Transcript Proteine - WordPress.com

Biochimia proteinelor
Selenocisteina


Selenocisteina este un aminoacid neobişnuit prezent în
câteva enzime fiind util pentru activitatea lor
Nu este sintetizat ca urmare a prelucrărilor posttranslaţionale.
O modificare a serinei apare când aceasta se leagă la tARNul unic, formând selenocisteinil-ARNt. Selenocisteina este
ulterior inserată într-o proteină cu care va fi sintetizată.
Proteine
Proteine
Proteine
sunt substanţe azotate complexe prezente în
toate celulele animale sau vegetale
 Roluri:
 Proteinele
 1.
structural- arhitectura celulară
 2. funcţional- enzime, hormoni, receptori, represori,
contractil, transport gaze sangvine, coagulare
 3. fizico-chimic- menţinerea presiunii osmotice şi a
echilibrului acido-bazic
 4. energetic- proteine de rezervă (caseina, ovalbumina
pentru creşterea embrionului) sau eliberare de energie
(4,5kcal/g proteine oxidate)
Proteine
Proteine
Proteine
Structura primară a proteinelor
 Unicitatea
proteinelor este dictată de secvenţa
lineară de aminoacizi, denumită structură
primară.
Structura primară a proteinelor
 Numărul
proteinelor a căror structură primară se cunoaşte
este de ordinul zecilor de mii. Insulina (51 aminoacizi),
ribonucleaza (124 aminoacizi), hemoglobina (catenele α
cu 141 aminoacizi, cele β cu 146 aminoacizi), mioglobina
(453 aminoacizi), citocromul c (204 aminoacizi),
gamaglobulina (1320 aminoacizi)
 Structura
proteică primară determină gradul de pliere şi
modul de interacţiune cu alte molecule intracelulare astfel
încât proteina să-şi poată exercita funcţia. Structurile
primare ale tuturor proteinelor sunt sintetizate pornind de
la cei 20 aminoacizi care se succed într-o secvenţă lineară
determinată de codul genetic.
Structura primară a proteinelor
genetic este secvenţa de
trei baze (nucleotide) din ADN,
conţinând informaţia secvenţei
lineare de aminoacizi din lanţul
polipeptidic (structura primară)
 O genă este porţiunea din ADN
care codează produsul
funcţional precum lanţul
polipeptidic. Mutaţiile care sunt
modificări în nucleotidele genei
determină alterarea produsului
codificat de genă.
 Codul
Structura primară a proteinelor
nivelul ribozomilor se realizează translaţia
informaţiei genetice de la ARNm în lanţul polipeptidic
 La
nucleu, ARNm copiază informaţia genetică de la
ADN nuclear iar apoi migrează în citoplasmă. Fiecare
moleculă de ARNt posedă la mijlocul lanţului său un
anticodon a căror 3 baze consecutive se pot asocia prin
legături de hidrogen cu 3 baze complementare de un
codon ARNm. Pe baza acestui anticodon aminoacizii
vor fi poziţionaţi conform mesajului genetic din ARNm.
Această poziţionare a aminoacil-ARNt se realizează la
suprafaţa ribozomului la nivelul a două situsuri
stereospecifice: situl "P" (peptidil) şi situl "A"
(aminoacil), situate la suprafața subunităţilor.
 În
Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor
 Substituţia
unui singur aminoacid modifică funcţia proteinei
sau conferă un avantaj specific unui anumit ţesut sau unui set
de circumstanţe. Multe proteine precum hemoglobina pot
prezenta polimorfisme sau variante genetice ale structurii
primare
acelaşi individ, structura primară a proteinelor diferă în
funcţie de stadiul de dezvoltare, fiind prezentă ca izoforme
fetale şi adulte ca în cazul hemoglobinei. Structura primară a
creatin-kinazei variază în funcţie de ţesut (izoforme specific
tisulare) sau în cadrul aceluiaşi ţesut, în funcţie de
localizarea intracelulară. Separarea electroforetică a
izoenzimelor tisular-specifice este utilă în localizarea injuriei
tisulare
 La
Structura primară a proteinelor
aminoacizilor codificaţi genetic şi care
formează structura primară, mai există şi
aminoacizi specifici modificaţi prin fosforilare,
oxidare, carboxilare sau prin alte tipuri de reacţii
 Înafara
aceste reacţii sunt catalizate enzimatic,
modificările sunt denumite post-translaţionale.
 Când
Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor
 Proteinele
sunt polipeptide
rezultate prin condensarea
AA, cu eliminarea unei
molecule de apă între
gruparea –COOH a unui
AA şi gruparea –NH2 a AA
următor
Structura primară a proteinelor
Secvenţa AA într-un lanţ polipeptidic:
 de la capătul N-terminal spre C-terminal
Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor

Stabilirea secvenţei de AA dintr-un lanţ polipeptidic:
prin
metode
chimice
sau
enzimatice“TRADIŢIONALE”

Etape:
1. Determinarea AA de la capetele N- ;C-terminale
2. Stabilirea secvenţei de AA din interiorul lanţului pp
3. Separarea lanţurilor în cazul proteinelor oligomere,
urmată de parcurgerea primelor etape



Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor
etapă în stabilirea structurii primare a unui
polipeptid constă în identificarea şi cuantificarea
aminoacizilor constituienţi.
 Prima
probă purificată din polipeptidul de analizat este iniţial
hidrolizată prin tratare cu un acid tare la 110ºC timp de
24ore
O

Această procedură induce clivarea legăturilor peptidice şi
separarea aminoacizilor individuali care pot fi detectaţi cu
ajutorul cromatografiei prin schimb ionic.
Structura primară a proteinelor
 În
cadrul acestei metode, amestecul de aminoacizi este plasat
într-o coloană formată din granulele unei răşini sintetice care
conţine grupări electronegative.
din amestec aderă la coloană cu afinităţi
diferite, în funcţie de încărcarea electrică, caracterul
hidrofob, etc.
 Aminoacizii

Prin creşterea treptată a pH-ului şi a concentraţiei ionice în
soluţiile apoase eluante, aminoacizii migrează în coloană cu
viteze diferite, iar eluantul este colectat în fracţii mici.
.
Structura primară a proteinelor

Aceste fracţiuni care conţin aminoacizi sunt analizate
cantitativ cu ajutorul reacţiei cu ninhidrină, un reactant
care prin încălzire reacţionează cu majoritatea
aminoacizilor, cu amoniacul, cu aminele şi formează
compuşi roşu-violet

Determinarea cantitativă a fiecărui aminoacid se
realizează prin spectrofotometrie, care măsoară
cantitatea de lumină absorbită de derivatul ninidrinic.
Procedura descrisă se realizează cu ajutorul
analizorului de aminoacizi.
Structura primară a proteinelor
Structura primară a proteinelor
 Determinarea
secvenţei de aminoacizi a peptidelor
 Secvenţierea
reprezintă un proces etapizat de identificare a
aminoacizilor constituienţi ai unui lanţ peptidic începând de
la capătul N-terminal al acestuia. Fenilizotiocianatul,
cunoscut şi ca reactiv Edman, reacţionează cu gruparea
amino terminală a peptidului în condiţii de pH uşor alcalin
 Rezultă
un derivat feniltiohidantoinic care produce
instabilitatea legăturii peptidice la capătul N-terminal, iar
aceasta poate fi hidrolizată selectiv, fără clivarea celorlalte
legături peptidice.
Structura primară a proteinelor
Derivatul aminoacidic rezultat poate fi separat şi
identificat ulterior
Structura primară a proteinelor
metodei este că restul lanţului peptidic
rămâne intact după îndepărtarea aminoacidului Nterminal, iar reactivul Edman este utilizat în mod
repetat asupra lanţului peptidic scurtat în urma testării
anterioare până la identificarea tuturor resturilor de
aminoacizi
 Avantajul
degradarea Edman se poate identifica o secvenţă de
pînă la 30 aminoacizi, cu o eficienţă de 98%/aminoacid.
Un alt avantaj ar fi cantitatea de numai 10-100 picomoli
de peptidă necesari pentru determinare.
 Prin
Structura primară a proteinelor

Clivarea lanţurilor polipeptidice în fragmente mai
mici

Numeroase polipeptide au o structură primară alcătuită
din peste 100 de aminoacizi. Astfel de molecule nu pot
fi secvenţiate direct, de la un capăt la celălat. În
schimb, aceste molecule mari sunt clivate în anumite
locuri cu secvenţierea ulterioară a fragmentelor
rezultate

Se pot folosi doi sau mai mulţi agenţi de clivare
Structura primară a proteinelor

Metode de analiză cu enzime:

1. Bromura de cianogen scindează lanţul pp: Met-X
2. Etilamina: transformă cisteina în aminoetil-cisteină
3. Tripsina scindează şi legăturile Cys- X
4. Tripsina: Lys-X, Arg-X
5. Chimotripsina: Phe-X, Tyr-X, Trp-X
6. Carboxipeptidazele: X-Phe, X-Lys





Structura primară a proteinelor
scindarea proteinei cu obţinerea mai multor
peptide mai mici se definitivează succesiunea lor
utilizând tehnica peptidelor suprapuse
 După

Lanţul polipeptidic iniţial se scindează prin
metode diferite, iar prin compararea seturilor de
peptide obţinute se stabileşte integral secvenţa
iniţială
Structura primară a proteinelor
 Tripsina:
Glu-Met-Leu-Gly-Arg

