Upload
others
View
11
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Najpogostejše hemoglobinopatije
Anemija srpastih celic
Malarija
Talasemije so napake v sestavi hemoglobina.
α−talasemija − pomanjkanje α verige hemoglobina
β-talasemija - pomanjkanje β verige hemoglobina
Mutacije so v regulatornih regijah globinskih genov
in ne v kodirajočem zaporedju.
CO2 + H2O ↔ HCO3- + H+
Prenos CO2 iz tkiv
v pljuča in ledvice
15-20%s Hb
80-85%kot bikarbonatni pufrski sistemIn kot raztopljen CO2
Prenos H+ iz tkiv
v pljuča in ledvice
40% s Hb
60% kot
plazemski
pufrski sistemi
H+
his
oksidacija organskih hranil, npr. glukoze
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +6H2O
Prenos ogljikovega dioksida in protonov s hemoglobinom
Definicija v medicinskem sloverju: Spojina, sestavljena iz ogljikovega
dioksida in hemoglobina, ki predstavlja eno od oblik hemoglobina v krvi.
Definicija na wikipediji: Razlaga vezave ogljikovega dioksida na
hemoglobin se v besedilih različne biokemijske literature razlikuje. Nekateri
predpostavljajo, da se 4 molekule ogljikovega dioksida vežejo na
hemoglobin, vendar ne na isto mesto kot kisik. Druga literatura razlaga, da
se ogljikov dioksid sploh ne veže in da se ves prenaša po krvi (v obliki
bikarbonatnega pufra).
Ogljikov dioksid se lahko veže na amino skupine in tako tvori karbamino
hemoglobin. Amino skupine so dostopne na N-terminalnem delu globinskih
verig in na stranskih verigah lizina in arginina.
Lehninger, Stryer: karbamino hemogobin je oblika hemoglobina, kjer je
ogljikov dioksid vezan na N-terminalno skupino globinskih verig.
Karbamino skupina
Karbamino hemoglobin
Funkcije proteinov (pogojene s strukturo)
• Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
• Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
• Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...)
• Kontraktilni proteini
• Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane
• Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
• Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Ig)
• Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
• Lipoproteini, potrebni za transport lipidov po telesu
Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
Razvijanje kromatina je prva stopnja uravnavanja izražanja genov
Nukleosom - osnovna enota kromatina evkariontske celice
(a) nukleosome povezuje prosta DNA
(b) slika nukleosomov z el. mikroskopijo
Proteinsko ogrodjenukleosoma
Struktura nukleosomas 146 bp vezane DNA
Pogled
od zgoraj
Pogled
s strani
Lewin, GenesVII
DimerH2A-H2B
DimerH3-H4
Nukleosom - ponavljajoča se enota kromatina
Histoni – majhni bazični proteini v jedru
• 5 različnih vrst pri evkariontih - H1, H2, H3, H4, H5 (Mr od 11 - 21 kDa)
• So dobro ohranjeni med različnimi vrstami
• ~1/4 aminokislin histonov predstavljata Arg in Lys
• Bazični (pozitivno nabiti) histoni se z elektrostatskimi interakcijami vežejo na negativno nabito ogrodje DNA
fosfodiestrska vez med 2-deoksi-ribozo in
fosfati v DNA – negativni naboji na fosfatih
pozitivni naboji na radikalu
lizina in arginina
Vrste in lastnosti histonov
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005
-Acetilacija lizina -Metilacija lizina-Fosforilacija serina
Modifikacije histonskih repkov vplivajo na strukturo kromatina
Potranslacijske modifikacije histonov
Sodelovanje med oznakami histonov pri aktivaciji prepisovanja:
(1) Metilacija arginina (mono- ali di-), fosforilacija serina, acetilacija lizina
(2) Ubikvitinacija lizina, metilacija lizina
Poznamo “pisatelje” in “bralce” histonskega koda.Obstajajo proteini, ki potranslacijsko spremenijo histone, kot tudi proteini, ki specifično prepoznajo oznake na
histonih
Procesi, ki vplivajo na koncentracijo proteinov v celici
Prepisovanje (transkripcija): funkcionalne skupine DNA so dostopne za vezavo s
funkcionalnimi skupinami (radikali) proteinov
Rdeče označene
skupine so primerne
za vezavo
Primer specifične povezave med aminokislinskim ostankom in
bazo v nukleinski kislini – interakcije med proteini in DNA
DNA vezavna mesta za transkripcijske faktorje (regulatorne proteine) so kratka (do 10 bp) dolga
zaporedja, pogosto palindromi.
5’-TGACGTCA-3’
3’-ACTGCAGT-5’
AKTIVATOR PREPISOVANJA (TRANSKRIPCIJSKI FAKTOR)
•Protein, ki je potreben za pričetek prepisovanja, (vendar ni del RNA polimeraznega kompleksa).
•Veže razpoznavni DNA element.
