View
478
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
prezentacija
Citation preview
1Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet
Odjel za kemiju
prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani
1
Henrijev zakon:
bronhiole
Difuzija O2Difuzija O2
Henrijev zakon:koliina otopljenog plinaproporcionalna je parcijalnomtlaku plina
Fickov zakon:brzina difuzije obrnuto je
i l k d d lj i
alveole
kapilare
2
proporcionalna kvadratu udaljenosti
na udaljenosti > 1 mm brzina difuzije nije dovoljna za podravanje ivota
2Opskrba tkiva kisikomOpskrba tkiva kisikom
U svrhu opskrbe tkiva kisikom, viestanini organizmi razvili su
krvoilni sustav
hemoglobin (Hb)
3
hemoglobin (Hb)
mioglobin (Mb)
to imaju zajedniko?to imaju zajedniko?
Lupinus luteus Chironomus thunni Physeter macrocephalusLupinus luteus Chironomus thunni Physeter macrocephalus
4Ouvani globinski lanacBiljni LEGHEMOGLOBIN ERITROKRUORIN u kukaca MIOGLOBIN u sisavaca
3Apo- i holo-proteinApo- i holo-protein
polipeptidni lanac: globinprostetika skupina: hem
protein: apo-protein
5
protein + prostetika skupina: holo-protein
John Kendrew1917-1977.
John Kendrew1917-1977.
MioglobinMioglobin
Monomer:jedan polipeptidni lanac ijedan hem
skladite kisika u miiu (srani i skeletni miii)
6
Tercijarna strukturamioglobina
(1957.)
olakava difuziju kisika u mii poveava topljivost kisika u
miiu pospjeuje opskrbu aktivnog
miia kisikom
4Mioglobin je odgovoran za crvenu boju tkivaMioglobin je odgovoran za crvenu boju tkiva
Sisavci koji dugo borave pod vodom
Nojevi, kao i ptice letjelice,imaju crveno meso
bogato mioglobinom
j g p(kitovi) sadre visoke koncentracije mioglobina u miiima
Tuljani mogu roniti do dubina preko 180 m - mogu ostati pod vodom dulje od 20 min
7
bogato og ob o
Max Perutz1914-2002
Kvaterna struktura hemoglobina(1959.)
Kvaterna struktura hemoglobina(1959.)
Tetramer: 4 polipeptidna lanca:
1 2 1 2
4 hema
1914-2002.
8
podjedinice su vezane nekovalentnim interakcijama
alosteriki protein
5 nalazi se u crvenim
HemoglobinHemoglobin
krvnim zrncima
poveava topljivost O2 topljivost O2 u krvnoj
plazmi : 0,1 mM
topljivost O2 u krvi k j d i 150 Hb
hem
hemoglobin
krvni sud
9
koja sadri ~ 150 g Hb L-1: do 10 mM
vri prijenos kisika u tkivo i CO2 iz tkiva
eritrocit
Evolucijski razvoj polipeptidnih lanaca Hb i MbEvolucijski razvoj polipeptidnih lanaca Hb i Mb
-hemoglobin-hemoglobin
mioglobin
10Divergentna evolucija
pragen
6mioglobin (Mb) hemoglobin (Hb)
Mioglobin i lanciMioglobin i lanci hemoglobina imaju skoro istuhemoglobina imaju skoro istusekundarnu i tercijarnu strukturusekundarnu i tercijarnu strukturu
Mioglobin i lanciMioglobin i lanci hemoglobina imaju skoro istuhemoglobina imaju skoro istusekundarnu i tercijarnu strukturusekundarnu i tercijarnu strukturu
mioglobin (Mb) hemoglobin (Hb)
1175% lanca mioglobina je u konformaciji -uzvojnice (A-H)
27% slinosti u primarnoj strukturi Mb i Hb
Prostetika skupina Mb i Hb: HemProstetika skupina Mb i Hb: Hem
Hem:
BA
odgovoran za crvenu boju krvi protoporfirin IX
4 pirolna prstena povezana metenskim mostovima
