PROTEINE

Proteinesuport chimic structural i funcional al materiei vii;surs primar de aminoacizi, din care se sintetizeaz proteinele proprii celulare;purttor material al tuturor nsuirilor biologice: difereniere, cretere, dezvoltare, reproducere;rol catalitic (enzime);funcie represoare, participnd la reglarea expresiei genelor;

Proteinepigmeni respiratori (hemoglobina, citocromii);anticorpi;particip la constituirea ultrastructurii biomembranelor;intervin n procesele de permeabilitate selectiv a membranelor, n transportul apei, al unor ioni i a unor substane organice;particip la meninerea echilibrului acido-bazic.

PROTEINEProteinele fibrilare sunt rezistente fizic i insolubile n ap i soluii diluate (colagenul din tendoane i oase; -keratina din pr, coarne, piele, unghii, pene; elastina din esutul conjunctiv elastic).

Proteinele globulare sunt solubile n ap i soluii diluate (enzime, anticorpi, hormoni, proteine de transport).

STRUCTURA PROTEINELORvarietate structural existena unui numr foarte mare de forme izomere

20 de aminoacizi standard numrul total de proteine distincte care pot fi asamblate este de 20n, n = resturi aminoacizi in lanul polipeptidic.

STRUCTURA PROTEINELORConformaia prezint aranjamentul temporar geometric datorat rotirii limitate a unor grupe de atomi n jurul unei legturi , fr deformarea unghiurilor de valen i fr a avea loc scindri ale legturilor covalente. conformaie nativ

Configuraia reprezint orientarea n spaiu, respectiv dispunerea tridimensional a atomilor sau gruprilor de atomi ai moleculei, n raport cu un anumit centru de referin, considerat rigid. Structurile configuraionale nu pot fi transformate una n cealalt fr distrugerea uneia sau mai multor legturi covalente.

Legtura peptidic delocalizarea electronilor caracter parial de dubl legtur coplanar, planul rigid n care se afl legtura C-N nu permite rotaia liber, ci doar o rotaie restrns

Legtura peptidic

Legtura peptidic atomii Ca adiaceni legturilor peptidice ct i atomii de oxigen i hidrogen ocup poziii trans

aranjament trans repetabil stabil

Structura primar tipul i modul de nlnuire al resturilor aminoacizilor n catena polipeptidic, deci caracterizeaz calitativ i cantitativ proteinele.

Structura secundar satisfacerea potenialului de formare a legturilor de hidrogen n interiorul lanului polipeptidic sau ntre lanurile polipeptidice.

Structura teriar modul de organizare secundar a lanului polipeptidic, la care se adaug modul de pliere a acestuia datorit interaciilor dintre radicalii grefai de-a lungul su.

Structura cuaternarmodul n care lanurile polipeptidice individuale (protomeri) se asociaz pentru a constitui structura funcional (oligomenul).

Structura primara- existena legturilor peptidice;- existena unei secvene bine definite a resturilor aminoacizilor, n catenele polipeptidice (control genetic);- existena unor conformaii i configuraii specifice fiecrei proteine activitatea biologic.

Regiuni variabile ale insulinei, dependent de specie

SpeciaCatena A, poziiile8 9 10Catena B, poziia30OmThr Ser IleThrPorcThr Ser IleAlaCineThr Ser IleSerIepureAla Ser ValAlaCaprAla Gly ValAlaOaieThr Gly IleAla

Anemia falciformhemoglobina A normal - rest de Glu din poziia a asea, a catenei

hemoglobina S restul de Glu substituit cu un rest de Val

Structura primarafiind substituit un aminoacid cu radical ionic cu altul cu radical nepolar proteina rezultat nu mai conserv proprietile proteinei iniiale (proteinele nu mai sunt omologe) substituia este neconservativ

Structura secundaro organizare spaial tridimensional, stabilizat de legturile de hidrogen dintre gruprile >NH (donoare de hidrogen) i gruprile >C=O (acceptoare de hidrogen).

legturi de hidrogen intracatenare si/sau intercatenare

Structura secundarPauling i Corey (1951) au demonstrat existena a dou structuri secundare pentru lanurile polipeptidice:

-helix-ul

structura .