Val- Tyr-Lys

Ala-Ser-Asp
 BrCN: Leu-Gly-Arg-Ala-Ser-Asp

Val-Tyr-Lys-Glu-Met
 Secvenţa
finală??????
Structura primară a proteinelor
 Val-
Tyr-Lys-Glu-Met-Leu-Gly-Arg-AlaSer-Asp
Structura primară a proteinelor
 Determinarea
structurii primare
proteine prin secvenţiere ADN
a
unei
 Secvenţierea
nucleotidelor dintr-o regiune ADN
codificatoare a proteinelor identifică secvenţa de
aminoacizi a unui polipeptid
secvenţa de nucleotide este stabilită, pe baza
informaţiilor referitoare la codul genetic are loc
traducerea secvenţei de nucleotide în secvenţa de
aminoacizi corespunzătoare polipeptidului studiat.
 Dacă
Structura primară a proteinelor

Determinarea structurii primare a unei proteine
prin secvenţiere ADN

Acest procedeu, deşi utilizat de rutină pentru a preciza
secvenţa de aminoacizi din componenta proteinelor,
este limitat de faptul că nu poate preciza poziţiile
legăturilor disulfidice la nivelul lanţurilor pliate,
precum şi de faptul că nu identifică aminoacizii cu
modificări post-translaţionale

Secvenţierea directă a proteinelor constituie un
instrument important în stabilirea exactă a structurii
primare.
Variaţii ale structurii primare
 Deşi
aproape fiecare aminoacid din structura proteică
primară contribuie la realizarea conformaţiei sale (structura
tridimensională), structura primară a proteinei diferă în
funcţie de specie.
cadrul aceleiaşi specii există diferenţe ale secveţei de
aminoacizi la nivelul individului, în funcţie de ţesut sau de
stadiul de dezvoltare. Aceste diferenţe ale proteinelor
funcţionale sunt tolerate în măsura în care aparţin unor
regiuni „necritice” denumite variabile, dacă sunt substituţii
conservative (înlocuirea unui aminoacid cu altul de structură
similară) sau îi conferă un avantaj
 În
 Dacă
mai mulţi aminoacizi sunt toleraţi în aceeaşi poziţie,
regiunea este denumită hipervariabilă.
Variaţii ale structurii primare
contrast, regiunile care formează situsuri de legare sau
sunt critice în formarea structurii tridimensionale funcţionale
sunt frecvent invariabile şi au exact aceeaşi secvenţă de
aminoacizi la toţi indivizii, ţesuturile sau speciile
 În
 Polimorfismul
în structura proteinelor
 La nivelul populaţiei umane, structura primară a proteinei ar
putea să difere puţin interindividual. Variaţiile apar din
mutaţiile ADN transmise generaţiei următoare. Mutaţiile pot
fi punctiforme şi rezultă prin substituţia unei baze în
secvenţa de ADN sau sunt deleţii/ inserţii de baze.
Polimorfismul în structura proteinelor
majoritatea alelelor, aceste schimbări au consecinţe
fenotipice distincte determinând disfuncţii obiective ( boli
congenitale sau genetice) sau creşteri ale susceptibilităţii
pentru anumite boli
 Pentru

O proteină defectivă diferă de majoritatea alelelor printr-un
singur
aminoacid
care
reprezintă
o
substituţie
nonconservativă (înlocuirea unui aminoacid cu altul de
polaritate diferită sau de mărime diferită) într-o regiune
invariabilă

Asemenea mutaţii ar putea afecta capacitatea proteinelor de
a-şi exercita funcţia, de a cataliza o anumită reacţie. Pentru
alte proteine variaţiile nu au semnificaţie.
Polimorfismul în structura proteinelor
unei alele care apar cu o frecvenţă
semnificativă în populaţie sunt considerate
polimorfisme
 Variantele
acea variaţie a unei alele creşte în populaţie
la o frecvenţă de 1% este considerată stabilă
 Când
este un exemplu de mutaţie punctiformă
stabilă în populaţia umană. Persistenţa sa este
probabil atribuită presiunii selective asupra
fenotipului mutant heterozigot ce conferă o
anumită protecţie în malarie.
 Siclemia
Exemple
Exemple
WS este un băiat de 17 ani care s-a prezentat în urgenţă cu
dureri lombare severe, dureri abdominale şi ale membrelor
care au debutat după două zile de greţuri şi vărsături cauzate
de gastroenterită
 1.

La vârsta de 3 ani a fost diagnosticat cu siclemie şi a fost
internat de nenumărate ori pentru asemenea episoade
Exemple
 La
internare:
 nivelul
Hg serice a fost 7,8 g/dL (IBR: 12-16g/dL);
 Ht era 23,4% (IBR: 41-53%);
 Bil serică totală (un pigment ce rezultă din
degradarea Hb) era 2,3 mg/dL (IBR: 0,2-1 mg/dL)
 Radiografia abdominală a evidenţiat calculi
radiopaci în vezica biliară.
Exemple
cauza hemolizei cronice (distrucţia hematiilor) cantitatea
de hem degradată la bilirubină este crescută. Calculii sunt
rezultatul excreţiei unei cantităţi crescute de bilirubină din
ficat în bilă cu formarea depozitelor de cristale de bilirubinat
în lumenul vezicii biliare
 Din
de „calcul” este folosit pentru a descrie orice
depunere anormală ca un precipitat a sărurilor minerale.
Aproape întotdeauna se formează în organele cavitare
(rinichi) sau în lumenul unor ducte (duct biliar comun).
 Termenul
Exemple
are siclemie produsă de o mutaţie
punctiformă a a ADN care modifică al 6-lea
aminoacid din lanţul globinic β al hemoglobinei
prin care glutamatul este înlocuit cu valina
 Pacientul
diferenţe apar în modul de realizare a
legăturilor chimice în cazul celor doi aminoacizi?
 Ce
Exemple
prezintă la pH-ul fiziologic o sarcină negativă în
radical stabilind legături ionice sau de hidrogen cu apa sau
cu alte catene laterale. Valina este un aminoacid hidrofobic
ce tinde să interacţioneze cu ale lanţuri hidrofobice pentru a
exclude apa, modificânduse structura cuaternară
 Glutamatul
glutamatului cu valina în lanţul β permite
separarea HbS de Hb adultă normală prin electroforeză. În
acest caz, pacienta era homozigotă pentru HbS şi avea o
cantitate crescută de Hb fetală, HbF. Heterozigoţii pentru
HbS prezintă atât HbA cât şi HbS, precum şi cantităţi mici de
HbF
 Înlocuirea
Exemple
indivizii heterozigoţi pentru siclemie, alela celulei S oferă
o oarecare protecţie împotriva malariei, boală cauzată de
Plasmodium falciparum care îşi petrece o parte din ciclul de
viaţă în hematie
 La
infectată la indivizii cu Hb adultă normală dezvoltă
protruzii care se ataşează la endoteliul capilar. Această legare
blochează vasele şi oxigenul nu mai ajunge în regiunea
afectată, rezultând moartea celulară
 Hematia
heterozigoţi, HbS în celulele afectate se adună în fibre
lungi, care determină distorsionarea celulei. Aceste celule
distorsionate conţinând parazitul sunt recunoscute
preferenţial de splină şi sunt rapid distruse, încetând viaţa
parazitului.
 La
Exemple
indivizii homozigoţi cu siclemie,
hematiile iau frecvent forma de seceră în
special în condiţii de presiune scăzută a
oxigenului.
 La
este apariţia crizelor vasoocluzive în care celulele distorsionate
blochează
capilarele
şi
împiedică
oxigenarea cu apariţia durerii
 Rezultatul
crescută
a
hematiilor
modificate în splină determină anemie.
 Distrugerea
Structura primară a insulinei
 Insulina
este un hormon polipeptidic ce s-a conservat
puternic la nivelul diferitelor specii, presentând câteva
substituţii ale aminoacizilor niciuna în regiunile care să-i
afecteze activitatea.
Structura primară a insulinei
 Prezintă
51 aminoacizi
şi este alcătuită din lanţuri
polipeptidice. Este sintetizată iniţial ca lanţ polipeptidic unic
(proinsulina), dar este clivată în trei puncte înaintea secreţiei,
formând peptidul C şi molecula de insulină activă conţinând
lanţurile A şi B diferite
clivare se îndepărtează câţiva aminoacizi şi peptidul C
al aminoacidului 31 ce leagă lanţurile A şi B
 Prin
tridimensională corectă a lanţurilor A şi B este
favorizată de prezenţa legăturilor disulfidice: o legătură
intracatenară şi două legături intercatenare formate de
reziduurile de cisteină.
 Structura
PEPTIDELE
 Produşii
reacţiei de condensare a două sau mai multe
molecule de aminoacizi formează peptidele
 Lanţul
peptidic rezultat poate fi mai scurt sau mai lung în
funcţie de numărul resturilor de aminoacizi participanţi
formate dintr-un număr mic de aminoacizi
 (12 < n< 20) se numesc oligopeptide, iar cele cu un număr
mai mare de resturi de aminoacizi (n>20) sunt polipeptide
(unde n= număr de aminoacizi).
 Peptidele
Peptide naturale mai importante
( γ-glutamil-cisteinil-glicina)
 Este un tripeptid atipic deoarece legătura peptidică între
acidul glutamic şi cisteină se formează prin condensarea
grupării carboxil din poziţia γ a acidului glutamic şi
gruparea aminică a cisteinei:
 Glutationul
 În
celulele animale, glutationul funcţionează ca un sistem
redox, putând exista în forma redusă (GSH) şi/sau
oxidată (GSSG).
Peptide naturale mai importante

Glutationul participă la procesele redox din majoritatea
ţesuturilor (în special în hematii) şi este activator al
sistemelor enzimatice

Rolul glutationului este conferit de prezenţa în
molecula sa a grupării tiolice (-SH)

Oxidarea glutationului se poate realiza neenzimatic, în
prezenţa ionilor de cupru şi fier:

