5. Hemoglobina – badanie właściwości spektroskopowych PDF

Preview

Summary

Kartkówka 5 – Hemoglobina – badanie właściwości spektroskopowych - Budowa i rola biologiczna mioglobiny i hemoglobiny Mioglobina Jest to monomeryczne, małe białko zbudowane ze 153 aminokwasów. Około 75% jej łańcucha głównego występuje w konformacji α-helisy, jest to bardzo ściśle upakowana cząsteczk...

Description

Kartkówka 5 – Hemoglobina – badanie właściwości spektroskopowych • Budowa i rola biologiczna mioglobiny i hemoglobiny Mioglobina Jest to monomeryczne, małe białko zbudowane ze 153 aminokwasów. Około 75% jej łańcucha głównego występuje w konformacji α-helisy, jest to bardzo ściśle upakowana cząsteczka, której większość reszt aminokwasów hydrofobowych jest zanurzona w jej wnętrzu, a polarnych na powierzchni. W mioglobinie występuje osiem α-heliz, a w obrębie hydrofobowego zgłębienia utworzonego przez łańcuch polipeptydowy znajduje się prostetyczna grupa hemowa (zbudowana z protoporfiny IX zawierającej atom żelaza w fostaci jonu Fe2+), która jest połączona z mioglobiną niekonwalencyjnie i odgrywa kluczową rolę w biologicznej aktywności białka, czyli w wiązaniu O 2. Mioglobina stanowi magazyn tlenu w mięśniach, który jest wykorzystywany gdy ilość tlenu dopływającej w krwi do mięśnia jest niewystarczająca, znajduje się zrówno w mięsniach szkieletowych jak i kardiomiocytach Hemoglobina Jest to białko należące do chromoprotein, jest tetramerem czyli składa się z czterech łańcuchów peptydowych (ściśle z dwóch par identycznych łańcuchów) z których każdy zawiera jedną grupę hemową czyli jedno miejsce wiązania tlenu (jedna cząsteczka hemoglobiny wiąże 4 cząsteczki tlenu). Istnieją różne typy hemoglobin, np. Hb A, która występuje u ludzi dorosłych składa się z 2 łańcuchów α, posiada on 141 reszt aminokwasowych, oraz z 2 łańcuchów ꞵ, zbudowanego 146 reszt aminokwasowych. Różnią się one między sobą strukturą pierwszorzędową. Kształt cząsteczki hemoglobiny zbliżony jest do kuli, łańcuchy upakowane są w formę czworościanu a grupy hemowe są usytuowane pojedynczo w każdej podjednostce, w zagłębieniach na ich powierzchni. Cztery miejsca wiązania tlenu są znacznie od siebie oddalone. Każdy łańcuch alfa kontaktuje się z obydwoma łańcuchami beta, natomiast oddziaływania między dwoma łańcuchami alfa lub dwoma łańcuchami beta są nieliczne. Struktura przestrzenna łańcuchów alfa i beta jest bardzo podobna do struktury przestrzennej mioglobiny. Każdy z łańcuchów hemoglobiny również zawiera osiem helikalnych łańcuchów. Funkcją hemoglobiny prócz transportu tlenu z płuc do komórek jest regulacja pH w tkankach i płucach oraz wpływa także na usuwanie CO2 , transporcie ciepła w procesie utlenowania i odtlenowania, itd. • Regulacje allosteryczne hemoglobiny Oddziaływania allosteryczne to oddziaływania pomiędzy oddalonymi przestrzennie częściami białka. Substrat przyłączony w tzw. centrum ailo-sterycznym wpływa na zmianę struktury przestrzennej (konformacji) cząsteczki białka, a przez to na właściwości innych fragmentów cząsteczki. W przypadku hemoglobiny efekt allosteryczny przejawia się tym, że związanie cząsteczki O2 przez grupę he-mową jednej z podjednostek ułatwia wiązanie tlenu przez pozostałe podjednostki. Ponadto protony (H+), dwutlenek węgla i naładowany ujemnie 2,3-bisfosfoglicerynian (2,3-BGP), przyłączane w odpowiednich miejscach cząsteczki także wpływają na zdolność wiązania tlenu przez hemoglobinę. W tkankach o dużej aktywności metabolicznej (np. w mięśniach) duże stężenie CO2 i H+ ułatwia oddawanie tlenu przez oksyhemoglobinę, natomiast w płucach duże stężenie tlenu ułatwia uwalnianie z hemoglobiny CO2 i H+. (Efekt Bohra) W sytuacji, gdy do cząsteczki hemu w hemoglobinie przyłączy się tlenek węgla (czad, CO), będący bardzo silną trucizną, powstaje karboksyhemo-globina. Gaz ten jest wiązany przez hemoglobinę około 220 razy silniej niż tlen. Skutkiem przyłączenia tlenku węgla jest nieodwracalna utrata zdolności do wiązania O2, dlatego też zatrucia czadem stanowią poważne zagrożenie dla organizmu i często prowadzą do śmierci.

