Přibližný obsah prvkůPřibližný obsah prvkův lidském těle o hmotnosti 70 kgv lidském těle o hmotnosti 70 kg

Obsah hlavních prvkůObsah hlavních prvků Obsah stopových prvkůObsah stopových prvků

kyslík 44 kg železo 5 g

uhlík 12,6 kg křemík 3 g

vodík 6,6 kg zinek 1,75 g

dusík 1,8 kg rubidium 360 mg

vápník 1,7 kg měď 280 mg

fosfor 680 g stroncium 280 mg

draslík 250 g brom 140 mg

chlor 115 g cín 140 mg

síra 100 g mangan 70 mg

sodík 70 g jód 70 mg

hořčík 42 g hliník 35 mg

Schéma živočišné buňkySchéma živočišné buňky

hladké ERhladké ERhladké ERhladké ER cytoskeletcytoskeletcytoskeletcytoskelet

Golgiho aparátGolgiho aparátGolgiho aparátGolgiho aparát

drsné drsné endoplasmatické endoplasmatické retikulum retikulum (ER)(ER)

drsné drsné endoplasmatické endoplasmatické retikulum retikulum (ER)(ER)

membránový membránový váčekváček

membránový membránový váčekváček

ribosomribosomribosomribosom

jádrojádrojádrojádrojadérkojadérkojadérkojadérkocentriolycentriolycentriolycentrioly

mitochondriemitochondriemitochondriemitochondrie

vakuolavakuolavakuolavakuolalysosomlysosomlysosomlysosom

cytoplasmacytoplasmacytoplasmacytoplasma

Buněčná membránaBuněčná membrána

fosfatidyl - serinfosfatidyl - serinfosfatidyl - serinfosfatidyl - serin

fosfatidyl - ethanolaminfosfatidyl - ethanolamin(cefalin)(cefalin)

fosfatidyl - ethanolaminfosfatidyl - ethanolamin(cefalin)(cefalin)

hydrofilní „hlava“hydrofilní „hlava“hydrofilní „hlava“hydrofilní „hlava“ hydrofobní řetězcehydrofobní řetězcehydrofobní řetězcehydrofobní řetězce

Buněčná membránaBuněčná membrána

Fosfátová hlava

Lipidový konec

řetězceřetězce

„„hlava“hlava“vnějšívnější

částčást

vnitřní částvnitřní část

Transport iontů přes membránuTransport iontů přes membránu

MMnn++ (aq)

MXMXnn (s)

LL 11 LL 22

IontovýIontovýkanálkanál

ReceptorReceptorProteinProtein

Proteinový Proteinový přenašečpřenašeč

„„Úložiště“Úložiště“

Transport iontůTransport iontůpřes membránupřes membránu

Transport iontůTransport iontůpřes membránupřes membránu

Iontové kanályIontové kanály

peptidová sekvence peptidová sekvence gramidicinugramidicinu:formyl formyl – Val– Val – Gly– Gly – Ala– Ala – – LeuLeu – Ala– Ala – – ValVal – Val– Val – – ValVal – – TrpTrp – – LeuLeu – Trp– Trp – – LeuLeu – Trp– Trp – – LeuLeu – Trp– Trp – NHCH– NHCH22CHCH22OHOH

peptidová sekvence peptidová sekvence gramidicinugramidicinu:formyl formyl – Val– Val – Gly– Gly – Ala– Ala – – LeuLeu – Ala– Ala – – ValVal – Val– Val – – ValVal – – TrpTrp – – LeuLeu – Trp– Trp – – LeuLeu – Trp– Trp – – LeuLeu – Trp– Trp – NHCH– NHCH22CHCH22OHOH

kanálkanálkanálkanál pórpórpórpór

Iontová pumpaIontová pumpavv nn ěě

uvnitřuvnitř

IontovIontováá pumpa pumpaIontovIontováá pumpa pumpa NaNa+ + // KK++ ATPas ATPasaaNaNa+ + // KK++ ATPas ATPasaa

IONOFORYIONOFORY specifické pro draslíkspecifické pro draslík KK++

nonactinnonactinnonactinnonactin

enniatinenniatinenniatinenniatin

KK++

IONOFORYIONOFORY specifické pro draslíkspecifické pro draslík KK++

valinomycinvalinomycinvalinomycinvalinomycin

L-valinL-valin kyselinakyselina D-valinD-valin kyselinakyselina D-hydroxyisovalerováD-hydroxyisovalerová L-mlL-mléčnáéčná