2GSH  G-S-S-G + 2 H+ + 2e-
Peptide naturale mai importante
forma sa redusă glutationul serveşte la
descompunerea apei oxigenate (H2O2) cât şi a
peroxizilor de natură lipidică (R-OOH) în prezenţa
glutation peroxidazei (GSH-Px), protejând
membranele celulare de acţiunea oxidantă a
acestora:
 În
 R-OOH
+ 2GSH  R-OH + HOH + G-S-S-G
Peptide naturale mai importante

GSH-Px (glutation peroxidaza) este o enzimă ce oferă
protecţie eficientă faţă de reacţia de peroxidare deoarece:

►combină capacităţile antioxidante ale tiolilor şi seleniului;
► descompune H2O2 cu mai multă eficienţă decât catalaza;
► produşii de reacţie nu sunt radicali liberi ci substanţe
hidrosolubileş
►acţionează asupra tuturor peroxizilor existenţi în mediile
biologice



Peptide naturale mai importante
cele două forme ale glutationului forma redusă
reprezintă forma activă
 Dintre
 Posibilitatea
de interconversiune a glutationului constituie
mecanismul său de acţiune prin care cedează şi acceptă H+,
intrând în categoria transportorilor de hidrogen
formei oxidate a glutationului se face în prezenţa
enzimei glutation reductază (NADPH-dependentă) astfel:
 Reducerea
 G-S-S-G
+ NADPH + H+ 2GSH + NADP+
Peptide naturale mai importante
 Alte
●
roluri ale glutationului:
transformarea methemoglobinei în hemoglobină
 ● inactivarea insulinei prin desfacerea legăturilor disulfurice
din structura acesteia
 ● participarea, alături de alţi compuşi, la neutralizarea unor
substanţe nocive endogene şi exogene
 ● în procesul de biosinteză a acidului ascorbic şi a
leucotrienelor
Peptide naturale mai importante

Alte roluri ale glutationului:

previne oxidarea grupărilor –SH din centrul activ al unor enzime
reacţionează cu peroxinitritul (ONOO -) formând un nitrozotiol
(GSNO) care se descompune regenerând NO∙


Dacă un ţesut este supus unui aflux mare de agenţi peroxidanţi
consumul de glutation creşte, o serie de enzime încep să se
inactiveze, inclusiv cele implicate în sinteza proteică, proces
important pentru viabilitatea celulelor. Se explică astfel obstinaţia
celulelor în păstrarea concentraţiei GSSG cât mai mică.
Peptide naturale mai importante

Hormonii hipofizei postrioare: oxitocina şi vasopresina (nonapeptide)

Oxitocina exercită acţiune contractilă asupra musculaturii netede
uterine, iar vasopresina participă şa homeostazia osmolarităţii şi
volumului fluidului extracelular.
Peptide naturale mai importante

Hormonii hipotalamici (factorii de inhibare sau de eliberare a
hormonilor hipofizari) sunt peptide mici, uneori cu structură
atipică (TRH este piroglutamil-histidil-prolinamida)

Parathormonul şi calcitonina sunt peptide ce participă la
reglarea metabolismului calciului

ACTH (corticotropina) este un peptid ce controlează
dezvoltarea cortexului glandelor suprarenale.
Peptide naturale mai importante
 Angiotensina
II este un peptid antihipertensiv
 Endorfinele şi encefalinele sunt peptide de mărimi
variabile, sintetizate în crecer cu roluri deosebite în
somn, memorie, învăţare, durere, comportament
 Peptidele
antibiotice sunt sintetizate de
microorganisme. Au o structura peptidică, uneori
ciclică şi pot conţine D-aminoacizi.
Exemple
este un băiat de 18 ani care a fost adus la şcoală de
mama lui pentru o durere severă în în flancul stâng, cu
iradiere în jurul spre partea stângă în zona pubiană
 AM
era colorată în roşcat-portocaliu, iar la examinarea
sedimentului urinar s-a evidenţiat prezenţa mai multor
globule roşii. După acidifiere cu acid acetic s-au observat
grămezi de cristale hexagonale transparente.
 Urina
Exemple
abdominală a evidenţiat calculi radioopaci în
ambii rinichi. Nu există un istoric familial pozitiv pentru
litiază renală.
 Radiografia
a eliminat o piatră cu localizare renală, cu liniştirea
durerii din flanc. Componenta majoră a fost cistina. În mod
normal, aminoacizii sunt filtraţi prin capilarele glomerulare
renale în tubii renali, dar aproape întreaga cantitate este
reabsorbită în sânge cu ajutorul proteinelor transportoare din
celulele tubulare proximale renale.
 Pacienta
Exemple
este o boală genetică ce se caracterizează printr-o
substituţie a aminoacizilor în proteina de transport care, în
mod normal, reabsoarbe cistina, arginina şi lizina din
lumenul renal în celulale tubulare renale
 Cistinuria
urina va conţine cantităţi crescute din aceşti
amoniacizi. Cistina, cel mai puţin solubil dintre aceştia,
precipită în urină sub formă de calculi.
 Astfel,
Structura secundara a proteinelor
legată de numele lui Pauling şi a colaboratorilor săi
care, începând din 1930 au realizat studii de cristalografie
cu raze X şi au măsurat unghiurile şi distanţele
interatomice din aminoacizii constituienţi
 Este

S-a stabilit că atomii Cα adoptă poziţii rigide faţă de
planul dublei legături şi că în peptidele naturale se
întâlneşte numai configuraţia trans mai stabilă decât cis.
Structura secundara a proteinelor
Configuraţia trans a unei legături peptidice
Structura secundara a proteinelor
 Flexibilitatea
lanţului polipeptidic se păstrează prin
rotaţia liberă în jurul legăturilor:
Structura secundara a proteinelor
secundară a proteinelor se datorează în
exclusivitate legăturilor de hidrogen care se stabilesc între
grupările –CO- aparţinând unei legături peptidice şi –NH- de
la alta
 Structura
 Conjugarea
p-π accentuează această proprietate
lanţ peptidic, în solutie, ar putea adopta o infinitate de
conformatii prin rotatii in jurul legăturilor ―CH(R1)― N şi
―CH(R2)―CO. Unele din aceste conformatii vor fi mai
stabile dacă permit realizarea de punţi de hidrogen între
gruparile peptidice.
 Un
Structura secundara a proteinelor



Plecând de la principiul că aranjamentul cel mai stabil este
acela în are se realizează el mai mare număr de punţi de
hidrogen, Pauling si Corey (1951) au postulat 2 structuri
secundare pentru lanţurile peptidice: α-helixul şi
conformaţia β în foi pliate
O structură helicoidală diferită de cea descrisă de Pauling este
întâlnită la colagen, proteina majoră a matricei extracelulare cu
o compozitie particulară în aminoacizi.
Structura secundara a proteinelor



α - HELIXUL
Legăturile de hidrogen. Lanţul polipeptidic se răsuceşte la
nivelul legăturilor simple pentru ca grupările O=C şi NH să
devină adiacente stereochimic pentru a forma punţi de H. Se
obţine astfel o structură repetitivă helicoidală în care toate
unităţile se află în raporturi spaţiale identice cu unităţile vecine
O grupare NH formează o punte de hidrogen cu gruparea CO
aparţinând celui de-al 4 lea rest aminoacidic din secvenţa
liniară. În acest fel, toate gruparile CO şi NH sunt unite prin
punţi de hidrogen.
Structura secundara a proteinelor
Legătura de hidrogen
este o interacţiune slabă
necovalentă
între
hidrogenul unei molecule
şi
atomul
mai
electronegativ al unei
molecule acceptoare.
Structura secundara a proteinelor

Stabilitatea α-helixului este dată de numărul mare al
legăturilor de hidrogen realizate intralanţ

Acestea se extind ascendent între două spire consecutive
ale helixului, paralel cu axa lui longitudinală

Datorită acestei particularităţi structurale, toate legăturile
peptidice din lanţul polipeptidic (cu excepţia primei şi a
ultimei) participă la formarea legăturilor de hidrogen
intralanţ

Considerate individual, legăturile de hidrogen sunt slabe,
dar considerate global, conferă stabilitate helixului.
Structura secundara a proteinelor

Numărul de aminoacizi per spiră

Fiecare spiră a unui α-helix conţine un număr mediu de 3,6
aminoacizi. Resturile de aminoacizi separate de 3 sau 4 aminoacizi
în cadrul secvenţei primare, ajung în stare de proximitate spaţială
după plierea în structura α-helixului

Stereochimia grupării peptidice, unghiurile de legătura, distanţele
interatomice, coliniaritatea punţilor de hidrogen, apartenenţa
aminoacizilor helixului seriei optice (seria L) determină o anumită
geometrie a α-elicei:
Structura secundara a proteinelor







- cu fiecare rest aminoacidic se avansează pe
verticală cu 1,47 Å;
- pasul elicei, distanta între două puncte echivalente pe verticală
este de 5,21Å şi cuprinde 3,6 resturi aminoacidice ;
- diametrul elicei, diametrul suprafeţei cilindrice în care se află
atomii Cα este de 10,1 Å;
- sensul răsucirii lanţului polipeptidic este de la stânga la dreapta
(helix spre dreapta);
- radicalii R ai tuturor aminoacizilor sunt orientaţi spre exteriorul
elicei, configuratia atomilor Cα
este aceeaşi pentru toţi
aminoacizii;
- toate gruparile NH şi C=O formează punţi de hidrogen.
Structura secundara a proteinelor

Aminoacizii care destabilizează α-helixul

Lungimea şi repartizarea segmentelor de α- helix în
cuprinsul moleculei este diferită de la o proteină la alta,
în funcţie de distribuţia factorilor stabilizatori şi
destabilizatori ai elicei în structura primară

