Cursul 2

Rolul peptidelor Clasificarea proteinelor Structura proteinelor

– Primară– Secundară (keratina, colagen, elastina,

fibronectinele)– Terţiară (mioglobina)– Cuaternară (hemoglobina)

Rolul peptidelor • roluri reglatoare, la nivelul creierului în procesele de:

– Memorie– Durere– Somn

Din proopiomelanocortină (POMC), polipeptid cu ~ 285 aa

– sintetizat în lobul anterior şi intermediar al hipofizei

• se formează , , - endorfine şi Met-

encefalină.

precursor PRE Proopiomelanocortinã (~285 aa)

gena se exprimã în lobul anterior º i intermediar din adenohipofizã

procesare în adenohipofizã

POMC (1-134)

ACTH (1-39) -LPH (42-134)

-MSH (1-13) CLIP (18-39) -LPH (42-101) endorfina (104-134)

-MSH (84-101) -endorfina (104-118)

-endorfina (104-117)

Endorfinele sunt neuropeptide

cu acţiuni asemănătoare cu ale

Morfinei• principiu activ extras din opiu, • compus cu acţiune analgezică şi euforică

• Primele opioide descoperite au fost cele două

pentapeptide numite encefaline secretate de

celulele cromafine din medulosuprarenală.

H3N+

Thr Gly Gly Phe Met COO-

H3N+

Thr Gly Gly Phe Leu COO-

Endorfinele• se leagă la terminaţiile nervoase din creier care transmit semnalele

durerii, şi blochează activitatea neuronală, alinând durerea.

• Morfina ca şi alte opiacee nu sunt peptide. Structura lor este însă

similară cu a altor opioide care se leagă de terminaţiile nervoase din

creier.

O

N

OR

OR`

H3CR=H R`=H morfinã

R=H R`=-CH3 codeinã

R=Acetil R`=Acetil heroinã

• Endorfinele– sunt produse de către creier ca răspuns la o

varietate de stimuli

– reduc stresul

– scad senzaţia de durere

– crează euforie

eliberează hormonii sexuali şi

îmbunătăţesc sistemul imunitar

Care este diferenţa dintre morfină şi codeină şi

endorfine ??

endorfinele nu creiază dependenţă

Cine stimulează producerea de

endorfine ???

• exercitiile fizice repetate şi prelungite

• stresul şi durerea sunt cei mai întalniţi factori

care duc la eliberarea de endorfine.

• anumite mâncăruri, precum ciocolata şi ardeii

iuţi

• acupunctura, terapia prin masaj, sexul

– producerea de endorfine

variaza de la o persoana la alta �

Peptide cu rol hormonal • bradikinina agent hipotensiv

• angiotensina II stimulează secreţia de aldosteron este agent hipertensiv.

• Vasopresina este antidiuretic.

• Somatostatina sintetizată în hipotalamus şi în pancreas reglează eliberarea glucagonului.

• Glucagonul este hormon produs de pancreas cu rol în reglarea glicemiei.

OXITOCINASe secreta in

momentele in care ne gandim la cineva drag si are numeroase efecte viscerale.

Poate influenta pana si stadiile de somn, de aceea iubitii se viseaza frecvent

ADH-VASOPRESINACreaza stari de

beatitudine si extaz, fiind secretat in cantitati mai mari in imbratisari sau sub influenta feromonilor.

FENILETILAMINA (PEA)

ESTE CONSIDERATA MOLECULA DRAGOSTEI

Importanţa comercială a peptidelor

• aspartamul (L-aspartil L-fenilalanil-1-metil ester) este un îndulcitor artificial de 160 de ori mai dulce ca zaharoza

• Indivizii care nu pot metaboliza fenilalanina au intoleranţă la acest îndulcitor.

H3N+

CH CO NH CH CO OCH3

CH2

COO-

CH2

L-aspartil-L-fenilalanin-1-metil ester

Proteine

Compuşi macromoleculari

Sunt 1010 – 1012 tipuri de proteine în lumea vie

Clasificarea proteinelor

☻După compoziţia chimică

proteinele simple formate numai din aa (lizozimul, ribonucleaza).

proteinele conjugate conţin grupări adiţionale (prostetice)

–hem (hemoglobina, mioglobina, citocromii, catalaza);

–coenzime provenite din vitamine (succinat dehidrogenaza,

transaminazele, lactat dehidrogenaza);

–metale (feritina, ceruloplasmina);

–acizi nucleici (ribozomii, nucleozomii);

–lipide (chilomicroni, VLDL, LDL, HDL);

–glucide (imunoglobulinele, colagen).

Clasificarea proteinelor după mărime şi

formă • Proteine globulare

uşor solubile în apă

intracelulare: hemoglobina, mioglobina, imunoglobulinele,

• Proteine fibrilare

insolubile în apă

extracelulare, cu roluri de susţinere: collagen, cheratină, miozină,

elastină.

Clasificarea proteinelor după rol

• structural: colagenul, elastina, keratina;

• catalitic (enzime): tripsina, chimotripsina, revers transcriptaza;

• apărare: imunoglobulinele , interferonii

• hormonal: insulina, glucagonul, parathormonul;

• transport:

- albuminele serice (transportă cationi, vitamine, metaboliţi)

-hemoglobina (transportă oxigen)

-transferina (transportă fier)

Structura proteinelor

• Organizare structurală:

-structura primară;

-secundară;

-terţiară;

-cuaternară

a).Structura primarã

b).Structurã secundarã

c).Structura tertiarã

d).Structura cuaternarã

-foaie pliatã

Aminoacid

Legãturã

Legãturi de hidrogen-helix

Lasou

peptidicã

Structura primară a proteinelor sau structura covalentă

• Structura primară precizează:

-tipul;

-numărul;

-secvenţa aa din moleculă

H3N+ CH

R1

C N CH

R2

C N CH

R3

C

O

H

O

O

H

• Secvenţa aa din proteine este determinată

genetic

-fiecare aa proteinogen este codificat de una

sau mai multe secvenţe de trei nucleotide

numite codoni.

