוכה. CO2 פחמן דו-חמצני מצטבר ברקמות. המסיסות של פחמן דו-חמצני במים נמוכה. המסיסות של יון ביקרבונט במים גבוהה. ריאקציה מקוטלזת על ידי חלבון carbonic anhydrase – מהמהירים בטבע. CO2 + H2O HCO3- + H+

ריכוז BPG יחס הפוך בין קישור חמצן לקישור BPGלהמוגלובין נקשר בין תת היחידות β במצב T חשיבותו בריכוזי חמצן נמוכים

שאלה 1 המוגלובין של עוברים מורכב מ2 תת יחידות γ המחליפות את 2 תת היחידות β בהטרוטטרמר. תת היחידות γ אינן קושרות BPG. מה ההיגיון הביולוגי בתופעה זו? תשובה עוברים נאלצים להסתפק באחוז חמצן נמוך יחסית המגיע לדמם דרך שיליית אימם. לכן קליטת החמצן ע"י ההמוגלובין היא הגורם הבעייתי. העדר BPG בהמוגלובין העוברי מאפשרת אפיניות גבוהה יותר של חמצן לדם העוברי, קליטתו והעברתו לרקמות.

שאלה 2 ישנם כמה סוגים של מוטציות בהמוגלובין. לאיזו מהן תהיה השפעה הכי חלשה על תפקוד החלבון? לאיזו מהן תהיה השפעה על ה- pI ? החלפה של Glu ב- Val על פני הצד החיצוני של שרשרת β – HbS. שיבוש של קשר אלקטרוסטטי. השיבוש מייצב את מצב T – Hb Cowtown. החלפה של ח.א. פולרית לא טעונה באחרת, עם אותו גודל – Hb Memphis. החלפה של Leu הנמצא ב-α-helix ב- Pro – Hb Bibba. תשובה: HbS- גורם לחלבון להיות הידרופובי, לא להתמוסס בסביבה ולשקוע. ישנה pI Hb Cowtown- פגיעה בקישור החמצן. ישנה pI Hb Memphis- לא פגיעה חמורה. לא ישנה pI. Hb Bibba- פגיעה במבנה הסליל. יגרום לפגיעה בתפקוד החלבון. לא ניתן לקבוע לגבי pI.

HbS – Sickle cell anemia.

שאלה 3 סמן את המשפט הלא נכון: א. עקומת הקישור של חמצן להמוגלובין היא עקומה סיגמואידית, מאחר וקישור החמצן הוא קואופרטיבי. ב. קישור קואופרטיבי מאפשר להמוגלובין להעביר חמצן מהריאות לרקמות ביעילות רבה יותר. ג. המוגלובין מסוגל לקשור גם חמצן וגם פרוטון המתחרים זה בזה על קישור לאותו אתר בחלבון. ד. המוגלובין מסוגל לקשור ארבע מולקולות CO2 אשר נקשרות לקצה האמיני של כל תת יחידה.

תשובה: סמן את המשפט הלא נכון: א. עקומת הקישור של חמצן להמוגלובין היא עקומה סיגמואידית, מאחר וקישור החמצן הוא קואופרטיבי. ב. קישור קואופרטיבי מאפשר להמוגלובין להעביר חמצן מהריאות לרקמות ביעילות רבה יותר. ג. המוגלובין מסוגל לקשור גם חמצן וגם פרוטון המתחרים זה בזה על קישור לאותו אתר בחלבון. חמצן ניקשר ל Fe+2 ואילו פרוטון נקשר באופן לא ספציפי לחומצות אמינו שונות. ד. המוגלובין מסוגל לקשור ארבע מולקולות CO2 אשר נקשרות לקצה האמיני של כל תת יחידה.