Structura secundară se referă la forma şi la lungimea
lanţurilor polipeptidice, proprietăţi induse de legăturile
de hidrogen.
Structura secundara a proteinelor


Cele mai întîlnite tipuri de structuri secundare sunt:
alpha helixul şi lanţurile beta

Helixul α se formează prin rotaţia unui lanţ polipeptidic în
jurul propriei axe

Alte helixuri cum ar fi helixul 310 şi helixul π sunt, din punct
de vedere energetic, favorabile formării legăturilor de
hidrogen, dar sunt rareori observate în proteinele naturale
exceptînd părţile terminale ale helixului α în timpul formării
scheletului proteic (de obicei centrul helixului).
Structura secundara a proteinelor
 Aminoacizii
care destabilizează α-helixul
 Aminoacizii
au un comportament diferit vis-a-vis de
posibilitatea formării structurii secundare
şi glicina sunt cunoscuți ca "helix breakers"
(spărgători de helix), deoarece afectează configurația
scheletului proteic; ambii aminoacizi au abilităţi
conformaţionale neobişnuite şi, de regulă, se găsesc în
colţurile scheletului proteic.
 Prolina

Structura secundara a proteinelor
 Aminoacizii
care preferă să adopte conformaţia helixului
proteic fac parte din aşa numita serie MALEK (codurile
formate din prima literă a aminoacizilor: metionină,
alanină, leucină, acid glutamic şi lizina);
 în
schimb, aminoacizii aromatici precum triptofanul,
tirozina şi fenilalanina, dar şi aminoacizii cu legare prin
carbonul beta (izoleucina, valina și treonina), adoptă
configurația β.
Structura secundara a proteinelor

Prolina destabilizează α-helixul deoarece gruparea
amino secundară a acesteia nu este compatibilă din
punct de vedere geometric cu spirala dextrogiră a αhelixului.

Ea crează o deformare a lanţului polipeptidic ce
perturbă structura helicoidală netedă a acestuia.
Resturile prolil, prin geometria lor particulară,
împiedică
răsucirea
helicodală
a
lanţurilor
polipeptidice. La nivelul unui rest de Pro, lanţul se
îndoaie cu un unghi de 130 grade.
Structura secundara a proteinelor



Prezenţa unui număr mare de aminoacizi ionizaţi
(glutamat, aspartat, histidină, lizină sau arginină) produce o
discontinuitate a α-helixului din cauza apariţiei legăturilor ionice
sau a forţelor de respingere electrostatică între aceşti aminoacizi
Aminoacizii care au catene laterale voluminoase precum
triptofanul sau aminoacizii cum ar fi valina sau izoleucina,
treonina, care se ramifică la nivelul Cβ ( primul carbon al
radicalului R, legat de carbonul α ) pot perturba formarea αhelixului dacă sunt prezenţi în număr crescut, şi dacă aceste R
ajung adiacente in elice.
Structura secundara a proteinelor

Resturile glicil, fără catenă laterală, conferă lanţurilor
polipeptidice flexibilitate şi adesea, la nivelul resturilor Gly,
structura secundară α este întreruptă, lanţul schimbându-şi uşor
direcţia

Serina, prin capacitatea de a forma punţi de hidrogen la nivelul
grupării alcoolice destabilizează elicea

Resturile de cisteină când formează punţi disulfurice leagă
covalent, rigid, porţiuni ale lanţului polipeptidic şi în vecinătatea
acestor regiuni răsucirea helicoidală nu mai poate avea loc.

Structura secundara a proteinelor
α- helicoidală a lanţurilor polipeptidice
postulată de Pauling si Corey a fost găsită, în
proporţie mai mare sau mai mică, în diverse proteine.
 Structura
Proteina
% helix α
Mioglobina
Insulina
Ovalbumina
Serumalbumina
Pepsina
Ribonucleaza
Chimotripsina
70
38
31
46
31
16
15
Structura secundara a proteinelor


Stuctura secundară α se întâlneşte în diverse proporţii
atât în proteinele fibrilare cât şi în cele globulare

O proteină fibrilară cu structură secundară α în
proporţie de aproximativ 100٪ este keratina, proteină
abundentă în păr, piele, unghii

Este alcatuită din lanţuri polipeptidice lungi cu
structură de α-helix, asociate câte două şi
superâncolăcite . Prin asocierea acestor dimeri se
realizează fibrile şi fibre rezistente
Structura secundara a proteinelor

În aceste fibrile, grupările R pot interacţiona prin valenţe
secundare în cele mai bune condiţii. În plus, structura
superhelicoidală este stabilizată şi prin punţi disulfurice
intercatenare, keratina avand un conţinut ridicat în cisteină

Mioglobulina şi hemoglobina au un procent mare (70٪) de
structură secundară α . În aceste cazuri, segmentele de α- helix
sunt scurte, ele fiind întrerupte de porţiuni nehelicoidale. La
nivelul acestora din urmă, lanţul polipeptidic işi schimbă direcţia
sub diverse unghiuri, permiţând realizarea unei structuri compacte.
.

Structura secundara a proteinelor

O altă structură secundară a lanţurilor polipeptidice în care se
realizează potenţialul maxim de legare prin punţi de hidrogen a
grupărilor C=O şi NH ale legăturii peptidice este structura β sau
structura în foaie pliată

În acest caz punţile de hidrogen sunt intercatenare, lanţurile
polipeptidice se aşează în foi. Cea mai stabilă interacţiune se
obţine dacă lanţurile evoluează unul de la capatul N–terminal spre
cel C-terminal şi celălalt în sens invers.
Structura secundara a proteinelor
Spre deosebire de α-helixuri, foile β sunt
alcătuite din două sau mai multe lanţuri
peptidice (lanţurile β) sau din segmente de
lanţuri polipeptidice, care sunt aproape
complet întinse
Legăturile
de
hidrogen
sunt
perpendiculare pe scheletul polipeptidic.
Datorită rigidităţii legăturii peptidice şi
coplanarităţii grupului
― CH ― NH ― CO ― CH ―
se realizează structuri asemănătoare unei
foi plisate. Radicalii R mari sunt orientaţi
alternativ, de o parte şi de alta.
Structura secundara a proteinelor



Foile paralele şi antiparalele
Aranjamentul β poate fi alcătuit din două sau mai multe
lanţuri polipeptidice separate sau din segmente de lanţuri
polipeptidice orientate paralel (lanţurile se desfăşoară în
aceeaşi direcţie) sau antiparalel (lanţurile se desfăşoară în
direcţii opuse)
Legăturile de hidrogen formate între scheletele axiale ale
celor două lanţuri polipeptidice sunt denumite intercatenare.
Aranjamentul β poate fi constiruit şi dintr-un singur lanţ
polipeptidic retropliat, legăturile de hidrogen fiind
intracatenare în acest caz.
Structura secundara a proteinelor

Structura secundară β în foaie pliată este întâlnită în proporţie de
aproape 100 ٪în proteina din mătase, fibroina

Lanţurile polipeptidice antiparalele sunt întinse şi asociate prin
legături de hidrogen, dând naştere unei foi pliate. Aceste foi se
aşează în straturi, iar între straturi se stabilesc numeroase legături
între grupările R, care proemină de o parte şi de alta a fiecării foi

Datorită unei structuri primare speciale cu multe resturi Gly şi Ala
alternante, distanţele dintre foi sunt mici (3,5Å si 5,7Å alternativ).
Această structură conferă fibroinei rezistenţă la întindere şi
flexibilitate.
Structura secundara a proteinelor
β sunt motive structurale întâlnite
frecvent în proteinele globulare. Cel mai simplu
element din structura β constă dintr-un lanţ
polipeptidic îndoit care realizează două segmente
antiparalele, denumit β-turn :
 Structurile
Structura secundara a proteinelor
cazul proteinelor globulare, foile β prezintă întotdeauna o
torsiune sau o răsucire dextrogiră faţă de scheletul
polipeptidic cu 180º, contribuind la apariţia formei globulare
 În
buclei este stabilizată prin formarea unei legături
de hidrogen între primul şi al treilea aminoacid
 Structura
 Secvenţa
aminoacizilor care formează acest tip de structură
cuprinde de obicei resturi de glicină şi prolină.
Structura secundara a proteinelor





Glicina, datorită volumului său mic, este cel mai uşor
adaptabilă la modificările sterice
Prolina, care are atomul de azot peptidic prins în structura sa
ciclică, favorizează modificarea direcţiei axului catenei
polipeptidice
Frecvent, foile β răsucite constituie nucleul structural al
proteinelor globulare
Mai multe catene polipeptidice, de regulă 6 dar şi mai multe
pot adopta structura β cu foi pliate
Domeniile structurale ale imunoglobulinelor ş ale proteinelor
din aceeaşi superfamilie cuprind un motiv structural major β.
Structura secundara a proteinelor

Structurile secundare nerepetitive

Aproximativ jumătate din masa unei proteine globulare
este organizată sub formă de structuri repetitive, de tip
α-helix şi/sau foi pliate β
Restul lanţului polipeptidic prezintă o conformaţie
curbată sau spiralată
Aceste structuri secundare nerepetitive nu sunt deloc
întâmplătoare, ci doar prezintă o conformaţie mai puţin
regulată comparativ cu structurile descrise anterior.