Fe(II)
12
CD
BFe (II)
7Fe stvara 6 koordinacijskih vezaFe stvara 6 koordinacijskih veza
Koordinacijske veze u oksiHb
4 veze s N-atomima
Fe (II)
4 veze s N atomima protoporfirinskog prstena
1 veza s proksimalnim His93 iz globinskog lanca
1 veza s molekulskim kisikom
13
proksimalni Hisproksimalni His
oktaedarski kompleks
omoguava reverzibilno vezanje O2
Globinski lanacGlobinski lanac
modulira afinitet vezanja O na hem
O2 iz plua
Hb
oksiHb
O2 u tkivo
14
modulira afinitet vezanja O2 na hem
proksimalni histidin His93 (F8)
distalni histidin His64 (E7)
8Fe
C
OIzdvojeni hem vee CO Izdvojeni hem vee CO 25 00025 000 puta jae nego Oputa jae nego O22(linearno vezanje liganada)(linearno vezanje liganada)
Distalni His slabi vezanje CODistalni His slabi vezanje CO protein prisiljava CO da se vee protein prisiljava CO da se vee
koso, a ne okomito:koso, a ne okomito: oslabljuje interakciju CO s oslabljuje interakciju CO s
CO
His E7
CO i O2 se natjeu za isto vezno mjesto na hemuCO i O2 se natjeu za isto vezno mjesto na hemu
1515
oslabljuje interakciju CO s oslabljuje interakciju CO s hemomhemom
pospjeuje vezanje Opospjeuje vezanje O2 2
Mb i Hb veu CO 200 puta jae Mb i Hb veu CO 200 puta jae nego Onego O22
Fe
His F8
Mb ( )mioglobin
Mb (monomer)
Mb + O2 MbO2 hiperbolina zavisnost
Hb (tetramer)
hemoglobin
Yo2
16
Hb + 4 O2 Hb(O2)4 sigmoidalna zavisnost
kooperativno vezanje O2
vena arterija
po2Krivulja disocijacije kisika
9Deoksihemoglobin sapinje 8 nabojnih vezaDeoksihemoglobin sapinje 8 nabojnih veza
nekovalentne elektrostatske interakcije izmeu jsuprotno nabijenih skupina
17
T R
Oksigenacija hemoglobina pokree konformacijskepromjene: kidaju se nabojne veze
Oksigenacija hemoglobina pokree konformacijskepromjene: kidaju se nabojne veze
1122 O2
T (sapeta) R (oputena)
18niski afinitet za kisik visoki afinitet za kisik
10
Zbog sterikog odbijanja izmeu proksimalnog His i N-atomaporfirina, Fe se u deoksihemoglobinu nalazi izvan ravnine hema
Zbog sterikog odbijanja izmeu proksimalnog His i N-atomaporfirina, Fe se u deoksihemoglobinu nalazi izvan ravnine hema
proksimalni Hisdistalni His
19
FeFe2+2+ se pri oksigenaciji pomie u ravninuse pri oksigenaciji pomie u ravninuporfirinaporfirina
20
Pokretanje Fe prenosi se na polipeptidni lanacpreko proksimalnog His
11
kidaju se nabojne veze u
Strukturna promjena unutar podjedinice dovodi dostrukturnih promjena na dodirnoj povrini podjedinica
Strukturna promjena unutar podjedinice dovodi dostrukturnih promjena na dodirnoj povrini podjedinica
kidaju se nabojne veze u susjednoj podjedinici
ravnotea susjedne podjedinice pomie se prema R-stanju
susjedna podjedinica lake vezuje kisik
21
sve podjedinice deoksiHb su u T obliku uzastopno vezanje O2 ini R oblik vjerojatnijim
Za alosterike efekte potrebna jeinterakcija podjedinica
Za alosterike efekte potrebna jeinterakcija podjedinica
prva molekula O2 vee se na T oblik, a etvrta na R oblik
T oblik R oblik
22
etvrta molekula O2 vee se 300 puta vre od prve molekule
12
tkivo plua
Kooperativno vezanje omoguava Hb da isporuiKooperativno vezanje omoguava Hb da isporuidvostruko vie kisikadvostruko vie kisika
