Cromoproteinele: Mioglobina și Hemoglobina

Flashcards de vocabular pentru noțiunile fundamentale legate de cromoproteine, structura și funcția hemului, mecanismele cooperativității, efectul Bohr și derivații hemoglobinei.

Cromoproteine

Structuri proteice specializate alcătuite dintr-o componentă proteică și o componentă prostetică numită hem.

Hem

Sistem tetrapirolic conjugat alcătuit din $4$ nuclee pirolice unite prin punți metilenice, conținând central un ion de $Fe^{2+}$ fixat prin $2$ legături covalente și $2$ legături coordinative cu atomii de azot, capabil să formeze încă două legături suplimentare (una deasupra și una dedesubtul planului inelar).

Rolul hemului în citocromi

Transportul de electroni, asigurat de mediul generat de structura tridimensională a proteinei.

Rolul hemului în catalază

Participarea directă în centrul activ al enzimei antioxidante, intermediind descompunerea apei oxigenate în apă și oxigen.

Mioglobina

Cromoproteină globulară compactă formată dintr-o singură catenă polipeptidică cu $153$ de resturi de aminoacizi și o grupare prostetică hem, având rolul de a lega reversibil o singură moleculă de oxigen.

Rolul prolinei în mioglobină

Aminoacid al cărui radical determină plierea catenei polipeptidice și fragmentarea acesteia în $8$ segmente elicoidale (notate de la A la H).

Distribuția aminoacizilor în mioglobină

Aminoacizii hidrofobi (nepolari) se plasează la interior (cu excepția a două resturi de histidină), cei hidrofili (polari încărcați electric) se orientează la exterior asigurând solubilitatea în apă, iar cei polari neîncărcați se dispun în funcție de cerințele sterice.

Punga hidrofobă

Cavitate sau nișă internă din structura terțiară a proteinei, căptușită cu aminoacizi nepolari, concepută pentru a adăposti și stabiliza gruparea prostetică (hemul) la distanță de mediul apos.

Histidina proximală (His F8)

Rest de histidină din mioglobină și hemoglobină al cărui nucleu imidazolic formează o legătură coordinativă directă cu ionul de $Fe^{2+}$ al hemului.

Histidina distală (His E7)

Rest de histidină care realizează o legătură coordinativă indirectă cu ionul de $Fe^{2+}$, prin intermediul unei molecule de $O_2$ inserate în punga de oxigenare.

Hemoglobina adultă (Hb A)

Heterotetramer cu geometrie aproximativ tetraedrică format din $4$ catene polipeptidice ($2\text{ de tip }\boldsymbol{α}$ de $141$ aminoacizi și $2\text{ de tip }\boldsymbol{β}$ de $146$ aminoacizi), asociate prin legături necovalente în doi dimeri rigizi ($\boldsymbol{α}_1\boldsymbol{β}_1$ și $\boldsymbol{α}_2\boldsymbol{β}_2$), fiecare catenă deținând câte o grupare hem.

Starea tensionată (T) a hemoglobinei

Conformația deoxigenată a hemoglobinei, caracterizată prin afinitate foarte redusă pentru oxigen, prezența unor punți saline intercatenare ($Asp^- - Arg^+$) și intracatenare ($Asp^- - His^+$), și situarea ionului de $Fe^{2+}$ la o distanță de $0.6\text{ Å}$ în afara planului inelului porfirinic.

Starea relaxată (R) a hemoglobinei

Conformația oxigenată a hemoglobinei, generată prin intrarea ionului de $Fe^{2+}$ în planul inelului porfirinic (urmată de tragerea histidinei F8 și rotația cu $15^∘$ a dimerilor), caracterizată printr-o afinitate net crescută pentru oxigen.

Curba de oxigenare a mioglobinei și hemoglobinei

Reprezentare grafică a saturației cu oxigen în funcție de presiunea parțială a acestuia; descrie un profil hiperbolic pentru mioglobină (capacitate de stocare la afinitate mare) și un profil sigmoidian pentru hemoglobină (cooperativitate pozitivă la transport).

Presiunea de semisaturare ($P_{50}$)

Presiunea parțială a oxigenului la care jumătate ($50\%$) din situsurile de legare sunt saturate; măsoară $1\,\text{mmHg}$ pentru mioglobină și $26\,\text{mmHg}$ pentru hemoglobină.