Structurile suprasecundare
globulare sunt combinaţii de elemente structurale
secundare ( α-helixuri, foi β, secvenţe nerepetitive) care
formează în principal regiunea centrală sau interiorul
moleculei
 Proteinele
 Aceste
structuri sunt interconectate prin porţiuni curbate (de
exemplu, lanţurile β) la suprafaţa proteinelor
 Structurile
suprasecundare apar prin compactarea catenelor
laterale ale elementelor structurale secundare adiacente.
Proteinele care se leagă de ADN conţin unul sau mai multe
tipuri bine definite de mozaicuri
Structurile suprasecundare
 Mozaicul
în deget de zinc este frecvent întâlnit în
structura proteinelor care au rol de factori de
transcripţie
 În proteinele „zinc finger” aminoacizii (cel mai
frecvent cisteina şi histidina) se dispun în deget de
mânuşă la baza cărora se fixează un ion de zinc
Structurile suprasecundare
helix-buclă-helix prezintă un domeniu de
fixare la ADN ce conţine un motiv structural format din
două α-helixuri separate printr-o buclă scurtă
 Proteinele
 Acest
model structural este întâlnit la factorii de
transcriere care stimulează sinteza de imunoglobuline.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE

Structura terţiară a proteinelor reprezintă un nivel superior de
organizare ce înglobează structura secundară şi care se referă
la modul în care sunt asamblate α-helixul şi foaia pliată β

Structura primară a unui lanţ polipeptidic determină structura
terţiară a acestuia

Adjectivul „terţiar” se referă atât la plierea domeniilor
(unităţile structurale şi funcţionale de bază) cât şi la
aranjamentul final al domeniilor în structura unui polipeptid.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
dintre radicalii R distanţaţi în secvenţa liniară
determină o anumită conformaţie a lanţului polipeptidic
 Interacţiunile
tridimensională a unei proteine native în mediul
său fiziologic este accea pentru care energia liberă a
sistemului este minimă
 Structura
soluţie apoasă, structura proteinelor globulare este
compactă, cu o densitate mare de atomi în centrul moleculei.
 În
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE

Catenele laterale hidrofobe sunt dispuse în interiorul
moleculei, în timp ce grupările hidrofile sunt dispuse în
general, pe suprafaţa moleculei

Interacţiunile necovalente sunt factori decisivi ai
structurii terţiare

Indiferent de structura secundară (α sau β) căreia îi
aparţin resturile R din structuira lanţului polipeptidic,
aceştia, prin interacţiunile pe care le stabilesc, participă
la edificarea structurii terţiare
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Structura
terţiară a proteinelor globulare este
stabilizată prin următoarele patru tipuri de
interacţiuni:
a.legătura
peptidică;
b.legătura ionică;
c.punţi de hidrogen;
d. interacţiuni
hidrofobe;
e.punţi disulfidice
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE

Legăturile disulfidice sunt legături de tip covalent
între grupările sulfhidril (-SH) ale resturilor de cisteină
cu formarea unui rest de cistină

Cele două molecule de cisteină pot fi separate prin mai
mulţi aminoacizi din structura primră a polipeptidului
sau pot fi localizate pe cele două lanţuri polipeptidice
diferite

Plierea lanţurilor polipeptidice apropie resturile de
cisteină şi facilitează formarea unei legături covalente
între catenele laterale ale ale acestora.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Legăturile
disulfidice
conferă stabilitate structurii
tridimensioanale a
moleculei proteice
prevenind denaturarea
acesteia în mediul
extracelular
 Imunoglobulinele
secretate
de celulele sangvine sunt
proteine care conţin un
număr crescut de legături
disulfidice.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE



Interacţiunile hidrofobe
Aminoacizii cu catene laterale nepolare tind să se localizeze în
interiorul moleculei polipeptidice, unde se asociază cu alţi
aminoacizi hidrofobi
În schimb, aminoacizii care conţin catene laterale polare sau
ionizate tind să se localizeze la suprafaţa moleculei, în contact cu
solventul polar.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Legăturile
de hidrogen
laterale ale aminoacizilor care conţin legături
oxigen-hidrogen sau azot-hidrogen, cum ar fi radicalii alcool
ai serinei şi ai treoninei, pot forma legături de hidrogen cu
atomii bogaţi în electroni- atomul de oxigen al grupării
carboxil sau carbonil din componenţa unei legături peptidice
 Catenele
legăturilor de hidrogen între radicalii polari de pe
suprafaţa proteinelor şi solventul apos determină creşterea
solubilităţii proteinelor.
 Formarea
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Interacţiunile
ionice
încărcaţi negativ cum ar fi
gruparea carboxil din catena laterală a
aspartatului sau a glutamatului, pot
interacţiona cu radicalii încărcaţi
pozitiv, cum ar fi gruparea amino din
catena laterală a lizinei.
 Radicalii
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Plierea
proteinelor
 Interacţiunile
dintre catenele laterale ale aminoacizilor
influenţează modul de pliere a lanţului polipeptidic în
forma tridimensională specifică proteinei funcţionale
proteinelor, care se desfăşoară în decurs de
secunde sau minute în interiorul celulelor se realizează
prin atragerea sau respingerea catenelor laterale ale
aminoacizilor în funcţie de proprietăţile chimice ale
acestora
 Plierea
STRUCTURA TERŢIARĂ A
PROTEINELOR GLOBULARE
 Radicalii
încărcaţi pozitiv vor fi atraşi de cei încărcaţi
negativ, catenele încărcate cu acelaşi tip de ionizare se
resping
 Procesul
de pliere depinde şi de legăturile de hidrogen,
interacţiunile hidrofobe şi legăturile disulfidice
O
proteină pliată corect prezintă în- cărcătură electrică
redusă, fenomenele de atracţie fiind predominante.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Rolul
chaperonelor în plierea proteinelor
 Prin convenţie, se acceptă că informaţia necesară unei plieri
corecte se găseşte în structura primară a polipeptidelor. Este
dificil de explicat faptul că proteinele denaturate nu revin
automat la conformaţia nativă în condiţii de mediu adecvate
nu are loc la finalul sintezei unui lanţ proteic, ci
etapizat. Acest fenomen limitează configuraţiile alternative
de pliere a lanţurilor peptidice mari. În plus, o clasă specială
de proteine, denumite „chaperone” are rolul de a asigura
plierea corectă a multor alte clase de proteine
 Plierea
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Configurarea
spaţială
a proteinelor este
controlată de proteine
chaperon, heat shock
proteins
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 „Chaperonele”
denumite şi proteine de „ şoc termic” ( heat
shock proteins) a căror sinteză este crescută când
temperatura creşte sau
alte stări de stress celular (variaţii de pH sau osmolaritate)
sau proteine însoţitoare interacţionează cu polipeptidele în
diverse etape ale procesului de pliere
 în
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Unele
dintre chaperone au rolul
a stabiliza configuraţia nepliată a proteinelor până la
finalizarea sintezei acesteia sau
 de
 pot
avea rol de catalizator prin accelerarea etapelor finale ale
procesului de pliere
chaperone protejează proteinele în cursul plierii,
prevenind blocarea regiunilor vulnerabile ale acestora în
legături neproductive.
 Alte
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
mod curent, se utilizează denumirea prescurtată Hsp
la care se adaugă o cifră corespunzătoare masei
moleculare exprimată în kDa (exemplu Hsp- 70)
 În
altă categorie de proteine de stress este reprezentată
de „glucose-regulated proteins” (GRP) a căror sinteză
creşte în condiţiile privării de glucoză sau aminoacizi a
celulei
O
STRUCTURA TERŢIARĂ A
PROTEINELOR GLOBULARE
exemplu de chaperonă care intervine în
definitivarea structurii unei proteine celulare este
GRP 70= BIP (binding immunoglobulin protein)
 Un

Lanţurile H şi L ale imunoglobulinelor sunt
sintetizate şi apoi fixate de BIP şi în lumenul
reticulului endoplasmic sunt asamblate cu ajutorul
BIP sub formă oligomerică H2L2.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR GLOBULARE
proteice sunt unităţi funcţionale şi structurale
tridimensionale fundamentale ale polipeptidelor
 Domeniile
 Lanţurile
polipeptidice cu un număr mai mare de 200
aminoacizi conţin două sau mai multe domenii
unui domeniu este alcătuit din combinaţii de
elemente structurale suprasecundare (mozaicuri)
 Centrul
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
lanţului polipeptidic la nivelul unui
domeniu se desfăşoară independent de plierea care
are loc la nivelul altor domenii
 Plierea
 Fiecare
domeniu are caracteristicile unei proteine
globulare mici, compacte, care din punct de vedere
structural este independentă de restul domeniilor
unui lanţ polipeptidic.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Denaturarea
proteinelor
un proces care determină deplierea şi dezorganizarea
structurilor secundară şi terţiară ale acestora, procese care nu
se însoţesc de hidroliza legăturilor peptidice
 Este
de agenţi denaturanţi sunt: căldura, solvenţii
organici, acizii şi bazele tari, detergenţii şi ionii metalelor
grele, cum ar plumbul şi mercurul
 Exemple
STRUCTURA TERŢIARĂ A
PROTEINELOR GLOBULARE
 Denaturarea
proteinelor
 Denaturarea poate fi reversibilă (în condiţii ideale)
situaţie în care proteina se repliază pentru a ajunge
în forma sa nativă, biologic activă, după
îndepărtarea agentului denaturant
 Cu toate acestea, majoritatea proteinelor, odată
denaturate, rămân definitiv depliate. Proteinele
denaturate sunt frecvent insolubile, precipitând în
soluţie.
STRUCTURA TERŢIARĂ A PROTEINELOR
GLOBULARE
 Solubilitatea
proteinelor
globulare sunt solubile în apă, iar cele fibrilare nu
sunt. Soluţiile unor săruri ale metalelor uşoare influenţează
solubilitatea proteinelor (NaCl, Na2SO4, MgCl2,
(NH4)2SO4
 Proteinele
 Soluţiile
saline diluate enumerate anterior sunt favorabile
dizolvării globulinelor. La concentraţii mari ale sărurilor din
soluţie poate avea loc precipitarea globulinelor
STRUCTURA TERŢIARĂ A
PROTEINELOR GLOBULARE
 Solubilitatea
proteinelor
 Un exemplu clasic şi utilizat în laboratoarele
clinice este cel al salifierii (reacţia cu sulfat de
amoniu) albuminelor şi globulinelor
precipită când soluţia este semiaturată
cu sulfat de amoniu, iar albuminele când soluţia
este aproape saturată.
 Globulinele
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR
 Reprezintă
nivelul cel mai înalt de organizare structurală şi
apare la proteinele alcătuite din mai multe lanţuri
polipeptidice, de regulă un număr mic şi par. Se formează o
unitate de sine stătătoare numită proteină oligomeră, cu o
structură spaţială bine definită
 Subunităţile
(lanţurile polipeptidice individuale) sunt
denumite protomeri şi sunt asamblate prin legături slabe,
necovalente de tip van der Waals, legături de hidrogen,
interacţiuni hidrofobe şi în mai mică măsură prin legături
ionice.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR
pot fi identici sau diferiţi, fiecare având propria
structură primară, secundară, terţiară. Protomerii separaţi nu
au funcţiile specifice ale proteinei oligomere din care fac
parte. Asocierea subunităţilor este o trăsătură comună pentru
organizarea macromoleculară în biologie
 Protomerii
cuaternară se referă la modul în care se unesc
subunităţile proteice. Enzimele care catalizează asamblarea
acestor subunităţi poartă denumirea de holoenzime, în care o
parte poartă denumirea de subunităţi reglatoare şi
subunităţi catalitice.
 Structura
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR
 Vedere
3 D a hemoglobinei. Cele 4
subunităţi: roşu şi galben, iar unitatea
hemică: verde
 Numele
de hemoglobină provine de la hem şi
globină, denumire ce denotă faptul că
hemoglobina are la bază proteine globulare
cuplate cu o grupare hem
.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR
 Subunităţile
pot
funcţiona
independent sau pot coopera ca în
cazul hemoglobinei când ataşarea
unui atom de oxigen la una dintre
subunităţile tetramerului induce
creşterea afinităţii pentru oxigen a
celorlate subunităţi
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR
 Proteine
care au structură cuaternară sunt: hemoglobina,
ADN polimeraza, canalele ionice, dar şi nucleosomii şi
nanotubulii, care sunt complexe multiproteice
 Fragmentele
proteice pot suferi transformări în structura
cuaternară care se reflectă fie în structurile individuale fie în
reorientările subunităţilor proteice