• Este important să ştim structura

primară a proteinelor ???

• Determinarea secvenţei de aa este importantă

pentru:

a. patologia moleculară

anemia falciformă rezultă din înlocuirea

• Glu din poziţia 6 a lanţului al Hb cu

Val

b.determinarea structurii tridimensionale

Structura tridimensională a moleculelor proteice

• se realizează structura cu energia

minimă determinată de interacţii

necovalente

• Cine determină realizarea structurii

secundare şi terţiare a proteinelor ???

-axul catenei polipeptidice şi cele

-20 de tipuri de radicali legaţi la C

☺Structura secundară a proteinelor se referă la

aranjamentul spaţial al axului catenei polipeptidice

H3N+ CH

R1

C N CH

R2

C N CH

R3

C

O

H

O

O

H

• Care este conformaţia cea mai stabilă ?

– cea în care se realizează cel mai mare

număr de punţi de hidrogen între grupările

–NH- şi –CO- care aparţin diferitelor

grupări peptidice.N H CO

Paquling şi Corey

au postulat 2 structurisecundare:

-elicea şi

structura

• Structura -helix

lanţul din L-aa se răsuceşte în jurul

unui ax, la nivelul legăturilor simple;

grupările –CO- şi –NH-

devin adiacente stereochimic

şi formeză punţi de hidrogen.

HN

N

C

CC

C

C

C

C

N

N

N

N

N

N N

OO

O

OO

O

OH

O

H

H

H

H

Caracteristicile helixului

–elice dreaptă;

–distanţa între 2 aa pe verticală este 0,15 nm;

–pasul elicei, este de 0,54 nm şi cuprinde 3,6 aa per pas;

–diametrul elicei este de 1,01 nm;

–radicalii R ai tuturor aa sunt orientaţi spre exteriorul -helixului

RR

R

RR

R

R

R

Atomii Cai resturilor

consecutiveaminoacidice

a)

b)

Catena polipeptidicã

0.54 nm

3,6 aminoacizi per tur

Structura se află la proteinele fibrilare şi globulare

• Mioglobina, proteină globulară, conţine 75% structură

• Keratina, proteina fibrilară, conţine aproape 100% structură

Structura foaie pliată

• Toate legăturile peptidice componente sunt implicate în legături de hidrogen care sunt perpendiculare pe axul

catenei. ☺Structura , se referă la legăturile de hidrogen dintre punţile peptidice din cadrul aceluiaşi lanţ polipeptidic

☺Structura se referă la legăturile de hidrogen dintre punţile peptidice, care fac parte din lanţuri polipeptidice diferite.

Tipuri de structuri

• structură cu lanţuri antiparalele

N

N

N

N

N

H R

O

O

O

O

H RR

H R

H R

H

O

N

N

N

N

O

O

O

O

N

O

R H

R H

R H

R H

R H

☻Structură cu lanţuri paralele

N

N

N

N

N

H R

O

O

O

O

H RR

H R

H R

H

O

N

N

N

N

O

O

O

O

N

O

H

RH

RH

RH

RH

R

Structura “ac de păr sau -turn”

• prolina şi glicina sunt aminoacizii cei mai răspîndiţi în

cadrul acestei structuri

H2N

HOOC

• Structura este în proporţie de ~100% în fibroina din mătase;

• Structurile conţin între 2-12 catene polipeptidice;

• Fiecare catenă conţine până la 15 resturi aa.

Structuri supersecundare• In structura proteinelor globulare se combină

elemente de structură secundară

-helix

-foaie pliată

secvenţe nerepetitive

Unitate Greek key -meander -barell

• Resturile prolil, împiedică răsucirea elicoidală a

lanţurilor polipeptidice

• Resturile glicil, conferă lanţurilor polipeptidice

flexibilitate

• structuri de forma literei Ω, formate din 6 până la 16

resturi aminoacidice au rol în procesele biologice de

recunoaştere.

Structura proteinelor fibrilare

• keratina, miozina, colagenul, elastina

☺Keratina se află în păr, unghii, piele

La mamifere:

♦ keratinele au structură în proporţie de ~ 100%

♦ se află cca. 30 variante de keratină în funcţie de ţesut

Structura primară

-au un conţinut ridicat de Cys

-fiecare lanţ peptidic conţine 7 aa care se repetă

-în poziţiile a şi d predomină resturi nepolare

-pasul elicei în -helix este 0,51 nm

Structura secundară

dimer protofilament protofibrile microfibrile

macrofibrile

~450

A.P

rotofibrilã

a) Dimer b) Protofilament c)MicrofibrilãCapete

N-terminale

Capete C-terminale

Proprietăţile keratinelor• Keratinele pot fi:

- cu conţinut ridicat în sulf “hard”;

- cu conţinut scăzut în sulf “soft”

• Legăturile disulfurice pot fi rupte prin reducere cu mercaptani.

• Tratarea părului cu un agent oxidant restabileşte legăturile de sulf într-o conformaţie nouă

Colagenul.

• este cea mai abundentă proteină fibroasă

(~25% din masa proteinelor organismului uman)

• este componentul major al ţesutului conjunctiv din oase, dinţi cartilagii,

tendoane, cornee şi din matricea fibroasă a pielii şi vaselor de sânge.

• reprezintă 90% din matricea organică a osului

• prezintă rezistenţă la tracţiune

• păstrează integritatea ţesuturilor în constituţia cărora intră.

• Structura primară: (X – Y - Gly)n

– glicina (33%) – prolina (10%) – hidroxiprolina şi hidroxilizina doi aminoacizi atipici (proporţie mică)– nu conţine cisteină

• prolilhidroxilaza şi respectiv lizilhidroxilaza în prezenţa

– O2, a ionilor Fe2+ şi a vitaminei C catalizează hidroxilarea prolinei şi

lizinei

• Deficienţa vitaminei C afectează hidroxilarea şi, prin urmare,

obţinerea unui colagen normal.