ValinomycinValinomycin

IONOFORYIONOFORY specifické pro žspecifické pro železoelezo FeFe33++

enterobactinenterobactin(katecholátový(katecholátový

siderofor)siderofor)

enterobactinenterobactin(katecholátový(katecholátový

siderofor)siderofor)3+3+FeFe

ferichromferichrom(hydroxamový(hydroxamový

siderofor)siderofor)

ferichromferichrom(hydroxamový(hydroxamový

siderofor)siderofor)

apotransferinapotransferinapotransferinapotransferin COCO3322––

FeFe

FeFe-transferin-transferinFeFe-transferin-transferin

Struktura transferinuStruktura transferinu

Struktura transferinuStruktura transferinu

Arg121

Asp60

Tyr192

Tyr92

His253

TransferinTransferinTransferinTransferin

Transport železaTransport železa

Feritin

Pi + ADP

Uvolnění železaUvolnění železa

ATP + H+

odkrytí

Endosom

Clatrinpokrytá

prohlubeň

pokrytá

dutina

buněčná membrána

Receptory

transferin ss železem

transferinbezbez železa

ionty železa

TransportTransportžželezaeleza

TransportTransportžželezaeleza

NN

AA

LL

CC

BB

DD

EEFerritinFerritin

FerritinFerritin

FerritinFerritinFerritinFerritin

FerritinFerritina)a)a)a) FeFe2+2+

b)b)b)b)

c)c)c)c) d)d)d)d)

4 FeFe22++ + O2 + 4 H+ 4 FeFe33++ + 4 H2O.

4 FeFe33++ + 8 H2O 4 FeFe(O)OH(O)OH + 12 H+

4 FeFe22++ + O2 + 4 H+ 4 FeFe33++ + 4 H2O.

4 FeFe33++ + 8 H2O 4 FeFe(O)OH(O)OH + 12 H+

[{[{FeFe((O)O)OH}OH}88(FeOPO(FeOPO

33HH22)) ·· xx HH22POPO44]]

[{[{FeFe((O)O)OH}OH}88(FeOPO(FeOPO

33HH22)) ·· xx HH22POPO44]]

Transport kyslíkuTransport kyslíku

VlastnostVlastnost HemoglobinHemoglobin HemerytrinHemerytrin HemocyaninHemocyanin

kov FeFe FeFe CuCu

oxidační stav kovuv deoxy proteinu

( I I ) ( I I ) ( I )

poměr kov : O2 Fe : O2 2 Fe : O2 2 Cu : O2

barva – oxy červená růžovo-fialová modrá

barva – deoxy purpurová bezbarvý bezbarvý

koordinace kovu porfyrinový kruhproteinový

postranní řetězecproteinový

postranní řetězec

molekulová hmotnost 35 000 108 000 400 000 – 20 000 000

počet podjednotek 4 8 mnoho

Některé vlastnosti proteinových přenašečů kyslíkuNěkteré vlastnosti proteinových přenašečů kyslíku:

HHemoglobinemoglobin a hem a hem

HHemoglobinemoglobin a hem a hem

2 [Fe([Fe(PfPf )])]22++ + ½ O2 [Fe([Fe(PfPf )) –– OO –– Fe(Fe(PfPf )])]

2 [Fe([Fe(PfPf )])]22++ + ½ O2 [Fe([Fe(PfPf )) –– OO –– Fe(Fe(PfPf )])]

Přenašeče kyslíku Přenašeče kyslíku –– H Hemoglobinemoglobin

Strukturahemoglobinuhemoglobinu

Strukturahemoglobinuhemoglobinu

Struktura hemoglobinuStruktura hemoglobinu

ZmZměna geometrieěna geometriea štěpení orbitalůa štěpení orbitalů

FeFeIIII

N

HN

FeFeIIIIII

N

HN

OOOO

xx22 –– y y22

zz22

xz, yzxz, yz

xyxy

Molekulové orbitalyMolekulové orbitaly OO22

O O´O2

řád vazbyřád vazby 22řád vazby řád vazby 11,5,5

Koordinace kyslKoordinace kyslííku ku na železona železo

FeFe

OOOO

z

FeFe

OOOO

z

x

zaplněnýsp2 orbital

superoxidového iontu

prázdný dz2 orbital Fezpola zaplněnýdxz orbital Fe

zpola zaplněný* orbital

superoxidovéhoiontu

Transport kyslíkuTransport kyslíku

ČČásticeástice OO –– OO (cm-1) ddOO –– OO (Å)