Efectul Bohr

Fenomenul descoperit de Christian Bohr conform căruia hemoglobina oxigenată cedează mai ușor oxigenul în medii cu pH acid (scăzut), conform ecuației chimice: $Hb(O_2)_n H_x + O_2 \rightleftharpoons Hb(O_2)_{n+1} + xH^+$.

His146 a protomerilor $\boldsymbol{β}$

Rest de histidină situat la capătul C-terminal al lanțurilor $\beta$ din hemoglobină, responsabil de eliberarea protonilor ($H^+$) asociați efectului Bohr în momentul tranziției spre oxigenare.

2,3-Bifosfoglicerat (2,3-BPG)

Ester bifosforic care funcționează ca efector alosteric heterotrop negativ, intercalându-se în zona centrală a hemoglobinei tensionate prin atracții electrostatice cu grupările amino protonate, stabilizând starea T și scăzând afinitatea pentru oxigen.

Șuntul Rappaport-Luebering

Deviere metabolică a glicolizei în eritrocit, în care este angajată $25\%$ din cantitatea de glucoză pentru a genera 2,3-bifosfoglicerat din 1,3-bifosfoglicerat cu un consum energetic adițional.

Hemoglobina fetală (Hb F)

Tetramer cu formula $\boldsymbol{α}_2\boldsymbol{γ}_2$ ce leagă foarte slab 2,3-BPG din cauza lipsei aminoacizilor încărcați pozitiv din lanțurile $\gamma$, deținând o afinitate mai ridicată pentru $O_2$ comparativ cu Hb A.

Hemoglobina Gower 1

Hemoglobină embrionară alcătuită din două catene zeta ($\boldsymbol{ζ}$) și două catene epsilon ($\boldsymbol{ε}$), cu formula $\boldsymbol{ζ}_2\boldsymbol{ε}_2$, sintetizată de sacul vitelin în primele săptămâni după concepție.

Carbaminhemoglobina

Derivat al hemoglobinei rezultat prin combinarea neenzimatică a dioxidului de carbon cu grupările amino libere ale resturilor de valină N-terminale din protomerii Hb ($R-NH_2 + CO_2 \rightleftharpoons R-NHCOOH$), asigurând transportul a $15\%$ din $CO_2$-ul sanguin.

Carboxihemoglobina

Complex format între hemoglobină și monoxidul de carbon ($CO$), pentru care proteina are o afinitate de aproximativ $200$ de ori mai mare decât pentru $O_2$.

Methemoglobina (met-Hb)

Formă oxidată nefuncțională a hemoglobinei în care ionul de fier este trivalent ($Fe^{3+}$), transformând hemul în hemină și anulând capacitatea de a mai lega oxigen.

Methemoglobin reductaza

Enzimă eritrocitară ce catalizează reducerea $Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}$ utilizând NADPH furnizat de calea pentozofosfaților, menținând fracția de methemoglobină sub nivelul fiziologic de circa $1\%$ din hemoglobina totală.

Glicohemoglobina (Hb A1c)

Derivat stabil rezultat din condensarea neenzimatică a glucozei din sânge cu grupările $-NH_2$ ale resturilor de valină N-terminale din lanțurile $\beta$ (baze Schiff), servind drept indicator al hiperglicemiei cronice pe o durată corespunzătoare timpului de viață eritrocitar ($120\,\text{zile}$).

În apropierea presiunii de 100 mmHg

Capacitatea de fixare oxigenului diminua ca urmare a saturării

Oxigenarea protomerilor alfa va fi urmată de a celor beta fapt datorat

Fapt datorat eliberării restului de valina din punga hidrofoba

Care este presiunea parțială a oxigenului în țesuturi si ce favorizează

30 mmHg. Și favorizează deoxigenarea hemoglobinei oxi Până când mai este oxigenată în proporție de 50-60 %

Efectul Bohr la nivelul capilarelor alveolelor pulmonare

H+ eliberați prin deprotonarea resturilor de His+ vor fi tamponați cu HCO3 ,component al tamponului sanguin, formând H2CO3, iar acesta sub acțiunea anhidrazei carbonice va fi descompus în apă și CO2, acesta din urmă se elimină prin expirație

Efectul Bohr la nivelul capilarelor țesutului muscular

In urma metabolismului celular se obțin

compuși cu caracter acid, care vor determina

scăderea pH-ului local, favorizându-se

deoxigenarea Hb oxi

Efectul Bohr la nivelul capilarelor țesutului muscular