Structura secundară

• trei lanţuri polipeptidice

fiecare formând câte o elice cu răsucire spre stânga,

se înfăşoară unul în jurul celuilalt

rezultând un triplu helix (tropocolagen)

cu răsucire spre dreapta

• pasul elicei din lanţurile este 9,3 Å (din cauza prolinei)

• pasul triplei elice este de ~28 Å

• moleculele de tropocolagen se asociază formând microfibrile

Secventa de aminoacizi - Gly - X - Y - Gly - X - Y -Gly - X - Y -

-helix

Triplu helix

Tropocolagen

Fibrila de colagen

Fibra de colagen

• microfibrilele sunt stabilizate prin legături covalente încrucişate la care participă resturile de Lys şi His

• numărul legăturilor încrucişate creşte cu vârsta

• microfibrilele se dispun în mod deosebit în diverse organe

• La mamifere:– 19 varietăţi de colagen– 30 lanţuri distincte genetic– cel mai răspândit este colagenul de tip I

[1 (I)]2 . 2(I)

• Colagenul, odată format, este relativ stabil

metabolic;

• Degradarea colagenului (colagenoliza) este

crescută în foame şi în diferite stări inflamatorii

• Producerea excesivă de colagen are loc în ciroza

hepatică

• Elastina este cea mai importantă proteină din ţesuturile care

necesită elasticitate

– plămân

– artere

– unele ligamente elastice

• Spre deosebire de colagen:

– nu conţine hidroxilizină; conţine ~30% Glicină, ~10%

Prolină, mulţi aa nepolari şi o proporţie foarte mică de

hidroxiprolină

– nu conţine:

» unitatea repetitivă –(Gly-X-Y)-

» triplul helix

» carbohidraţi

– Este o singură varietate genetică de elastină;

– Se sintetizează în fibroblaşti sub formă de tropoelastină în

care câteva resturi de prolină sunt hidroxilate la

hidroxiprolină

– După secreţie în mediul extracelular formează agregate

• insolubile

• extrem de stabile

• cu un turnover lent

• O scădere a cantităţii de elastină se

înregistrează în emfizemul pulmonar

• Fibronectinele, o familie de glicoproteine care se află în

matrixul extracelular şi în plasmă

– sunt dimeri (250 kDa) uniţi prin punţi disulfurice;

– au rol:

• în interacţiile dintre celule şi între diverşi componenţi ai

matricei extracelulare şi celule

• în embriogeneză

• în menţinerea integrităţii ţesuturilor

• în hemostază

• Fibronectinele stabilesc legături cu alte proteine

conectând:

– proteine extracelulare (colagen, laminină)

– mucopolizaharide (proteoglicani)

– receptori membranari (integrine)

– proteine intracelulare care formează citoscheletul

(actină, vinculină)

Structura terţiară a proteinelor

• descrie împachetarea lnţului polipeptidic ca urmare

a interacţiunilor necovalente dintre

radicalii R de la C

• este dictată de structura primară

Tipuri de legături necovalente dintre radicalii R

ai aa • Legături ionice

- între radicalii cu sarcină negativă (din Asp, Glu)

-radicalii cu sarcină pozitivă ( din Lys şi Arg):

CO

CH

NH

CH2 COO-

CO

CH

NH

(CH2)4H3N+

Aspartil Lizil

Punţi de hidrogen

• între radicalii cu grupări:

-alcoolice (din Ser, Thr)

-fenolice (din Tyr)

-amidice (din Gln şi Asn):

CO

CH

NH

CH2 OH

CO

CH

NH

CH2O

H

Seril Seril

Interacţiuni hidrofobe

• între resturile aa nepolari ca Val, Leu, Ile, Phe, Ala:

CO

CH

NH

CH3

Alanil Valil

CO

CH

NH

CH

H3C

H3C

Legături disulfurice

• Între resturi de Cys

CO

CH

NH

CH2 S S

CO

CH

NH

CH2

Cisteinil Cisteinil

• Structura tridimensională a proteinelor

Etape în împãturirea proteinei

Localizarea radicalilor în structura tridimensională a

proteinelor în funcţie de polaritatea lor

• Radicalii nepolari de la Val, Leu, Ile, Met şi Phe ocupă în cea mai mare parte interiorul proteinei, fiind lipsiţi de contactul cu apa

• Radicalii polari, cu sarcină electrică de la Arg, His, Lys, Asp şi Glu sunt de obicei localizaţi la suprafaţa proteinei în contact cu apa.

• Grupările polare neîncărcate electric de la Ser, Thr, Asn, Gln şi Tyr sunt de obicei la suprafaţa proteinei dar se pot localiza şi în interiorul moleculei.

Mioglobina

• proteină globulară • se află în muşchi • are rolul de rezervor

tisular de oxigen.

☻conţine o parte proteică numită globină şi o grupare neproteică denumită hem.

Hem

• 75% din lanţul polipeptidic formează -helix

• Lanţul polipeptidic cuprinde 8 segmente elicoidale (denumite A, B, C, ….H)

• Prolina se află în 4 puncte de terminare a elicelor

F

HA

EG

B

C

D

Structura cuaternară

• proteine oligomere, sunt alcătuite din mai multe lanţuri peptidice, numite protomeri

• protomeri prezintă fiecare structura sa primară, secundară şi terţiară.