OO22++ 1 905 1,12

OO22 1 580 1,21

OO22–– 1 097 1,33

OO222-2- 802 1,49

Vibrační a geometrické vlastnosti dikyslíkatých částicVibrační a geometrické vlastnosti dikyslíkatých částic:

FeFe

~ 0,~ 0,66 ÅÅ

N

N

N

N NN

HHemoglobinemoglobin

FeFe

OO22

~ 0,~ 0,66 ÅÅ

N

N

N

N

N

N

N

N

HHemoglobinemoglobin

HHemoglobinemoglobin

+ O2

(bb) RR stav (oxy)(bb) RR stav (oxy)(aa) TT stav (deoxy)(aa) TT stav (deoxy)

HHemoglobinemoglobin

(b) RR stav (oxy)(b) RR stav (oxy)(a) TT stav (deoxy)(a) TT stav (deoxy)

FeFe

PorfyrinPorfyrin

CollmanůvCollmanův„„picket-fence“picket-fence“

porfyrinporfyrin

CollmanůvCollmanův„„picket-fence“picket-fence“

porfyrinporfyrin

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíkuStrukturahemerytrinuhemerytrinu

Strukturahemerytrinuhemerytrinu

Železo

Dusík

Kyslík

Uhlík

Přenašeče kyslíku Přenašeče kyslíku –– hemerytrin hemerytrin

DeoxyDeoxyhemerytrinhemerytrinDeoxyDeoxyhemerytrinhemerytrin OOxyxyhemerytrinhemerytrinOOxyxyhemerytrinhemerytrin

FeIIIIII FeIIIIIIFeIIIIFeIIII

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku

hydrotris(1-pyrazoyl)borate (HBpz3) hydrotris(1-pyrazoyl)borate (HBpz3) FeFe

22O(OO(O22CCHCCH

33))22(HBpz(HBpz33))22

FeFe22O(OO(O

22CCHCCH33))22(HBpz(HBpz

33))22

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku

FeFe22O(OO(O

22CCHCCH33))22(TACN)(TACN)

22

1,4,7-triazacyklononane (TACN)

FeFe22O(OO(O

22CCHCCH33))22(TACN)(TACN)

22

1,4,7-triazacyklononane (TACN)

[Fe[Fe22(OH)(O(OH)(O

22CCHCCH33))22(Me(Me

33TACN)TACN)22]]

++[Fe[Fe22(OH)(O(OH)(O

22CCHCCH33))22(Me(Me

33TACN)TACN)22]]

++

CuCuCuCu

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku Strukturadeoxyhemocyaninudeoxyhemocyaninu

Strukturadeoxyhemocyaninudeoxyhemocyaninu

OCuCuIIII CuCuIIII

O

OCuCuIIII CuCuIIII

O

MĚĎ

Dusík

Uhlík

Cu Cu –– Cu Cu ~~ 3,7 3,7 ÅÅCu Cu –– Cu Cu ~~ 3,7 3,7 ÅÅ

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku

(a)(a) Deoxyhemocyanin Deoxyhemocyanin(a)(a) Deoxyhemocyanin Deoxyhemocyanin

(b)(b) Oxyhemocyanin Oxyhemocyanin(b)(b) Oxyhemocyanin Oxyhemocyanin

CuCuII CuCuII

CuCuIIII CuCuIIII

CuCuB

BCuCu

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku

[Cu(HB(3,5-[Cu(HB(3,5-ii-Pr-Pr22pz)pz)

33]]22(O(O22)) [Cu(HB(3,5-[Cu(HB(3,5-ii-Pr-Pr

22pz)pz)33]]22(O(O

22))

CuCu

CCuu

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku

[{LCu}[{LCu}22OO22]]

2+2+[{LCu}[{LCu}22OO22]]

2+2+

Přenašeče kyslíkuPřenašeče kyslíku

hydroxylace arenuhydroxylace arenuzprostzprostřředkovanáedkovaná

dvdvěěma atomy mma atomy měědidi

CuCuII

CuCuII

22 CuCuII

22 CuCuIIII

CuCuIIIICuCu CuCu CuCuIIII