•Preko protein-protein interakcij sodeluje z drugimi
transkripcijskimi faktorji, s transkripcijo
povezanimi faktorji ali z RNA
Polimerazo.
•Biti mora potreben za pričetek
prepisovanje z določenega promotorja
ali seta promotorjev.
•Sestavljen iz večih funkcionalnih domen
(modulov).
Cramer et al., Science 288, 640-645 (2000)
Kristalna struktura (3A) 10 podenot RNA polimeraze IIkvasovke S. cerevisiae.
Velika homologija sčloveškimi in bakterijskimiproteini
9/10 enot ohranjenih med evkariotskimi polimerazamiI, II in III
Prepisovanje genov, ki kodirajo proteine, poteka z RNA polimerazo II
Cramer et al., Science 288, 640-645 (2000)
Kodirajoča veriga
Matrična veriga
Med prepisovanjem (transkripcijo) nastaja DNA-RNA hibrid
DNA-vezavni proteini uravnavajo sintezo RNA
• nahajajo se v vseh kraljestvih živega sveta
• Kot monomeri, homodimeri ali heterodimeri se vežejo na specifična regulatorna mesta DNA (<10 nukleotidov) in uravnavajo izražanje (ekspresijo)genov
• na DNA se vežejo s šibkimi interakcijami
• vsebujejo nekaj značilnih supersekundarnih struktur: Zn-prsti, vijačnica-zavoj-vijačnica, levcinska zadrga, vijačnica-zanka-vijačnica,
• Prednost kombinatorike: 3 različni vezavni proteini → 9 specifičnih vezavnih mest
• Med približno 30 000 človeškimi geni je ~1000 transkripcijskih faktorjev
• Različne kombinacije transkripcijskih faktorjev uravnavajo izraženje različnih genov
Glavne funkcijske domene transkripcijskih faktorjev:-DNA vezavna domena,-transaktivacijska domena,-domena za povezovanje z drugimi trankripcijskimi faktorji,
-dimerizacijska domena.
Lewin, GenesVII
DNA-vezavni proteini so ključnega pomena za prepoznavanjemesta na DNA
Domena proteina - aminokislinsko zaporedje z neodvisnim vzorcem zvijanja, ki se pojavi v razičnih proteinih
Najpogostejše DNA vezavne domene:
-cinkov prst,
-Homeodomena (vijačnica-zavoj-vijačnica (helix-turn-helix).
Pogoste transaktivacijske domene (za interakcije z drugimi proteini)
- levcinska zadrga
-Bazične vijačnica-zanka-vijačnica (helix-loop-helix)
http://p53.bii.a-star.edu.sg/images/common/aboutp53/simpleProt.png
Cinkovi (Zn) prsti
Cys2-His2
Jedrni (steroidni) receptorji vsebujejo Zn prste
Cys-X(2)-Cys-(X13)- Cys-(X2)- Cys
Vezava človeškega estrogenskega receptorja na DNA
Mineralokortikoidni receptor se po vezavi liganda premakne iz citoplazme v jedro
-910 M kortikosteron
Nishi M. et al., Mol. Endo. 15, 1077-1092 (2001)
Homeodomeno sestavlja 60 aminokislin s tremi α−vijačnicami, v obliki vijačnica-zavoj-vijačnica. Vijačnica 3 je v stiku z baznimi pari veliek brazde. N-terminalni konec homeodomene je v stiku z malo brazdo.
Homeodomena
•Ak zaporedje v levcinski zadrgi -Leu-(X)6-Leu-(X)6-Leu(X)6-Leu-•(vsaka 7. ak je levcin) •Leu povezan z Leu sosednje vijačnice - 2 prilegajoči se α-vijačnici•strukturo vzdržujejo hidrofobne interakcije
Levcinska zadrga
Originalni koncept Bolj pravilno
http://www.web-books.com/MoBio/Free/images/Ch4F6b.gif
Vijačnica-zanka-vijačnica
DNA-vezavni proteini omogočijo nastanek kompleksa, ki sproži transkripcijo
DNA-vezavni proteini (transaktivatorji, transkripcijski faktorji) imajo DNA vezavno
in transaktivacijsko domeno.
Funkcije proteinov (pogojene s strukturo)
• Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
• Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
• Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...)
• Kontraktilni proteini
• Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane
• Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
• Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
• Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Imunoglobulini)
• Lipoproteini, potrebni za transport lipidov po telesu
Imunski sistem vključuje vrsto specializiranih celic in proteinov
• Levkociti: makrofagi in limfociti
• Lahko zapustijo krvni obtok, preidejo v tkiva
• Limfociti proizvajajo proteine, imunoglobuline (Ig) in receptorje (Rp) na
površini - prepoznajo tuje molekule (delce) in jih uničijo
• Imunski sistem včasih prepozna tudi svoje lastne molekule (avtoimunske
bolezni)
• Človek: 108 različnih Ig - velika verjetnost, za prepoznanje vseh tujih molekul –
antigenov (vsaka molekula, ki vzpodbudi imunski odgovor: virus, bakterijska
celična stena, protein ... Mr > 5000)
• Ig ali Rp se veže na določen del antigena – antigenska determinanta (epitop)
- Heteromerni proteini v obliki črke Y
-Vsebujejo 2 lahki (Mr = 25 kDa) in 2 težki (Mr = 55 kDa) verigi
- Lahke verige vstopajo v interakcije z N-terminalnim delom
težkih verig – dobimo dve ročici (arms) – Fab del – ki vsebuje
mesto, za vezavo antigena.