a-HelixPentru lanurile polipeptidice constituite din L--aminoacizi, -helix-ul de dreapta unghiurile de torsiune = -57o i = -47o, pasul 5,4 fiecare elice este constituit din cte 3,6 resturi aminoacizi.

a-Helixresturile glicil nu posed caten lateral flexibilitate lanurilor polipeptidice

resturile de proliln structur planar, care nu permite rsucirea elicoidal.

volumelor mari ale resturilor aminoacizilor (valin, izoleucin, treonin) impedimentri sterice ntre elici adiacente

Resturile aminoacizilor alanin, leucin, acid glutamic i metionin avantajeaz constituirea structurilor secundare -helix. ntreruperea structurii secundare -helix

Stabilizatori i destabilizatori ai structurii secundare -helix

Aminoacizi stabilizatoriAminoacizi destabilizatoriAla, Leu, Glu, MetPro, Cys, Tyr, SerLys, Phe, Gln, TrpIle, Val, Thr

b-foi pliate

b-foi pliatefibrele de -keratin cu structur secundar -helix sunt supuse la umezeal i cldura

se lungesc transform n structura secundar -keratinic,legturile de hidrogen intralan se rupse constituie o structur zig-zag n care lanurile polipeptidice adiacente interacioneaz prin intermediul legturilor de hidrogen interlan

b-foi pliate paralele (-keratin)

b-foi pliate antiparalele (fibroina)

Structura tertiarase caracterizeaz prin alternana de-a lungul catenei polipeptidice a unor segmente regulate rigide cu segmente flexibile, aleator nfurate.

este stabilizat de interaciile radicalilor de pe resturile de aminoacizi care pot fi: hidrofobe, legturi de hidrogen, ionice, covalente (de reticulare).

Structura tertiaraOrice protein posed o conformaie spaial unic, conferit de secvena proprie a aminoacizilor specificitatea funcional a macromoleculeienergie minim stabilitate maxim

Structura tertiara

Structura tertiara

Structura tertiara

Agenti chaotropici (de denaturare)pHTemperaturaSaruriDetergentiAlcooli, acizi, bazeRadiatii

Seriile Hofmeister Efect salting inEfect salting out

Mioglobinaconine o grupare neproteic (hem) care este legat de un lan polipeptidic constituit din 153 resturi de aminoacizi.

Lanul polipeptidic este constituit din opt zone -helix separate de zone neelicoidale unde lanul i schimb direcia, ceea ce face ca macromolecula s fie compact

Mioglobinaprezent n muchi ca transportor de oxigen molecular rezervor de oxigen n muchii mamiferelor acvatice

Liganzii axiali sunt resturile histidil din protein i oxigenul molecular

Structura teriar a mioglobineise aseamn cu cea a hemoglobinei (lanul ).

n unele macromolecule proteice, se constituie canale interioare formate din resturi ale aminoacizilor ncrcai electric sau puternic polare (canale ionice).

Structura cuaternaraprotomeri (monomeri; subuniti)

oligomer.

Protomerii individuali nu posed funciile biologice specifice oligomerului.

Complementaritatea presupune specificitate strict care induce posibilitatea de reglare a activitii proteinelor (oligomerilor).

Proteinele oligomeredimeri, tetrameri, hexameri, dependent de numrul protomerilor

homodimeri, homotetrameri, homohexameri

protomerii se aeaz simetric ocupa poziii echivalente geometricdetermin simetrii rotaionale

ProteinaNumr protomeriFunciaHexokinaza2EnzimFosfataza alcalin2EnzimCreatinkinaza2EnzimConcanavalina A4LectinLDH4EnzimFosfofructokinaza4EnzimPiruvatdehidrogenaza4EnzimPiruvatkinaza4EnzimAldolaza4EnzimHemoglobina12TransportorFeritina24Agent de stocare Fe

Aranjarea simetrica a protomerilorsimetrie cilindricsimetrie helical

HemoglobinaHemoglobina uman a adultului este o protein oligomer constituit din dou catene protomere identice i dou catene protomere identice Catene 1; 2; 1; 2

Interaciile hidrofobe sunt mai puternice ntre catenele neidentice (1 2; 21; 2 2) dect cele realizate ntre protomerii identici 12 sau 12 se obin dimeri de tipul

Hemoglobina

Hemul este constituit din patru inele pirolice reunite prin intermediul atomilor de carbon , poziiile fiind corespunztor substituite

Hemoglobina oxigenat stabilizat de dou resturi histidil aflate pe acelai lan polipeptidic

Hemlegturile simple alterneaz cu cele duble se realizeaz o conjugare continu, stabilitate maxim. absorbia radiaiilor din spectrul vizibil, (culoarea specific)

Adaptarea organismelor vertebratelor presupune

legarea reversibil a oxigenului, dependent de presiunea parial a acestuia, transportul cu ajutorul hemoglobineistocarea cu ajutorul mioglobinei.