Kooperativno vezanje omoguava Hb da isporuiKooperativno vezanje omoguava Hb da isporuidvostruko vie kisikadvostruko vie kisika
bezkooperativnih
interakcija(hipotetski model)
Ystupanjzasienja
hemoglobin
23
Kiselost potie otputanje kisika s HbP j k t ij CO j j
Afinitet Hb za kisikAfinitet Hb za kisik
Poveanje koncentracije CO2 smanjuje afinitet Hb za kisik
Difosfoglicerat (BPG)smanjuje afinitet Hbza kisik
Pomak u lijevo pCO2 temperatura pH BPG
Pomak u desno pCO2 temperaturaak
oks
iHb
24
p pH BPG
Krivulja disocijacije oksiHb
Pos
tot
Normalna krivuljazasienja
13
Bohrov uinakBohrov uinak
Mehanizam kojim se stanicama isporuuje kisik u skladu s njihovim potrebama
Metaboliki aktivne stanice, kojima je pot ebna elika koliina kisika
25
potrebna velika koliina kisika, proizvode velike koliine otpadnih tvari:H+ i CO2
(TKIVO) (TKIVO) (kapilare)(kapilare)niski pOniski pO22
ERITROCITERITROCIT
COCO
Opskrba tkiva kisikomOpskrba tkiva kisikomOpskrba tkiva kisikomOpskrba tkiva kisikom HCOHCO33--(PLAZMA)
+ H+ H22O O HH++ + HCO+ HCO33--enzim : ugljina anhidrazaenzim : ugljina anhidraza
1515--20% CO20% CO22 vee se na globinski lanac:vee se na globinski lanac:R R -- NHNH33+ + + CO+ CO22 R R -- NHCOONHCOO-- + 2H+ 2H++
karbamatkarbamat
b(b( )) OO b(b( ))
difuzija CO2CO2CO2CO2
2626
Hb(OHb(O22))nnHHxx + + OO2 2 Hb(OHb(O22))n+1n+1 + xH+ xH++
O2O2difuzijaO2O2COCO22 i Hi H++
stabiliziraju deoksiHbstabiliziraju deoksiHb
14
(PLUA)(PLUA)visoki pOvisoki pO22
O2(IZ ZRAKA)O2(IZ ZRAKA)
CO2(izdie se)
CO2(izdie se)
+ Hb(O+ Hb(O22))nnHHxx Hb(OHb(O22))n+1n+1 + xH+ xH++
+ H+ H+ + HH22COCO33HH22COCO33 HH22O + COO + CO22
Enzim: ugljina anhidrazaEnzim: ugljina anhidrazaHCOHCO33--(PLAZMA)
HCOHCO33--(PLAZMA)
HCOHCO33--HCOHCO33--O2O2
( )( )
2727
RR -- NHCOONHCOO-- ++ 22HH++ RR -- NHNH33++ ++ COCO22karbamatkarbamat
ERITROCITERITROCITERITROCITERITROCIT
Efektivna razmjena plinovaEfektivna razmjena plinova
arterijska krvosiromaena kisikom
venska krvobogaena kisikom
Brzina difuzije prop. je razlici parcijalnih tlakova i povrini membrane, a obrnuto prop. debljini membrane
zraknapuhujealveole
28
Ukupna povrina membrane u pluima (alveola) je oko 100 m2 i debljine
15
Mioglobin otputa kisik samo kod niskih koncentracija kisika aktivni mii
Mioglobin otputa kisik samo kod niskih koncentracija kisika aktivni mii
Mb ima vei afinitet za kisik od Hb kisik prelazi s Hb
u krvi na Mb u miiu
29
miiu
BPG smanjuje afinitet Hb BPG smanjuje afinitet Hb prema kisikuprema kisikuprema kisikuprema kisiku
stabilizacija kvaterne T stabilizacija kvaterne T strukture unakrsnim strukture unakrsnim povezivanjem povezivanjem --lanaca lanaca deoksiHb deoksiHb
3030
HbHb--BPG + 4 OBPG + 4 O22 Hb(OHb(O22))44 + BPG+ BPG
16
4530 m nadmorskevisine
160
140
Prilagodba na veliku visinuPrilagodba na veliku visinu
bifosfoglicerat
140
120
100
80
60
40
razina mora
31vrijeme (dani)
20
0 -1 0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3
Funkcionalne razlike Hb i MbFunkcionalne razlike Hb i MbFunkcionalne razlike Hb i MbFunkcionalne razlike Hb i Mb