-C-terminal težkih verig se poveže v steblo – Fc domena – ki
vstopa v interakcije z receptorji na celicah.
-Sesalci imamo 5 vrst imunoglobulinov: IgA, IgD, IgE, IgG and
IgM.
-Imunoglobulini pri sesalcih imajo enake lahke verige (λ, κ)
razlikujejo se po tipu težke verige (γ, α, µ, δ, ε)
-Težke in lahke verige so vedno v razmerju 1 : 1.
Immunoglobulini
IgD prepoznajo iste antigene kot IgM,
manj znana funkcija
IgE – zaščita proti parazitom, vloga v
alergijskih reakcijah
IgG – nejvečja koncentracija v krvnem
serumu
Vrste imunoglobulinov
IgM prvi v obrambi
(limfociti B)
IgA v solzah, slini, mleku –
obramba proti bakterijam in
virusom
Vrste imunoglobulinov
Struktura imunoglobulina G (IgG) – imunoglobulinski zvitje
Imunoglobulinsko domeno sestavljata dva para antiparalelnih beta ploskev, ki
so povezane z disulfidnimi mostički in hidrofobnimi interakcijami.
Struktura igG
Protitelesa vežejo specifične molekule (antigene) preko hipervariabilnih zank
•Inducirano prilagajanje
•Visoka afiniteta (Kd ~10 nM)
Makrofag: fagocitoza virusa, ki se je vezal na protitelo
Fc receptor
Diverziteta za prepoznavanje antigenov nastane tudi s prerazporeditvijo
genov v somatskih celicah
Analitska tehnika ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)
Splošni princip
ELISA kompleti za določanje virusnih in bakterijskih okužb in kateregakoli proteina, ki lahko služi kot diagnostični marker
Avtoimune bolezni
Avtoimune bolezni nastanejo kot posledica pretiranega odziva imunskega
sistema na celice, lastne organizmu.
Funkcije proteinov (pogojene s strukturo)
• Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
• Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
• Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...)
• Kontraktilni proteini
• Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane
• Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
• Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
• Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Imunoglobulini)
• Lipoproteini, potrebni za transport lipidov po telesu
Nepolarne (hidrofobne) molekule se prenašajo po krvi le shranjene v
amfipatičnih strukturah (lipoproteinskih delcih)
triacilglicerol
holesterol
Lipoproteini so nadmolekulski kompleksi lipidov in proteinov
Apolipoproteini določajo v katere celice se bodo lipidi prenašali.
Lipoproteini
Struktura LDL z Apolipoproteinom
B-100 (1 polipept. veriga, 4636 ak,
Mr = 513)
4 vrste lipoproteinskih delcev, vidnih z
elektronskim mikroskopom
Sestava lipoproteinov
TAG Fosfolipidi Holesterol in estri
Proteini
Hilomikroni +++ - - - VLDL ++ + + - LDL - + ++ + HDL - + + ++
- manj kot 10% + 20-40% ++ 40 – 80% +++ več kot 80%
Gostota: proteini > fosfolipidi > holesterol in estri > TAG
Elektroforetska mobilnost plazemskih lipoproteinov
Lipoproteini in transport lipidov po telesu
Triacilglicerol (TAG)
Krvna plazma pred in po uživanju TAG
LDL
Kroženje lipoproteinov
Holesterol je nujno potreben, a je v velikih količinah škodljiv!
ATEROSKLEROZA:
• odlaganje holesterola in drugih lipidov na žilnih stenah
• vezava Ca2+ v obloge
• reakcija z ogljikovo kislino (CO2 + H2O) v CaCO3 - poapnenje žil
• oviran ali blokiran pretok krvi - srčni infarkt, možganska kap, tromboza.
PREVENTIVA:
• dieta (zmanjšana količina holesterola v hrani)
• povečana telesna aktivnost
• zdravila a) zmanjšana sinteza
b) zmanjšana resorpcija
c) odstranjevanje žolčnih kislin
Pomembno je tudi razmerje med lipoproteini LDL (nosijo holesterol v tkiva) in HDL
(nosijo holesterol iz tkiv v jetra � izločanje z žolčnimi kislinami)
Družinska hiperholesterolemija – okvara gena za receptor LDL
Vloga oksidiranih
lipidov v procesu
aterogeneze