+

• Asamblarea protomerilor, structura cuaternară, se realizează numai prin forţe slabe necovalente

• Complementaritatea suprafeţelor de contact asigură un grad înalt de specificitate structurilor cuaternare

+

Proteina Masa proteineiKdaltoni

Număr protomeri

Masa protomerilorKdaltoni

Creatin kinaza 80 2 40

Miozina 468 2 212

Lactat dehidrogenaza 150 4 35

Glicogen fosforilaza 270 4 92,5

Hemoglobina 64,5 4 16

Ceruloplasmina 151 8 18

Glutamin sintetaza 592 12 48,5

Importanţa structurii cuaternare

• Structura cuaternară permite reglarea activităţii proteinelor

• Defectele pot fi reparate prin simpla înlocuire a subunităţii

Şaperonii moleculari • sunt proteine care:

– favorizează împăturirea corectă a proteinelor;

– permit proteinelor greşit împachetate să se rearanjeze în forma lor

nativă;

– facilitează transportul proteinelor prin membrane

• Şaperonii = proteine de şoc termic (Hsp) deoarece viteza lor de

sinteză creşte cu creşterea temperaturii

• Hsp 70, proteine cu masa moleculară 70-kD şi şaperonine,

proteine mari cu multe subunităţi.

Cursul 3 28.10.2009

Proprietăţile proteinelor

Hemoproteine

Mioglobina

Hemoglobina

Citocromii

Proprietăţi electrochimice ale proteinelor

• La pH fiziologic proteina apare ca un poliamfolit.

• La pH izoelectric: sarcina zero şi solubilitate minimă

–hemoglobina pI= 7,07

–miozina pI= 5,2

–insulina pI= 5,35

–histonele pI= 10,8

Denaturarea proteinelor

• sunt afectate legăturile necovalente

• nu se rup legăturile peptidice

• nu se modifică masa moleculară

• se modifică conformaţia nativă

• se pierde

parţial sau

total,

activitatea biologică specifică

Etape în împãturirea proteinei

• Agenţi denaturanţi:

-radiaţiile UV, , X ,

-temperatura,

-pH-uri extreme (acide sau bazice),

-alcooli, acizi organici, ureea, guanidina etc.

Solubilitatea.

• depinde de pH-ul mediului în care se află proteina

• săruri ale metalelor uşoare, influenţează

solubilitatea proteinelor: NaCl, MgCl2, Na2SO4, etc.

• sulfatul de amoniu este utilizat pentru a separa

globulinele de albumine

• Impăturirea greşită a proteinelor

(protein misfolding)

-se poate produce

spontan

sau poate fi determinată de o mutaţie genetică

• Se asociază cu:

amiloidozele şi

bolile prionice

Amiloidozele reprezintă:

☺un grup de afecţiuni cauzate de agregarea unor proteine

specifice:

Amiloid

Proteine fibroase

Precursorii acestora

UNDE ???????

în spaţiul extracelular din interiorul ţesuturilor din diverse

organe

• Când se formează agregate ???

Aceste proteine

au stabilitate mare,

iar când

viteza de depozitare depăşeşte

viteza de degradare

se formează agregate

• Acumularea de amiloid

provoacă

disfuncţia progresivă a

organului

afectat

Membranã

Precursorul proteinei amiloid

Extracelular

Intracelular

Clivare enzimaticã A

Amiloid

Clivare enzimaticã

Agregarea spontanã a amiloidului cu formarea fibrilelor de foi -pliate

Formarea plãcii amiloid

• Formarea agregatelor poate fi:

– locală

– Generală

– sistemică

Bolile prionice

• Prionii sunt:

o clasă de agenţi infecţioşi subvirali

• Proteine prionice

există, în mod normal

în toate celulele mamiferelor

intră în structura membranelor celulare

• Proteină normală sintetizată normal în

neuronii mamiferelor

se transformă

în proteină infecţioasă

prin modificarea conformaţiei tridimensionale

• Agentul infecţios este,

o versiune modificată a

proteinei normale, care ☻

acţionează ca “template”

pentru

transformarea proteinei normale

într-o formă patogenică

• Forma neinfecţioasă a prionilor:

☻ prezentă

în creierul mamiferelor fiziologic normale,

pe suprafaţa neuronilor şi a celulelor gliale

☻are aceiaşi structura primară

cu proteina infecţioasă

Modificarea conformatiei proteinei

Cresterea exponentialã a formei infectate

• Prionii (proteine cerebrale, infecţioase)

sunt implicaţi în maladii neurodegenerative ca:

☻encefalopatia spongiformă transmisibilă

care include:

• maladia Creutzfeldt Jakob la om

• scrapie in sheep şi

• mad cow disease

• termenul de prion semnifică o “proteină infecţioasă”

• Prionii rămân o enigmă

“o perplexitate”

a biologiei moleculare

Hemoproteinele

☺ proteine conjugate – (hem + parte proteică):

-hemoglobina;

-mioglobina;

-citocromii;

-diverse oxidaze şi peroxidaze

Hemul

• Hem =

grupare prostetică

care permite legarea

oxigenului la Mb şi Hb

-conţine Fe2+ şi protoporfirina IX

• Protoporfirina IX

compus tetrapirolic,

cu caracter aromatic,

cu următorii substituenţi:

–1, 3, 5, 8 grupări –CH3 (metil, M);

–2, 4 grupări –CH=CH2 (vinil);

–6,7 grupări –CH2-CH2-COOH (propionic, P)

NH

HC

N

HCNH

CH

N

CH

M V

M

V

M

P

P MProtoporfirinã IX

• Protoporfirina leagă coordinativ un ion de Fe2+

formând hemul

• Ionul feros din hem are cifra de coordinaţie 6

În mioglobină (hem + globină)

• Hemul este aşezat în cavitatea hidrofobă a Mb

Legarea în mioglobină

• rol în depozitarea şi dispersarea la nivel tisular.

• leagă reversibil un mol de

2O

2O

2O

Mb + O2 MbO2

N N

N N

Fe2+

His proximal

O=O His distalã

Mioglobina

• proteină globulară • se află în muşchi • are rolul de rezervor

tisular de oxigen.

☻conţine o parte proteică numită globină şi o grupare neproteică denumită hem.