Forma redus a hemoglobinei (deoxihemoglobin) este mai tensionat dect forma oxigenat (oxihemoglobin).

Mioglobina. Hemoglobina

MioglobinaIi desfoar activitatea la nivelul esuturilor musculare.

Se ncarc cu oxigen la valori mici ale presiunii pariale a oxigenului (la 35-40 mmHg este total saturat).

La nivelul celulei musculare, presiunea parial a oxigenului fiind mic, mioglobina descarc parial oxigenul, ncrcnd celula muscular cu acest element.

Descrcarea mioglobinei de oxigen se realizeaz pn la un grad de saturare de 40-60%, odat cu scderea presiunii pariale la 15-20 mmHg. Forma curbei de saturare corespunztoare este hiperbolic.

HemoglobinaHemoglobina prezint o curb sigmoidal privind gradul de saturare cu oxigen. Ea asigur transportul oxigenului de la nivel pulmonar spre esuturi, fierul din hemoglobin avnd capacitatea de a coordina att molecula de O2, ct i molecule de CO2 (faciliteaz transportul CO2 de la celule la plmn, n vederea eliminrii lui). Curba sigmoidal a hemoglobinei indic faptul c aceasta are o afinitate relativ mic pentru legarea primelor molecule de oxigen, dar odat legate acestea, celelalte se vor lega mai uor. In plmni, unde presiunea parial a oxigenului este mare (100 mmHg) i pH-ul relativ mare, hemoglobina tinde s devin saturat cu oxigen (96%). In esuturile periferice, unde presiunea parial a oxigenului este mic i pH-ul sczut datorit CO2 format, hemoglobina va ceda o parte din oxigenul transportat, pn la un grad de saturare de 60%.

Saturarea cu oxigen i eliberarea oxigenului de ctre hemoglobin la nivelul plmnului, respectiv la nivelul esutului, comparativ cu saturarea mioglobinei

Dioxidul de carbontransportat de la nivelul esuturilor pentru a fi eliminat, sub form de bicarbonat sau sub form de carbaminoderivai ai hemoglobinei (n urma interaciei dintre CO2 i gruprile amino libere din globin -15%)

Reacia (a) este catalizat de anhidraza carbonic n ambele sensuri

Efectul Bohr- Echilibrele realizate la nivelul celulelor alveolare i al esuturilor periferice - se desfoar n condiii fiziologice fr modificarea esenial a pH-ului sngelui datorit hemoglobinei deoxigenate (sistem tampon)

Efectul Bohr

Influenta 2,3-difosfogliceratuluicel mai abundent fosfat organic din hematii (concentraii sensibil echivalente cu cele ale hemoglobinei)se leag doar de deoxihemoglobin stabilizarea configuraiei

Influenta 2,3-difosfogliceratuluiare funcie reglatoare asupra hemoglobinei umane, n concentraii normale de 4 mM din eritrocite i chiar n concentraii de pn la 7 mM din timpul efortului favorizeaza eliberarea oxigenului la nivelul esuturilor.

Concentraiile crescute ale 2,3-difosfogliceratului n celulele roii (hipoxie, emfizem pulmonar obstructiv, anemie cronic, altitudine) induc scderea afinitii hemoglobinei fa de oxigenul molecular

Methemoglobina. Metmioglobin.nu prezint capacitate de transport a oxigenuluipoate funciona ca o enzim cu activitate asemntoare cu peroxidaza sau catalaza. se comport asemntor monooxigenazelor (citocrom P-450) reacii de oxigenare i hidoxilare.