Numărul subunităţilor din proteinele oligomere sunt
denumite prin adăugarea sufix-ului -mer (grecescul pentru
subunitate), precedat de numele subunităţii.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR

Multe enzime intracelulare sunt oligomeri şi pot hetero-sau homomultimerice
(tubulina este un dimer, hemoglobina este un tetramer)
Proteina
Numărul de subunităţi
Alcool dehidrogenaza
2
Imunoglobulina
4
Superoxid dismutaza
2
Triozofosfat izomeraza
2
Glicogen fosforilaza
2
Fosfataza alcalină
2
Glutation reductaza
2
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR
Proteine oligomere
Proteina
Numărul de subunităţi
Lactat dehidrogenaza
4
Piruvat kinaza
4
Hemoglobina
2+2
Insulina
6
Ceruloplasmina
8
Glutamin sintetaza
12
Apoferitina
24
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR

Asocierea subunităţilor în structura cuaternară a
proteinelor oligomere prezintă o serie de avantaje
structurale şi funcţionale:

1. Economisirea materialului genetic şi eficienţa se referă
la cantitatea de ADN care este utilizată pentru codificarea
unei subunităţi constituente evident mai mică pentru o
unitate decât pentru „ n” subunităţi necesară pentru o
proteină
homomultimerică.
Informaţia
genetică
referitoare la legarea subunităţilor se află încsrisă tot în
materialul genetic ce codifică monomerul.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR



2. Stabilitatea
Organizarea proteinelor în structura cuaternară
prin asocierea subunităţilor unui oligomer este
favorabilă
reducerii
raportului
suprafaţa
proteinei/volum
Interacţiunea suprafeţei unei proteine cu apa este
deseori nefavorabilă energetic, ceea ce înseamnă
că scăderea raportului suprafaţă proteină/volum
este situaţia în care o proteină este mai stabilă.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR

3. Formarea situsului activ pentru unele
enzime

Unele enzime sunt proteine oligomere şi devin
mai active numai atunci când subunităţile
oligomerului se asociază

Monomerii individuali sunt inactivi

De exemplu triptofan sintaza este un tetramer
de forma α2β2.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR

In vitro, s-a demonstrat cu enzimă purificată că subunitatea α
catalizează reacţia:
 Indol

glicerol fosfat  indol + gliceraldehid 3fosfat
Subunitatea β catalizează reacţia:
 indol

+ serină  triptofan
Produsul reacţiei catalizate de subunitatea α, devine reactant
pentru subunitatea β, deci cele două subunităţi nu pot fi
biologic active dacă nu sunt asociate în oligomer.
STRUCTURA CUATERNARĂ
A PROTEINELOR


4. Cooperativitatea
Prin
intermediul
structurii
cuaternare
funcţionează mecanisme fine de reglare a
activităţii proteinelor.
Erori de pliere a moleculelor

Plierea moleculelor proteice constituie un proces complex
bine controlat, dar supus erorilor care poate genera molecule
proteice pliate incorect

De obicei, proteinele cu erori de pliere sunt reperate şi
distruse în interiorul celulei

Totuşi, acest sistem de control calitativ nu este perfect,
proteinele cu defecte de pliere acumulându-se intracelular
sau extracelular odată cu înaintarea în vârstă

Depozitele de proteine cu defecte de pliere se asociază unui
număr important de afecţiuni, din care fac parte amiloidozele
Erori de pliere a moleculelor
 Erorile
de pliere pot fi generate spontan sau pot fi
rezultatul unei mutaţii la nivelul unei gene, mutaţie
capabilă să conducă la sinteza unei proteine
aberante
urma unei clivări proteolitice anormale, anumite
proteine aparent normale dobândesc o conformaţie
unică, urmată de apariţia unor structuri fibrilare
lungi asamblate sub formă de foi pliate β
 În
Erori de pliere a moleculelor
 Acumularea
acestor agregate spontane de proteine, denumite
amiloizi, este implicată în multe afecţiuni degenerative,
boala neurodegenerativă Alzheimer.
principală a plăcii amiloidice care se
acumulează în maladia Alzheimer este reprezentată de
amiloidul β (Aβ), un peptid alcătuit din 40-42 resturi de
aminoacizi
 Componenta
Erori de pliere a moleculelor
cu raze X şi spectroscopia în infraroşu
certifică prezenţa unei conformaţii caracteristice de foi
pliate β în fibrile neramificate
 Cristalografia