Hb je alosteriki protein Mb nije alosteriki protein
Hb vee O2 kooperativno vezanje O2 na Mb nije kooperativno
afinitet Hb za kisik ovisi od pH afinitet Mb za kisik ne ovisi od pH
32
CO2 utjee na osobine vezanja CO2 ne utjee na Mbkisika na Hb
organski fosfati smanjuju afinitet Hb za kisik, pa je taj afinitet manji nego u Mb
17
Crvena krvna
Fetalna crvenakrvna zrnca
HbF (22) HbF slabije od HbA vee
BPG posljedica: HbF ima
vei afinitet za kisik od HbA O2 prelazi s majinog
oksiHbA na fetalni deoksiHbF
Crvena krvnazrnca majke
Ystupanj
zasienja
33
pO2 (tori)
F (III) t j k id ij F (II)
Methemoglobin (MetHB)Methemoglobin (MetHB)
Fe(III) nastaje oksidacijom Fe(II)
Fe(III) ne vee O2 koordiniran je molekulom vode u estom
koordinacijskom mjestu
uzrok je smee boje osuene krvi ili starog mesa
34
eritrociti sadre metHb reduktazu koja prevodi metHb u Fe(II) oblik
18
Anemijasmanjen broj hemoglobina u jedinici volumena krvi
Anemijasmanjen broj hemoglobina u jedinici volumena krvi
35
prenosi se genetskiprenosi se genetski gen srpaste anemije titi od malarijegen srpaste anemije titi od malarije
Anemija srpastih stanica (HbS)Anemija srpastih stanica (HbS)
g p j jg p j j
zamjenazamjena : Glu 6: Glu 6 Val u Val u --lanculancuHbHbAA ValVal--HisHis--LeuLeu--ThrThr--ProPro--GluGlu--GluGlu--LysLys--HbHbS S ValVal--HisHis--LeuLeu--ThrThr--ProPro--ValVal--GluGlu--LysLys-- 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Glu: polarna i nabijena aminokiselinaGlu: polarna i nabijena aminokiselina
3636
Glu: polarna i nabijena aminokiselinaGlu: polarna i nabijena aminokiselinaVal: nepolarna aminokiselinaVal: nepolarna aminokiselina
smanjena topljivost deoksiHbsmanjena topljivost deoksiHb
19
Podruja uestalosti anemije srpastih stanica imalarije se preklapaju
37
Polimerizacija deoksiHbSPolimerizacija deoksiHbS
38Ljepljiva plohaLjepljiva ploha
20
DeoksiHbS polimerizira u uzvojita vlakna (etrnaestolanana uzvojnica)
DeoksiHbS polimerizira u uzvojita vlakna (etrnaestolanana uzvojnica)
39Snop od 14 niti
Srpasti eritrociti: visoka koncentracija deoksiHbSrpasti eritrociti: visoka koncentracija deoksiHb
eritrociti lako hemoliziraju oteenje krvnih sudova
brzina polimerizacije ovisi o brzini protoka eritrocita kroz kapilare
eritrociti lako hemoliziraju oteenje krvnih sudova
brzina polimerizacije ovisi o brzini protoka eritrocita kroz kapilare
40
kapilare vea brzina polimerizacije
u kapilarama gdje je smanjena koncentracija O2
kapilare vea brzina polimerizacije
u kapilarama gdje je smanjena koncentracija O2
21
TerapijaTerapija sintetini oligopeptidisintetini oligopeptidi
specifino se veu na specifino se veu na dodirnu povrinu i dodirnu povrinu i sp jea aj polime i acijsp jea aj polime i acijsprjeavaju polimerizacijusprjeavaju polimerizaciju
poveanje afiniteta prema kisikupoveanje afiniteta prema kisiku
smanjenje koncentracije HbS smanjenje koncentracije HbS poveanjem volumena eritrocitapoveanjem volumena eritrocita
poveana propusnost poveana propusnost membrane za vodumembrane za vodu
4141
membrane za vodumembrane za vodu
Recommended