Proteinstruktur och Hemoglobin Biochemistry Kapitel 2 och 3 Structure and Function of the Human Body Kapitel 12 Proteinstrukturer Primärstruktur - ordningen på aminosyrorna (peptidbindningen) Sekundärstruktur - veckningen av proteinets ryggrad (vätebindningar inom ryggraden) Tertiärstruktur - den tre-dimensionella veckningen av hela polypeptidkedjan (bindningar mellan sidokedjorna) Kvartärstruktur - subenheternas interaktion i ett protein (bindningar mellan sidokedjorna) HF Fig 2.1 Jan-Olov Höög 1
Peptidbindningen: cis och trans Normalt förekommer peptidbindningen i transställning för att sidogrupperna (R) ej ska hindra varandra steriskt (i rymden) Cis och trans vid dubbelbindningar Cis Trans Krafter som håller samman ett protein Peptidbindningar Hydrofob interaktion Jonbindningar Vätebindningar Van der Waals krafter Disulfidbindningar Jan-Olov Höög 2
Disulfidbindningen - kovalent Två cystein-rester oxiderar och bildar en disulfidbindning. Bryts vid reduktion. HF Fig 2.9 Sekundärstruktur Inom sekundärstruktur kan tre vanligt förekommande sekundär-strukturselement urskiljas. All sekundärstruktur stabiliseras mha vätebindningar X reverse turn Jan-Olov Höög 3
Sekundärstrukturelement: alfa-helixen Sekundärstrukturelement: beta-flak Betaflak kan vara antingen antiparallella eller parallella Jan-Olov Höög 4
Sekundärstrukturelement: beta-böj Flera andra typer av böjar och loopar förekommer Supersekundärstruktur eller motiv Flera sekundärstrukturelement kombineras ihop till en lokal struktur Jan-Olov Höög 5
Tertiärstruktur Tertiärstrukturen är hela proteinets/ subenhetens veckning. Stabiliseras av hydrofob interaktion, vätebindningar, jonbindningar, van der Waals krafter och disulfidbindningar. Alla dessa krafter är mellan sidokedjorna i aminosyrorna (Rgrupperna). Kvartärstruktur Kvartärstruktur beskriver de olika subenheternas förhållande till varandra. Stabiliseras också av hydrofob interaktion, vätebindningar, jonbindningar, van der Waals krafter och disulfidbindningen. Igen, krafter mellan sidokedjorna i aminosyrorna. Jan-Olov Höög 6
Domän och subenhet En domän är en del av ett protein, polypeptidkedja, som är en funktionell enhet och karakteriseras av att den veckas oberoende av resterande del av proteinet. domäner En subenhet är en polypeptidkedja som kombineras med andra subenheter för att bilda det funktionella proteinet subenhet Felveckade proteiner Normalt bryts felveckade proteiner ned Vissa felveckade proteiner kan bilda olika foremer av aggregat, sk amyloider T ex Galna kosjukan med prion proteiner Alzheimer (Ab) HF Fig 2.13 Jan-Olov Höög 7
Hemoglobin ett välstuderat protein Tetramert protein, dvs fyra subenheter Två -kedjor och två -kedjor ( -globin och -globin) Varje kedja innehåller en hemgrupp Varje hem binder en Fe 2+ O 2 binder till Fe 2+, dvs 4 O 2 per HbA Hemoglobin i erytrocyten Jan-Olov Höög 8
Hemoglobin i systemet Från systematiska anatomin Hem i Hb Hem (protoporfyrin) är en prostetisk grupp, dvs den binder starkt till Hb Hem binder i en hydrofob ficka Fe 2+ koordinerar sex atomer, fyra till hem, en till proteinkedjan och den sjätte till O 2 Jan-Olov Höög 9
Rörelse i Hb-molekylen Hela Hb-molekylen ändrar form då O 2 binder Man talar ibland om T- (tense) och R- (relaxed) former av Hb T (tense) motsvarar deoxyhb (inget O 2 bundet) R (relaxed) motsvarar oxyhb (O 2 bundet) Rörelse i Hb-molekylen (2) Jan-Olov Höög 10
Hb är ett allostert reglerat protein O 2 verkar kooperativt Allosteri binder på annan plats Flera subenheter som påverkar varandra Ger sigmoidal mättnadskurva O 2 verkar kooperativt, dvs det blir lättare och lättare för O 2 att binda då jonbindningar bryts mellan subenheterna O 2 som alloster aktivator (kooperativitet) O 2 verkar kooperativt, dvs det blir lättare och lättare för O 2 att binda då jonbindningar bryts mellan subenheterna HF Fig 3.6 Jan-Olov Höög 11
Rörelsen underlättar bindning av O 2 Hb:s funktion (1) Tar upp O 2 i lungan kooperativitet. Jämför myoglobin, endast en subenhet och är ej allostert reglerat Avlämnar O 2 i cellen Påverkas av H +, CO 2, 2,3- BPG (bifosfoglycerat) och temp så att O 2 avges lättare När Hb återkommer till lungan avges CO 2, 2,3- BPG samt H + HF Fig 3.7 Jan-Olov Höög 12
Hb:s funktion (2) Jämför myoglobin, en subenhet med Hb Hb påverkas av H +, CO 2 och 2,3-BPG En 2,3-BPG binder över betasubenheterna, H + binder till Hisrester och CO 2 binder till N- terminalerna HF Fig 3.5 Hb:s funktion (3) Kapillärerna måste kunna utvidga sig för att erytrocyten ska kunna leverera O 2 till cellerna Erytrocyterna kan lätt ändra form NO anses fylla funktionen att utvidga kapillärerna Jan-Olov Höög 13
Den sk Bohr-effekten påverkar Hb ph påverkar Hbs förmåga att binda O 2 Jämför även skillnaderna mellan Hb och myoglobin (Mb) Vid högre ph binds O 2 lättare och vid lägre ph avges O 2 lättare HF Fig 3.8 Hb:s transport av CO 2 CO 2 binder till N-terminalen Jan-Olov Höög 14
Bindning av 2,3- bisfosfoglycerat 2,3-BPG binder mellan subenheterna och stabiliserar deoxy-formen av Hb Olika varianter av Hb Normalt Hb HbA (adult) Fetalt Hb HbF Fetalt Hb har 2 -kedjor och 2 - kedjor HbF har högre affinitet för O 2 än HbA Flera varianter finns, även vi som vuxna har ofta andra varianter i små mängder Jan-Olov Höög 15
Fetalt hemoglobin - HbF Sjukdomsvariant av Hb - HbS Detta medför att HbS kladdar ihop i deoxystadiet, dvs då O 2 inte är bundet Detta innebär i sin tur att den erytrocyten får en sickelaktig form HbS sickel cell anemi (anemi blodbrist) En punktmutation i -globin genen ger ett utbyte Glutamat8Valin Jan-Olov Höög 16
HbS klumpar ihop sig vilket ger cellen dess form Sammanfattning Proteinernas struktur bestämmer deras funktion Peptidbindning har dubbelbindningskaraktär Fyra strukturnivåer som beskriver den totala strukturen Felveckade proteiner kan ge amyloidbildning Hemoglobin är en tetramer Hem som prostetisk grupp O 2 verkar kooperativt Flera faktorer sänker affiniteten för O 2 i cellen Flera olika former av Hb Jan-Olov Höög 17