Amiloidul este neurotoxic şi reprezinta evenimentul
patogenic central care produce deficienţa cognitivă
caracteristică maladiei Alzheimer
Erori de pliere a moleculelor
 Peptidele Aβ
se agregă, generând amiloidul din
parenchimul cerebral şi din jurul vaselor sangvine
Erori de pliere a moleculelor
 Un
alt factor biologic implicat în patogenia
maladiei Alzheimer constă în acumularea de
complexe neurofibrilare în ţesutul cerebral
 Una
dintre componentele principale ale
complexelor fibrilare este o formă aberantă a
proteinei τ (tau)
Erori de pliere a moleculelor
normală a acestei proteine intervine în asamblarea
structurilor microtubulare, fiind aparent blocată proteina τ
aberantă
 Varianta
 Ghemurile
neurofibrilare patologice din interiorul neuronilor
sunt constituite din agregate de proteină "tau", datorită unui
proces de hiperfosforilare
Erori de pliere a moleculelor
este o peptidă ce rezultă dintr-o proteină precursoare,
Amyloid-Precursor-Protein (APP), inserată pe membrana celulară
Beta-amiloidul
Erori de pliere a moleculelor
în formă oligomerică insolubilă,
este citotoxic şi alterează homeostazia ionilor de
calciu, inducând astfel procesul de apoptoză
(moarte celulară programată)
 Beta-amiloidul,
 Acest
peptid depozitat anormal în structurile
cerebrale este un derivat format prin clivarea
proteolitică a unui precursor amiloidic mai mare ,
o proteină transmembranară unică exprimată la
suprafaţa celulelor cerebrale şi din alte ţesuturi.
Erori de pliere a moleculelor
Bolile prionice
de prioni provine de la „particula
proteică infecţioasă” considerată a fi agentul
infecţios în encefalopatiile transmisibile (TSE), de
exemplu boala Creutzfeldt-Jakob, encefalopatia
„scrapie” la ovine şi encefalopatia spongiformă a
bovinelor
 Denumirea
TSE sunt invarabil letale şi nu există
tratament capabil să modifice evoluţia acestora
 Această proteină are o structură cu numeroase
regiuni de tip α-helix şi este susceptibilă a fi
degradată de proteinaza K
 Toate
Bolile prionice
normal poate fi convertit in vitro fără
modificări de legături covalente, la o formă ce
conţine numeroase porţiuni pliate de tip β şi care
este rezistentă faţă de proteinaza K
 Prionul
dintre încălcările dogmei centrale a geneticii o
reprezintă, fără îndoială, modul de viață al
particulelor infecţioase proteice, numite, generic,
prioni (proteinaceous infectious particles).
 Una
Bolile prionice
 Aşa
cum virusurile pot pătrunde în organismul
gazdă, unde se multiplică şi determină alterarea
acestuia, tot la fel şi aceste particule infectează
organismele superioare
 Diferenţa
majoră însă o constituie faptul că prionii
nu au niciun fel de material genetic convențional
(ADN sau ARN). Se presupune că informaţia lor
genetică este stocată în structura terţiară a
proteinei.
Bolile prionice
infecţioasă denumită proteina prionică
(PrP) este rezistentă la degradarea proteolitică, iar
în forma infecţioasă tinde să formeze agregate
fibrilare insolubile, similare acumulării de amiloid
din alte afecţiuni cerebrale
 Proteina
neinfecţioasă a PrP care are aceeaşi
secvenţă de aminoacizi şi aceleaşi secvenţe genice
ca şi forma infecţioasă este prezentă în mod
normal în ţesutul cerebral al mamiferelor, pe
suprafaţa neuronilor şi a celulelor gliale. PrP
reprezintă o proteină parazit.
 Forma
Bolile prionice
forma infecţioasă şi neinfecţioasă a PrP nu
au fost identificate diferenţe ale structurii primare
şi nici modificări posttranslaţionale
 PrP devine infecţioasă în urma modificării
conformaţiei sale tridimensionale
 Mai multe α-helixuri din componenţa formei
neinfecţioase a PrP sunt substituite prin foi β în
forma
infecţioasă,
această
particularitate
conformaţională asigurând rezistenţă relativă la
degradarea proteolitică a prionilor infecţioşi
 Agentul infecţios reprezintă o variantă aberantă a
unei proteine normale
 Între
Bolile prionice
Multiplicarea prionilor în organismul gazdă.
Proteina prionică acţionează ca o matriţă
după care proteina iniţială este
reîmpachetată, printr-un proces facilitat de
o altă moleculă proteică.
Bolile prionice
ceea ce priveşte multiplicarea prionilor în
organismul gazdă, există multiple teorii, dintre
care cea mai acceptată este aceea a transformării
prin contact
 În
mod obişnuit, în creierul mamiferelor, există
proteina PrPc. Aceasta este o proteină membranară
implicată în interacţiunea cu ioni metalici (Cu2+),
în susţinerea activităţii sinaptice, în asigurarea
neuroprotecţiei prin interacţiunea cu alte proteine
membranare.
 În
Bolile prionice
s-a constatat că şobolanii care nu
prezintă această proteină în creier nu par să
prezinte modificări patologice, însă nu manifestă şi
nu transmit nicio boală prionică, în ciuda inoculării
 Experimental,
urma infecţiei cu proteina prionică (PrPsc),
proteina iniţială este alterată şi transformată în
proteină prionică, aceasta având, la rândul său,
capacitatea de a transforma altă proteină.
 În
Nivele superioare de organizare
structurală
întâlnesc la enzime care se asociază alcătuind
ansamble multimoleculare sau multienzimatice
 Se
 Complexul
multienzimatic
al
piruvat
dehidrogenazei
(PDH),
care
produce
decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic
 Cuprinde 3 enzime:
 Piruvat-dehidrogenaza
 Lipoatacetiltransferaza
 dihidrolipoildehidrogenaza
Rezumat
 1.
Pentru a descifra structura proteinelor este
necesară înţelegerea conceptului de conformaţie
nativă care reprezintă structura complet pliată şi
funcţională a unei proteine (enzimă activă sau o
proteină structurală)
Structura tridimensională unică a conformaţiei
native este determinată de structura primară a
proteinei respective.
 2.
Structura proteinelor
Interacţiunile dintre catenele laterale ale
aminoacizilor direcţionează plierea lanţului
polipeptidic pentru a genera structurile secundară,
terţiară şi cuaternară care conlucrează la
stabilizarea conformaţiei native a unei proteine
 3.
În plus, o clasă specială de proteine denumite
„chaperone”, intervine în plierea corectă a multor
tipuri de proteine.
 4.
Structura proteinelor
Denaturarea proteinelor determină deplierea şi
dezorganizarea structurilor proteice, dar nu
produce
hidroliza
legăturilor
peptidice.
Denaturarea poate fi reversibilă sau, mult mai
frecvent, ireversibilă
 4.
Disfuncţiile apar atunci o proteină aparent
normală capătă o formă citotoxică, aşa cum se
întâmplă în maladia Alzheimer şi în encefalopatiile
spongiform transmisibile (TSE), inclusiv boala
Creutzfeldt-Jakob
 5.
Structura proteinelor
 6.
În maladia Alzheimer, proteinele normale, după
o procesare chimică aberantă, dobândesc o
conformaţie unică ce permite constituirea unor
agregate proteice neurotoxice, alcătuite din foi
pliate β
TSE, agentul infecţios este reprezentat de
varianta aberantă a unei proteine prionice normale,
care acţionează asemeni unui „tipar” în sensul
convertirii moleculelor de proteină normală în
forma infecţioasă patogenă.
 În
Proteine înrudite ce evidenţiază
relaţia structură-funcţie
HEMOPROTEINE
Proteine înrudite ce evidenţiază relaţia
structură-funcţie
Proteine globulare
Proteine înrudite ce evidenţiază corelaţia
structură-funcţie
 Hemoproteinele globulare constituie o clasă de
proteine specializate care conţin hem- o grupare
prostetică stabilă. Din această categorie fac parte:
 Mioglobina şi hemoglobina, proteine implicate
în transportul şi depozitarea oxigenului;
 Citocromii, proteine transportoare de electroni,
componenţi ai lanţului respirator mitocondrial şi
din reticulul endoplasmic
 Unele oxidaze şi peroxidaze
Proteine globulare
grupării hem este condiţionat de mediul pe
care îl generează structura tridimensională a
proteinei
 De exemplu, gruparea hem din structura unui
citocrom funcţionează ca un transportor de
electroni, care poate fi oxidat şi redus
 În schimb, hemul din catalaze este o componentă a
porţiunii active a enzimei şi participă la
descompunerea apei oxigenate
 În structura hemoglobinei şi a mioglobinei, două
din cele mai frecvente hemoproteine întâlnite în
organismul uman, hemul are rolul de a lega
reversibil atomii de oxigen.
 Rolul
Structura şi funcţia Hb, Mb
Structura şi functia Hb


Hemul reprezintă un complex biochimic constituit din protoporfina IX şi
un ion de fier divalent (Fe 2+)
Atomul de fier este menţinut în centrul moleculei hem prin intermediul
unor legături cu toţi cei patru atomi de azot ai inelului porfirinic
In ce compusi gasim gruparea Hem?
Structura, functia si metabolismul Hb
lângă aceste patru legături fierul hemului poate
forma două legături suplimentare de fiecare parte a
inelului porfirinic care este un plan
 Pe
structura mioglobinei şi a hemoglobinei una
dintre aceste legături suplimentare se realizează cu
catena laterală a unui rest de histidină din
componenţa globinei, iar cealaltă legătură se face
cu oxigenul.
 În
Structura, functia si metabolismul Hb
histidina distală (E7)
nu interacţionează direct
cu gruparea hem,
dar contribuie direct
la stabilizarea legăturii
oxigenului cu Fe2+.
histidina proximală (F8)
se leagă direct
de atomul de fier al hemului.
Structura şi functia Hb
Structura şi functia Hb
Structura şi functia Hb
 Protoporfirina
IX are
următorii substituienţi:
 1,
3, 5, 8: grupări
metil (M), -CH3
 2, 4: grupări vinil (V),
-CH=CH2
 6, 7: grupări propionil
(P), -CH2-CH2COOH (P)
Structura şi functia Hb
se găseşte numai în hematii şi are
rolul de a transporta oxigenul la nivel pulmonar în
capilarele tisulare
 Hemoglobina
 Hemoglobina
A, tipul dominant al adultului, este
constituită din patru lanţuri polipeptidice, două
lanţuri α şi două β, unite prin legături necovalente

Fiecare subunitate catenară conţine segmente αhelicale şi o unitate de legare a hemului similară
celei descrise în cazul mioglobinei.
Structura şi functia Hb
toate acestea, molecula tetramerică a
hemoglobinei este mult mai complexă decât
mioglobina
 Cu
poate transporta ionii H+ şi
moleculele de CO2 de la ţesuturi la plămâni şi
poate transporta patru molecule de oxigen de la
plămâni la nivel celular
 Hemoglobina
 Capacitatea
hemoglobinei de a lega oxigenul este
reglată de interacţiunea cu efectorii alosterici.
Structura şi functia Hb
 Obţinerea
oxigenului direct din atmosferă, prin
simplă difuziune este limitată

Sistemele circulatorii înlătură acest neajuns fiind
necesară prezenţa unor molecule cu rol trasnportor,
de exemplu hemoglobina, deoarece solubilitatea
oxigenului în soluţii apoase (precum sângele) este
destul de redusă.
Structura şi functia Hb


Structura cuaternară a hemoglobinei
Tetramerul hemoglobinic poate fi imaginat
ca o asociere a doi dimeri identici (αβ)1 şi
(αβ)2

Cele două lanţuri polipeptidice din
componenta fiecărui dimer stabilesc
legături puternice în principal prin
interacţiuni hidrofobe

Resturile de aminoacizi hidrofobi sunt
localizate nu numai în interiorul moleculei
ci şi în regiuni specifice de pe suprafaţa
fiecărei subunităţi.
Structura şi functia Hb
 Interacţiunile
intercatenare de tip hidrofob
constituie legături puternice între subunităţile α şi
β ale dimerilor
 Legăturile
ionice şi punţile de hidrogen se stabilesc
şi între componentele fiecărui dimer în parte. Cei
doi dimeri se pot mobiliza unul în raport cu celălalt
deoarece sunt uniti în principal prin legături
polare.
Structura şi functia Hb
 Legăturile
slabe dintre aceşti dimeri mobili permit
modificările poziţiei relative ale acestora în structura
deoxihemoglobinei comparativ cu oxihemoglobina
 Legarea
oxigenului la fierul hemului induce coborârea
Fe2+ în planul grupării hem
atomul de fier este legat şi de histidina
proximală (F8), se înregistrează o mişcare a lanţurilor
globinei care modifică interfaţa dintre dimerii αβ.
 Deoarece
Structura şi functia Hb
T. Deoxihemoglobina este denumită şi forma „T”
sau forma întinsă, „tensionată” a hemoglobinei.
 Forma
doi dimeri interacţionează prin intermediul unei reţele
de legături ionice şi punţi de hidrogen care reduc mobilitatea
lanţurilor polipeptidice.
 Cei
T reprezintă varianta de hemoglobină cu afinitate
redusă pentru oxigen.
 Forma
Structura şi functia Hb
R. Legarea oxigenului la hemoglobină
determină ruperea anumitor legături ionice şi punţi
de hidrogen dintre dimerii αβ
 Forma