• Pochodne hemoglobiny Deoksyhemoglobina Stanowi część hemoglobiny zdolnądo wiązania tlenu i tym samym tworzenia oksyhemoglobiny. Jest także nazywana hemoglobiną zredukowaną. Oksyhemoglobina Jest to hemoglobina nietrwale połączona z telenem. Powstaje w płucach, zkąd jest transportowana do tkanek, wktórych oddając tlen mioglobinie przechodzi ponownie w hemoglobine. Przyłączenie się O2 do hemu hemoglobiny zachodzi bez zmiany wartościwości żelaza. Karbaminohemoglobina Jest to hemoglobina w której do grup aminowych dołączone są cząsteczki CO2,, a w jej pierścieniu hemowym nie ma tlenu. Karbaminiany to postać transportowa dwutlenku węgla, która u człowieka stanowi około 20%. Większość CO2 jest transportowana w postaci jonów HCO3- w osoczu krwi i frakcji płynnej erytrocytów. Karboksyhemoglobina Powstaje ona wskutek trwałego połączenia cząsteczki tlenku węgla (CO) z atomem żelaza w cząsteczce hemu hemoglobiny. Połączenie to wiąże się ze zmianą stopnia utlenienia Fe, więc jest nieodwracalne, i wyłącza cząsteczce hemoglobiny z transportu tlenu. Ich obecność jest przyczyną niedotlenienia, asfiksji oraz zatrucia tlenkiem węgla, co jest bardzo niebezpieczne i często śmiertelne. Stężenie karboksyhemoglobiny i ludzi zdrowych nie przekracza 3% całkowitej zawartości hemoglobiny. Sulfhemoglobina Powstaje w wyniku reakcji hemoglobiny ze związkami zawierającymi siarkę, co prowadzi do nieodrwacalnego unieczynnienia hemoglobiny jako nośnik tlenu, który powstaje wskutek dołączenia do cząsteczki atomu siarki i zastąpienia nim atomu żelaza. Najczęstszą przyczyną schorzenia jest przedawkowanie leków, takich jak np. sulfonamidy, azotany. Duże stężenie sulfhemoglobiny sprawia że barwa krwi jest ciemnozielona. Cyjanomethemoglobina Cyjanomethemoglobulina tworzy się w sytuacji zatrucia cyjankiem. W tej sytuacji podawana jest methemoglobina, utleniona hemoglobina powstała w wyniku nieodwracalnej reakcji przyłącznia tlenu. Cyjanomethemoglobina jest stosunkowo nie toksycznym związkiem METHEMOGLOBINA Jest to hemoglobina zawierająca w centrum pierścienia hemowego żelazo na trzecim stopniu utlenienia, jest nie funkcjonalna w transporcie tlenu. W krwi zdrowego człowieka stanowi ona około 2% hemoglobiny, i wiele leków takich jak kwas acetylosalicylowy zwiększa jej zawartość. Genetycznie podłożone mutacja (Hys → Tyr) na skutek której osoby ją posiadającą nie mają możliwości wiązania tlenu, obecność reszt Tyr w miejscu funkcjonowania grupy hemowej, sprawia że jon żelaza jest utleniony (Fe3+) i methemoglobina nie wiąże tlenu. mutacji – trwała mutacja i osoby z tą mutacją nie mają możliwości wiązania tlenu, obecność reszty . (methemoglobinemia) Zasady metod doświadczeń wykonywanych na ćwiczeniach ◦ Badanie właściwości spektroskopowych hemoglobiny i jej pochodnych Fizjologiczna funkcja hemoglobiny polega na transporcie tlenu z płuc do tkanek i przenoszeniu dwutlenku węgla z tkanek do płuc. •

Hemoglobina (Hb) jest erytrocytarnym białkiem oligomerycznym zbudowanym z czterech łańcuchów polipeptydowcyh (4 podjednostek) α2 ꞵ2, z których każdy zawiera grupę hemową. Wykazuje ona trzy rodzaje efektór allosterycznych: 1. Kooperatywne wiązanie cząsteczek tlenu 2. Uwalnianie tlenu z utlenowanej formy hemoglobiny zależnie od stężenia jonów H+ i CO2 (efekt Bohra) 3. Uwalnianie tlenu z utlenowanej formy hemoglobiny podlega regulacji przez 2,3bifosfolicerynian, który jako inhibitor allosteryczny zmniejsza powinowactwo hemoglobiny do tlenu. Struktura hemu w hemoglobinie składa się z układy protoporfiryny IX i centralnie położonego w niej jonu żelaza Fe2+. Jon żelaza Fe2+ jest związany czterema wiązaniami koordynacyjnymi z atomami azotu pierścienia imidazolowego histydyny proksymalnej łańcucha białkowego. Szóstą pozycję koordynacyjną jonu Fe2+ (po stronie histydyny dystalnej) może zajmować cząsteczka tlenu lub innego liganda, tworząc pochodne hemoglobiny. Hemoglobina i jej pochodne posiadają charakterystyczne dla siebie widma, co można wykorzystać w spektrofotometrycznej metodzie ich identyfikacji. Hemoglobinę wyizolowanąz krwinek czerwonych można poddać modyfikacjom w obrębie grupy prostetycznej hemu, jak i w części białkowej. Wszystkie hemoproteiny mają szerokie pasmo absorpcji w zakresie 400-440nm, zwane smugą Soreta, co wynika z występowania w ich strukturze układu porfirynowego. Niezależnie od tego, każda hemoproteina ma charakterystyczne dla siebie dodatkowe pasma absorpcji w świetle widzialnym (VIS) 1. Deoksyhemoglobina (Hb) – w zakresie widzialnym VIS charakteryzuje się szerokim pasmem absorpcji z maksimum przy długości fali 555nm 2. Oksyhemoglobina (HbO2) – posiada widmo absorpcyjne VIS z dwoma wyraznymi i charakterystycznymi maksimami absorpcyjnymi przy długości fali 538nm i 578nm. 3. Methemoglobina (MetHb) – posiada widmo absorpcyjne VIS z maksimum absorpcji przy długości fali 630nm 4. Sulfhemoglobina – ma maksimum absorpcji czy 620nm 5. Cyjanomethemoglobina – charakteryzuje się maksimum absorpcyjnym przy 540nm. Oksy...