(87 prox 58 distală)

Hem

Metmioglobină

• Mb în care se află Fe3+

• nu poate lega O2

• oxigenul este înlocuit cu o moleculă de apă

☺hem din proteine poate lega şi: CO, NO, H2S

cu afinitate mult mai mare decât O2

Mb leagă O2 la presiunea mică a acestuia din

ţesuturi

Mitocondria

CO2 Mioglobinã + O2Muschi

Sânge

Plãmân

Hemoglobinã + CO2 Hemoglobinã + O2

PO2=20 mm Hg

PO2=100mm Hg

CO2O2

Curba de oxigenare a Mb

Arc de hiperbolă

P50 pentru Mb = 1 torr

20 40 60 80 100 120Presiunea O2 (mm Hg)

20

40

60

80

100

Sat

urar

e cu

O2

(%)

Mb

Hemoglobina

• proteină intracelulară

• tetramerică

• dă culoarea sângelui

• fiecare subunitate a Hb = hem + globină, unde se leagă oxigenul

• hem din Mb Ξ hem din Hb

Structura hemoglobinei

• proteină oligomeră

Locul de legare a 2,3-bisfosfogliceratului

a) b)

Hem

Specii moleculare de Hb

• Hb A1 =

• Hb A2 =

• Hb F =

• Hb E =

Rolul fiziologic al Hb

• Hb transportă

– O2 de la plămân la ţesuturi

– CO2 şi protonii de la ţesuturi la plămân.

Curba de oxigenare a hemoglobinei.

• Hb fixează 4 molecule de O2

Hb HbO2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 Hb(O2)4

O2 O2

O2 O2

20 40 60 80 100 120Presiunea O2 (mm Hg)

20

40

60

80

100

Sat

urar

e cu

O2

(%)

Mioglobinã

P50 (Hb)

TesutPlãmân

Hemoglobinã (pH=7,4)

Curba de oxigenare a Hb este o sigmoidă

• Valoarea P50 pentru Hb este de 26 mm Hg

• Legarea O2 la Hb

se face prin cooperativitate

Stările conformaţionale T şi R ale Hb• Starea T - conformaţia deoxiHb

-interacţiuni intracatenare şi intercatenare; -opt legături ionice

• Starea R - conformaţia oxiHb

NH3+ COO-

NH3+

NH3+

NH3+

COO-

COO-

COO-

94 146

Asp

His

LysArg Asp

141 126 40

AspHis

146 94

12640 141Lys Arg

Asp

CH

NCH2

CHC

Histidina proximalã

Fe2+

(F 8)

Planulprotoporfirinei

O2

CH

NCH2

CHC

Fe2+ OO

Fe

Forma T

Planul protoporfirinei

Helix F

Histidina proximalã (F 8)

ValLeu

Leu

O2

Forma R

Factori care influenţează eliberarea O2 de pe Hb:

-temperatura

-pH-ul

-presiunea CO2

-2,3-bisfosfogliceratul

Transportul CO2 şi efectul Bohr

• “efect Bohr”

Eliberarea O2 de către Hb creşte cu scăderea

pH-ului şi creşterea presiunii parţiale a CO2.

20 40 60 80 100 120Presiunea O2 (mm Hg)

20

40

60

80

100S

atur

are

cu O

2 (%

) pH=7,6

pH=7,4

pH=7,2

Efectul Bohr, creşterea afinităţii Hb pentru O2, cu creşterea pH-ului

• Prin efectul Bohr

Hb furnizează O2 suplimentar

muşchiului în contracţie

• muşchiul în contracţie, P <20 torri.

• Muşchiul generează acid lactic

pH-ul poate ajunge de la 7,4 la 7,2.

• La pO2 de 20 tori Hb eliberează de ~10 ori mai

mult oxigen la pH=7,2 decât la pH=7,4

• Transportul CO2 la plămân:

– 15% din CO2 este transportat la plămân sub formă de carbamaţi

• grupările –NH2 ale aa terminali din lanţurile Hb şi a altor proteine,

leagă CO2

• forma T (deoxi) a Hb leagă mai mult CO2 decât forma R (oxi).

R NH2 R NH COO-+ CO2 + H+

ion carbamat

85% din CO2 este transportat în formă de ion bicarbonat

la plămân:

CO2 + H2O H2CO3

anhidraza carbonicã

H2CO3 H+ + HCO3

-

Plãmân Sânge Muschi

CO2+H2O CO2 HCO3- +H+ HCO3

- +H+ CO2 CO2+H2O

Hb HbH+ HbH+ Hb

HbO2 HbO2

ExpirareRespiratie

MbO2

O2O2

pO2=20 toripO2=100 tori

O2

Inspirare

H2O H2O

AC AC

Mb

Bisfosfogliceratul se leagă la deoxi-Hb

• Se află în eritrocite în raport molar 1:1 cu Hb

• micşorează afinitatea Hb pentru O2 de 26 de ori

H

C

C

C O

O-

H O

H O

D-2,3-bisfosfoglicerat

PO32-

PO32-

His 143

Lys 82 His 2

NH3+

NH3+

His 2

His 143

Lys 82

• Curba de oxigenare a hemoglobinei în absenţa 2,3-bisfosfogliceratului

20 40 60 80 100 120Presiunea O2 (mm Hg)

20

40

60

80

100

Sat

urar

e cu

O2

(%)

Cu 2,3-BPG

Fãrã 2,3-BPG

• lanţurile peptidice din Hb F nu leagă 2,3-bisfosfogliceratul

• In prezenţa 2,3-bisfosfogliceratului Hb F are afinitate mai mare pentru

oxigen decât Hb maternă.

20 40 60 80 100 120Presiunea O2 (mm Hg)

20

40

60

80

100S

atur

are

cu O

2 (%

)

Hematii de la mamã

Hematii de la fãt

O2 trece de la oxihemoglobina maternã la deoxihemoglobina fetalã

• Hb transportă NO, vasodilatator, la

celulele din pereţii capilarelor tisulare

favorizând eliberarea O2

Aspecte clinice

• Glicozilarea Hb A1 în diabetul zaharat

-peste 12% din cantitatea totală de Hb poate fi glicozilată în

diabet (NORMAL ~ 5%)

• Hemoglobinopatiile (mutaţiile în structura subunităţilor

proteice):-Hb S sau anemia cu hematii în formă de seceră

Glu 6 Val

-Thalasemiile sunt anemii hemolitice determinate de producerea

unor cantităţi insuficiente de subunităţii sau din hemoglobină.