Eritrocitele conin methemoglobinreductaza,

Formarea glucozilhemoglobinei (HbA1C) n eritrocite marker in diabet

Hemoglobina fetal (HbF) tetramer - dou catene identice cu cele din HbA i dou catene . Catenele seamn cu cele din adult

n condiii fiziologice HbF prezint o mai mare afinitate pentru oxigen dect HbA faciliteaz transferul oxigenului din circulaia matern n cea fetal prin intermediul placentei.

Dinamica biosintezei catenelor polipeptidice hemoglobinice n fetus i noul nscut - biosinteza catenei prin mecanism de feed back fa de catenele HbF este treptat substituit cu HbA

HemoglobinopatiiProducerea unor structuri anormale de hemoglobine sau sinteza unor cantiti insuficiente de hemoglobin normal stri patologice

Methemoglobinemiaeste o hemoglobinopatie n care hemoglobina normal din eritrocite este substituit parial cu methemoglobin (HbM).

Cauzeprezena excedentar de ageni oxidani (sulfonamide) scderea activitii methemoglobinreductazei.

Efecteeste indus la nivelul esuturilor periferice hipoxia policitemia (creterea numrului de eritrocite pentru satisfacerea necesarului de oxigen).

- culoarea tegumentelor albstruie (cianoz)

Anemia falciform O hemoglobinopatie rspndit n rndul copiilor, datorat eritrocitelor seceresubstituia n protomerul a unui rest de Glu cu un rest de Val

Anemia falciform scderea solubilitii HbS polimerizarea deoxihemoglobinei

formarea unor precipitate care distorsioneaz mecanic eritrocitele. efectului de gelifiere in interiorul eritrocitelor, eritrocitele se deformeaz iau forma unor seceri capacitatea de liz membranar crete foarte mult Celulele secere pot bloca fluxul sanguin n capilarele cu diametru mic anoxia local.

Anemia falciform Severitatea anemiei determinat de celulele secere este mrit prin creterea concentraiei formei deoxi a HbS prin:- scderea presiunii pariale a oxigenului datorit zborului la mari altitudini n incinte nepresurizate sau datorit mersului la altitudine mare;- scderea pH-ului;- creterea concentraiei 2,3-difosfogliceratului;- creterea concentraiei CO2.

Electromigrarea hemoglobinelor(a) la indivizii normali;(b) la indivizii cu anemie falciform Heterozigoii care au HbS sunt mai puin susceptibili la unele forme de malarie dect indivizii care au HbA

Talasemiile hemoglobinopatii cauzate de biosinteza deficitar a catenelor sau scderea produciei de hemoglobin normaldezvoltarea unor boli hemolitice ereditare

Talasemiile Biosinteza normal a catenelor i deficitar a celor cauzeaz -talazemia - excedentul de catene tetramerizeaz (4) - constituie HbH precipita.

Biosinteza normal a catenelor i deficitar a celor cauzeaz -talazemia - catenele agregate tind s precipite - induc moartea prematur a eritrocitelor.

Talasemiile Boli cauzate de mutaii genetice variate: -talazemiile sunt induse de deleia genelor;-talazemiile sunt induse de substituii ale nucleotidelor n lanurile polinucleotidice.

-talazemiile sunt mai severe i se materializeaz prin anemii puternice, care necesit transfuzii sanguine.

Hemoglobine anormale

HemoglobinaSubstituiaSitusul afectatSan Diego 109 (Val cu Met)Crevas hemSiracuza 143 (His cu Pro)Contactul DP6Denmark 95 (Pro cu Ala)Contactul 1-2Reiner 145 (Tyr cu Cys)Captul C-terminalKoln 98 (Val cu Met)Contacte diverseHumerscmidt 42 (Phe cu Ser)Contacte diverseBristol 67 (Val cu Asp)Legarea oxigenuluiPhilly 35 ( Tyr cu Phe)Contactul 1-1Bibba 136 ( Leu cu Pro)Induce instabilitateSavannah 24 ( Gly cu Val)Contacte diverse

Hemoglobine anormaleUnii produi de degradare ai acestor hemoglobine formeaz precipitate granulare (corpi Heinz) precipitatele sunt hidrofobic adsorbite pe membrana eritrocitar mrirea permeabilitatiiinducerea lizei membranare. Afeciunile acestea sunt cunoscute sub denumirea de anemii hemolitice