Citocromii

• transportă electroni

Structura citocromului c

In legătură cu Hb sunt corecte afirmaţiile:

A. Hb leagă 4 molecule de 2,3-bisfosfogliceratB. OxiHb şi dezoxiHb au aceiaşi afinitate pentru

protoniC. Acidoza (scăderea pH-ului) măreşte

sigmoidicitatea curbei de saturare cu oxigen a HbD. Hb transportă NO la celulele din pereţii capilarelor

tisulare favorizând eliberarea O2

E. Afinitatea Hb pentru oxigen scade cu creşterea procentului de saturare cu oxigen a acesteia

Curs 4

• Proteine plasmatice Serumalbumine Imunoglobuline

• Proteine cu rol în coagularea sângelui

Fibrinogen

Afirmaţia corectă atât pentru mioglobină, cât şi pentru hemoglobină este:

A. Leagă hemul într-o cavitate hidrofilă

B. Curba de saturare cu oxigen este influenţată de variaţia pH-ului mediului

C. Contine subunităţi proteice legate covalent între ele

D. Leagă bioxidul de carbon sub formă de carbamino-derivaţi

E. Are o proporţie foarte mare de structură ca structură secundară

Structura hemoglobinei

• proteină oligomeră

Locul de legare a 2,3-bisfosfogliceratului

a) b)

Hem

Proteinele plasmatice

• Concentraţia proteinelor plasmatice

7g/dl

Albumine 55 (%)

Globuline:

1-globuline 4

2-globuline 8

-globuline 12

-globuline 16

Fibrinogen 200-400 mg/dl

Alb

Linia de start

Sensul de migrare

Albumine

Hipergamaglobulinemie policlonalã (difuzã)-infecþii bacteriene cronice-boli hepatice cronice-boli autoimune

Hipergamaglobulinemii monoclonale (paraproteinemiile)Prolifereazã o singurã clonã de limfocite B Ig cu structurã identicã

(ex.proteine Bence - Jones)

Rãspuns imediat determinat de stres, inflamaþie cauzatã de infecþii, distrucþii tisulare, traume chirurgicale

Inflamaţie cronică (endocardită bacteriană, tuberculoză, poliartrita cronică, colagenoze=

(Proliferare plasmocite din măduvă, ganglioni, splină)

Sindrom nefrotic

• Sindrom nefrotic (pierdere de proteine pe cale renală)

– Scad proteinele serice totale şi extrem de accentuat proteinele cu masă mică

(albuminele, siderofilina, antitrombina III, componente 1), datorită

eliminării prin urină ca urmare a creşterii permebilităţii filtrului glomerular faţă

de proteine

– Cresc proteinele serice cu masă mare (2 macroglobulina, fibrinogenul,

lipoproteinele şi IgM) deşi nu se elimină renal şi au turnover rapid

• Scăderea concentraţiei albuminelor serice duce la reducerea presiunii coloid

osmotice a plasmei (apariţie edeme) fapt ce stimulează sinteza hepatică de proteine

inclusiv de albumine dar acestea se elimină renal

• Creşte colesterolul şi lipemia

Hipogamaglobulinemia (sindromul deficienþei de anticorpi)

-hipogamaglobulinemiile trecãtoare ale nou-nãscuþilor -hipogamaglobulinemii: congenitale legate de sex

(lipsã plasmocite, limfocite circulante normale) de tip alimfocitar(lipsã plasmocite, hipoplazie timus ºi þesuturi limfatice)

-hipogamaglobulinemii c⺠tigate (sindrom nefrotic, lezarea celulelor producãtoare)

Pierdere enterală de proteine eliminare proteine plasmatice în tractul digestiv Lipsesc hipercolesterolemia şi hiperlipemia şi globulinele nu cresc ca în nefroză

Serumalbuminele

• proteine sintetizate în ficat

• Au pI = 5

• La pH-ul fiziologic migrează spre anod

având o încărcare negativă

• Menţin presiunea coloid osmotică a plasmei

• Sunt transportori: – Hormoni– vitamine – Medicamente– Cationi– acizi graşi liberi– bilirubină

• sistem tampon plasmatic

Globulinele -globulinele care cuprind: antiproteaza (antitripsina), apolipoproteina A;

-globulinele care cuprind: haptoglobina, ceruloplasmina;

-globulinele care cuprind: transferina, apolipoproteina B, componentele C3 şi C4 ale complementului

-globulinele care cuprind: anticorpii

Imunoglobulinele

• Sunt proteine solubile

numite

anticorpi (Ac)

COO- -OOC

Loc de legare antigen

Loc de legare antigen

Lant usor

Lant greu

VHVH

VLVL

CL CL

CH 1 CH 1

Fab

CH 2 CH 2

CH 3 CH 3

COO--OOC

Papaina Zonã flexibilã

Fc

Fab

V = Zone variabile C = Zone constante

OHC CHO Zonã de legare a complementului

Punti de sulf

• In ce lichide biologice se află ???

– salivă, – lacrimi,– lapte matern, – majoritar în plasmă;

• nu pot traversa bariera hemato-encefalică sau filtrul renal.

Cine le produce ???

• sunt elaborate de limfocite B (plasmocite)

în urma unui stimul antigenic;

Ce rol au ???

• Ac + Ag complexul Ag-Ac care

– blochează antigenul şi

– iniţiază procese care distrug antigenul

Funcţiile sistemului imun

• recunoaştere antigeni;

• declanşarea căilor pentru distrugerea agenţilor

• recunoaşterea şi distrugerea celulelor nonself

• Care sunt celulele responsabile de

producerea anticorpilor ????

Limfocite

• organele limfoide primare (timus şi măduva hematogenă).

• organele limfoide secundare (splină, ganglioni limfatici, amigdale)

• limfocite circulante - aproximativ 25% din elementele figurante albe

După mecanism răspunsul imun poate fi:

–umoral

–celular

Răspunsul imun umoralse bazează pe producerea de Ig

• Mediat de limfocite B maturate în măduvă

Antigen

Plasmocite

Diferentiere proliferare

Ig (Y)Limfocite B

Y

Răspunsul imun celular

• Mediat de limfocite T maturate în timus

• Receptorii limfocitelor T:

– pot exista numai ca molecule ataşate la suprafaţa limfocitelor T;

–recunosc numai epitopii rezultaţi din procesarea antigenelor native şi

care au fost expuşi la suprafaţa celulelor prezentatoare de antigen

(macrofage, monocite, limfocite B, celule dendritice) în conjuncţie cu

moleculele MHC II (complexul major de histocompatibilitate).

• Limfocitele T

-celule T killer

-celule T helper

-celule T supresoare

Antigeni

• antigeni = orice substanţă– exo- sau – endogenă

capabilă să declanşeze un răspuns imun.

In ce constă declanşarea unui răspuns imun ???

stimularea producerii de

Ac sau

receptori celulari

care se pot cupla specific cu Ag inductor

• Care sunt proprietăţile antigenelor ??

– Imunogenicitatea

– Specificitatea

• Imunogenitatea

Ag determină organismul să producă un răspuns

• Ce presupune răspunsul imun ??-selecţia clonală (clonă = o populaţie de celule

identice);-activarea metabolică a clonei;-expansiunea clonală

Specificitatea

• Ag induce sinteza de Ac

care se combină

doar cu Ag care au indus răspunsul

Imunogenicitate

Antigen

Plasmocite

Diferentiere proliferare

Ig (Y)Limfocite B

Y

• Care sunt componentele macromoleculei antigenice ???

– determinanţi antigenici sau epitopi =

locul specific de pe antigen la care se leagă anticorpul

– pe suprafaţa unui antigen pot exista 10 până la 1000 determinanţi antigenici

Antigenele pot fi:

• imunogene sau complete -declanşază răspuns imun -reacţionează specific cu produsele rezultate

• haptene sau Ag incomplete-greutate moleculară mică -reacţionează cu Ig specifice-nu pot iniţia un răspuns imun umoral

nu produc anticorpi, decât cuplate cu o macromoleculă purtătoare.

Ag complet:

componentă haptenică şi

componenta purtătoare

Condiţii de antigenicitate

• –să fie non-self

• –să aibă o greutate moleculară mai mare de 10.000 dal

• –să aibă conformaţie spaţială stabilă

• –structura chimică să fie cât mai complexă

Clase de antigene

• Proteinele sunt cele mai puternic antigenice

• Glucidele şi lipidele pot deveni antigene numai legate de proteine.

• Acizii nucleici sunt slab antigenici.

Structura anticorpilor

• Anticorpii sunt tetrameri cu formula moleculară H2L2

-două lanţuri grele identice H (heavy)

-două lanţuri uşoare identice L (light)

COO- -OOC

Loc de legare antigen

Loc de legare antigen

Lant usor

Lant greu

VHVH

VLVL

CL CL

CH 1 CH 1

Fab

CH 2 CH 2

CH 3 CH 3

COO--OOC

Papaina Zonã flexibilã

Fc

Fab

V = Zone variabile C = Zone constante

OHC CHO Zonã de legare a complementului

Punti de sulf

Funcţiile imunoglobulinelor

• recunosc Ag şi se combină cu el

• O moleculă tetramerică de Ig este bivalentă

Ag + Ac Ag - Ac

Clasele de anticorpi

• IgG cu lanţuri grele de tip ; şi lanţuri uşoare sau k

• IgA cu lanţuri grele de tip ; şi lanţuri uşoare sau k

• IgM cu lanţuri grele de tip ; şi lanţuri uşoare sau k

• IgD cu lanţuri grele de tip ; şi lanţuri uşoare sau k

• IgE cu lanţuri grele de tip şi lanţuri uşoare sau k

Rolul anticorpilor

• IgG

-sunt monomeri bivalenţi

-75-80% din Ig organismului

-traversează bariera placentară

-IgG apar după IgM şi IgE

-se află în sânge, limfă, lichide interstiţiale

-se sintetizează în cantităţi mari.

-activează complementul

IgA

• pot fi monomeri şi dimeri

• reprezintă 15% din Ig organismului.

• se află în sânge, în secreţii şi pe suprafaţa mucoaselor

• IgA nu activează complementul.

S C

J

S S S S

J

IgM• sunt pentameri cu cinci situsuri de legare a Ag

• reprezintă 3% din Ig organismului.

• se găsesc predominant intravascular (80%).

• pot traversa bariera vasculară alterată, apărând în focarele inflamatorii.

• nu se transmit transplacentar, dar apar în concentraţii reduse în colostru şi secreţii.

• IgM intervin după IgE, dar înaintea IgG.

IgE

• sunt monomeri, sunt bivalente.

• se mai numesc reagine.

• IgE sunt circulante sau fixate la suprafaţa mastocitelor, având rol în stările de hipersensibilitate de tip anafilactic.

• După imunizare, sunt primii anticorpi care apar (între ziua a 7-a şi a 10-a).

• Nu activează complementul.

IgD

• sunt monomeri, sunt bivalente.

• reprezintă 0,2% din totalul Ig serice.

• IgD se află pe suprafaţa limfocitelor B, în structura receptorilor.

În legătură cu hepatenele sunt corecte afirmaţiile:

A.Sunt macromolecule

B.Pot funcţiona ca antigene

C.Legate covalent de o macromoleculă pot funcţiona ca determinanţi antigenici

D.Se pot lega de anticorpii specifici

E.Nu acţionează niciodată ca determinanţi antigenici

Care dintre afirmaţiile de mai jos în legătură cu imunoglobulinele nu sunt corecte ?

A. Legarea antigenului se face printr-un domeniu situat la capetele carboxi-terminaleB. Migrează electroforetic cu fracţiunea gama a

globulinelor plasmaticeC. Leagă antigenul prin legături covalenteD. Contine legaturi disulfurice intre lanturile de

tip HE. Pot functiona ca receptori de membrană ai

limfocitelor B, pentru antigeni nativi

Proteine implicate în coagularea sângelui.

• Coagularea sângelui este o componentă a hemostazei care implică:

-vasoconstricţie

-aderarea şi activarea trombocitelor la

locul leziunii vasculare.

• La coagulare participă componenţi

– plasmatici sau

– tisulari.

Componenţii cascadei de coagulare

• Majoritatea sunt enzime care se activează în

cascadă

• se notează cu cifre Romane, de la I la XIII

(factorul VI nu există)

• sufixul a arată că factorul este activ.

• ionii de Ca2+ reprezintă factorul IV

• Factorii V şi VIII nu sunt enzime

• Factorul III sau factorul tisular este produs de

endoteliul vascular

• F III + Ca2+ activează F VII

• Se află în sânge,

în formă inactivă de zimogeni,

se activează prin proteoliză,

în

cascadă

Calea intrinsecã

Calea extrinsecã

Factor XI Factor XIa

Traumã tisularã

Factor tisular

Factor VIIa Factor VII

Factor IX Factor IXa

Factor X Factor Xa

VIIIa

VIII Factor X

Protrombina TrombinãII

V

Va

Fibrinogen FibrinãI

Retea stabilizatã de fibrinã

Factor XIII

Factor XIIIa

Factor XII Factor XIIa

Kalikreinã, Kininogen

Fibrinogenul

• proteină plasmatică solubilă în apă

• Concentraţia plasmatică:

200-400 mg/dl

(2-3% din proteinemia

totală)

• Factorul I al coagulării

• este precursorul fibrinei (Factorul Ia)

Structură

• Este un hexamer (

• Este o glicoproteină

lanţurile B şi

au oligozaharide

legate N-glicozidic

• are 17 punţi disulfurice

• fibrinopeptidele A şi B conţin resturi de

Glu şi Asp;

– în segmentul B se găsesc şi resturi de

tirozină sulfatată.

Fibrinopeptidul A

Fibrinopeptidul B Lantul A

Lantul B

Lantul

-COO- -NH3+ -COO-

47,5 nm

Transformarea fibrinogen-fibrină

Fibrinogen

H2O

Fibrinopeptide

Monomer de fibrinã

Agregare

Chiag moale de fibrinã

Factor XIIIa (transamidazã)

Chiag stabil de fibrinã

2.Legătura:

A.Se formează sub influenţa F-XIIIa

B.Este o legatură de tip bază Schiff

C.Se formează între lanţurile L şi H ale imunoglobulinelor

D.Se formează între lanţurile alfa şi beta din hemoglobină

E.Participă la formarea structurii primare a proteinelor

Protrombina (Factorul II)

• sintetizată în ficat• Capătul N-terminal al protrombinei conţine multe resturi

de acid glutamic carboxilat, • carboxilarea este un process dependent de prezenţa

vitaminei K

NH CH

R

CO NH CH

CH2

CO

CHCOO-

O-OC

Protrombinã NH CH CO

CH2

CH2

COO-

Protrombinã NH CH CO

CH2

CH

COO-

O-OC

O2; CO2

CH3

R

OH

OH

CH3

R

O

O

Trombina

• protează care activează un număr mare de factori din cascada de coagulare:

• –fibrinogen (factorul I);• –factorul de stabilizare a fibrinei (factorul XIII);• –factorul V;• –factorul VIII;• –factorul XI.

Reglarea procesului de coagulare

1. Inhibarea formării chiagului

Naturală

– De către componenţi plasmatici

• inhibitorul căii extrinseci

• antitrombina III

• proteina C este o serin protează plasmatică,

dependentă de vitamina K,

activată de trombină, care

transformă factorii activi VIIIa şi Va în forme inactive

• trombomodulina este o glicoproteină din endoteliul

vascular, care acţionează ca receptor pentru

trombină

Complexul trombină-trombomodulină:

scade afinitatea trombinei pentru

fibrinogen

creşte afinitatea trombinei pentru proteina C

2.Degradarea chiagului (fibrinoliza). • Plasminogenul este activat de:

– urokinaza (activatorul plasminogenului din rinichi)

– factorul tisular activator al plasminogenului (protează eliberată de endoteliul vascular).

• În contrast, 2-antitripsina, proteina plasmatică, se leagă de plasmina activă inhibând fibrinoliza.

Plasminogen Plasminã

Cheag de fibrinã Peptide solubile

Factor tisular

• Urokinaza

• Factorul tisular activator al plasminogenului

• Streptokinaza

(o proteinază bacteriană cu activitate similară, sunt utilizate în clinică pentru dizolvarea chiagurilor formate în urma unor afecţiuni cardiace).

• Homeostazia plachetară este menţinută de:

– Tromboxan A2 produs de plachetele activate care• Promovează agregarea plachetelor• Stimulează vasocostricţia musculaturii netede

vasculare

– Prostaciclina produsă de celulele endoteliului vascular

• Inhibă agregarea plachetară• Stimulează vazodilataţia

• Efectul opus al TXA2 şi PGI2 inhibă formarea trombilor la locul injuriei

Care dintre afirmatiile de mai jos, referitoare la fibrinogen, sunt corecte ?

A. Este necesar transformării protrombinei in trombină

B. La pH fiziologic, molecula este încărcată negativ

C. Nu prezintă structură cuaternară

D. Are solubilitate în apă mai mică decât fibrina, întrucât are masa moleculară mare

E. Conţine resturi de tirozină sulfatate