Apare o structură denumită forma „R” sau
relaxată a hemoglobinei, în cadrul căreia lanţurile
polipeptidice au o libertate de mobilizare mai
mare. Forma R reprezintă varianta de hemoglobină
cu afinitate crescută pentru oxigen.
Structura şi functia Mb
se găseşte în muşchiul cardiac şi striat,
având rol de rezervor şi transportor de oxigen,
asigurând rata de difuziune a oxigenului în fibra
musculară
 Mioglobina
o hemoproteină formată dintr-o globină
specifică şi hem
 Este
Structura şi functia Mb
este un peptid cu un singur lanţ care
conţine 153 aminoacizi şi care este asemănător din
punct de vedere structural cu subunităţile
polipeptidice catenare din molecula hemoglobinei
 Globina

Această omologie biochimică permite utilizarea
mioglobinei ca model pentru interpretarea
anumitor proprietăţi complexe ale hemoglobinei
Structura şi funcţia Mb
 Componenta
α-helicală
este o moleculă compactă al cărei lanţ
polipeptidic este pliat în proporţie de 80%, în opt
segmente α-helicale, marcate prin litere, A- H
 Mioglobina
au la capătul terminal fie prolină, al cărei
inel pentaatomic nu poate fi integrat într-o
structură de tip α-helix, fie pliuri β şi spirale
stabilizate prin punţi de hidrogen şi legături ionice.
 Acestea
Structura şi funcţia Mb
 Localizarea
aminoacizilor polari şi nepolari
 Interiorul moleculei mioglobinice este alcătuit aproape în
exclusivitate din aminoacizi nepolari
 Aceştia
sunt asamblaţi compact şi constituie o structură
stabilizată prin interacţiunile hidrofobe dintre aceste resturi
compactate
polari sunt localizaţi aproape exclusiv la
suprafaţa moleculei, unde pot forma punţi de hidrogen atât
între ei cât şi cu moleculele de apă.
 Aminoacizii
Structura şi funcţia Mb
 Legarea
hemului
 Hemul mioglobinic este localizat într-o crevasă a
moleculei delimitată de aminoacizi nepolari, cu
excepţia a două resturi de histidină. Unul dintre
acestea este histidina proximală (F8) care se leagă
direct de atomul de fier al hemului
 Celălalt,
histidina distală (E7) nu interacţionează
direct cu gruparea hem, dar contribuie direct la
stabilizarea legăturii oxigenului cu Fe2+
Structura şi funcţia Mb
 Legarea
hemului
Componenta globinică sau proteică a
mioglobinei creează un mediu favorabil
hemului care permite legarea reversibilă a unei
molecule de oxigen, proces denumit oxigenare
Cedarea simultană de electroni de către Fe2+,
process denumit oxidare are loc foarte rar.
Legarea oxigenului la mioglobină şi
hemoglobină
poate lega o singură moleculă de oxigen
deoarece conţine o singură grupare hem
 Mioglobina
 Hemoglobina
poate lega patru molecule de oxigen, câte
una la nivelul fiecăruia din cele patru grupări hem
de saturaţie (Y) al acestor situsuri de legare a
oxigenului din componenţa moleculelor de mioglobină
sau hemoglobină poate varia între zero (situsuri goale în
toatalitate) şi 100 % (situsuri ocupate în totalitate).
 Gradul
Legarea oxigenului la mioglobină şi
hemoglobină

100%

50%

Afinitatea pentru oxigen a mioglobinei
comparativ cu hemoglobina este mult
mai mare, la toate valorile pO2
Presiunea parţială a oxigenului
necesară atingerii nivelului mediu de
saturaţie la nivelul situsurilor de legare
a oxigenului (P50) este de aproximativ
1 mmHg pentru mioglobină şi de 26
mmHg pentru hemoglobină
Cu cât afinitatea pentru oxigen este mai
mare (cu cât oxigenul este legat mai
puternic) cu atât scade valoarea P50.
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
 Curba
de saturare cu
oxigen a mioglobinei are
formă de hiperbolă
Mb
fapt reflectă faptul
că
mioglobina
leagă
reversibil
o
singură
moleculă de oxigen
 Acest
Mb
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
consecinţă, între mioglobina oxigenată (MbO2) şi
deoxigenată (Mb) se stabileşte o relaţie de echilibru:
Mb + O2  MbO2
 Acest echilibru este deviat de o parte şi de alta în funcţie
de în funcţie de adaosul sau extracţia de oxigenului din
sistem.
 Mioglobina este special concepută să lege oxigenul eliberat
de hemoglobină la valori reduse ale pO2 la nivel muscular.
Pe de altă parte, mioglobina cedează oxigenul celulei
musculare în condiţiile unui necesar crescut de oxigen.
 În
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
 Curba
Hb
de disociere a
oxigenului
în
cazul
hemoglobinei are formă
sigmoidală, fapt care relevă
cooperarea
subunităţilor
structurale în procesul de
legare a oxigenului.
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
Hb
coactivă a oxigenului de către cele patru subunităţi
ale Hb înseamnă că ataşarea unei molecule de oxigen la
nivelul unei grupări hem induce o creştere a afinităţii pentru
oxigen la nivelul celorlalte grupări hem din componenţa
aceleiaşi molecule de hemoglobină
 Legarea
efect este denumit interacţiune hem-hem. Legarea
primei molecule de oxigen la Hb este mai dificilă, legarea
următoarelor molecule de oxigen decurgând cu o afinitate
crescută în intervalul de 20-30 mmHg.
 Acest
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
 Efecte
alosterice. Reglarea transportului de O2
 Capacitatea
hemoglobinei de a lega reversibil
oxigenul este influenţată de următorii efectori
alosterici (cu tropism diferit):
 pO2
 pH-ul
mediului
 pCO2
 2,3-DPG
(bifosfoglicerat) disponibil
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
 Interacţiunea
acestora cu un situs al moleculei de
hemoglobină afectează procesul de legare a
oxigenului la grupările hem cu localizare moleculară
diferită
de legare a oxigenului de mioglobină nu
este influenţată de efectori alosterici.
 Capacitatea
Legarea oxigenului la Mb şi Hb



1. Interacţiunile hem-hem (Cooperativitatea)
Aspectul sigmoidal al curbei de legare a O2
reflectă modificările structurale specifice iniţiate
la nivelul unei grupări hem şi transmise succesiv
şi celorlate grupări hem din componenţa
tetramerului de hemoglobină
Efectul net constă în faptul că afinitatea Hb
pentru ultima moleculă de oxigen legată este de
aproximativ 300 ori mai mare decât afinitatea
pentru prima moleculă de oxigen legată
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
de legare coactivă a O2 îi permite Hb să
livreze ţesuturilor o cantitate mai mare de oxigen
ca răspuns la modificări relativ reduse ale presiunii
parţiale a oxigenului
 Procesul
nivel pulmonar, concentraţia oxigenului este
crescută şi hemoglobin aeste saturată cu oxigen. În
ţesuturile periferice, oxihemoglobina cedează cea
mai mare parte a oxigenului, urmând ca acesta să
fie utilizat în cadrul metabolismului oxidativ al
ţesuturilor.
 La
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
Mb


Hb
Interpretarea aspectului
sigmoidal
al curbei de disociere
a oxigenului
Panta abruptă a curbei de disociere a oxigenului reflectă direct gradientul
O2 între plămâni şi ţesuturi care facilitează transportul şi livrarea eficientă a
O2 din medii cu pO2 crescut în medii cu pO2 scăzut
O moleculă care prezintă o curbă de disociere a O2 cu aspect de hiperbolă,
cum este Mb nu are aceeaşi capacitate de cedare a oxigenului în intervalul
valoric al pO2 menţionat. În acest interval presional, afinitatea Mb pentru
O2 ar fi maximală şi capacitatea de cedare a O2 către ţesuturi ar fi egală cu
zero
Legarea oxigenului la Mb şi Hb
 2.
Efectul Bohr
 Afinitatea Hb pentru O2
scade în mediul acid
(ţesuturile periferice)
 Efectul
Haldane
 Afinitatea Hb pentru O2
scade atunci când CO2
creşte în ţesuturile
periferice
ţesuturi
plămâni
ţesuturi
plămâni
Legarea oxigenului
la Mb şi Hb
 2.
Efect Bohr
Efectul Bohr
 Disocierea oxigenului de pe molecula de Hb este
accelerată de scăderea pH-ului sau de creşterea PpCO2
 În ambele situaţii are loc scăderea afinităţii Hb pentru
oxigen cu devierea la dreapta a curbei de disociere a
oxigenului, ambele efecte stabilizând forma T a
hemoglobinei
 Această modificare a capacităţii de legare a oxigenului
este denumită efect Bohr. Creşterea pH-ului sau scăderea
concentraţiei CO2 determină creşterea afinităţii Hb
pentru O2 cu devierea la stânga a curbei de disociere a
oxiHb.
Legarea oxigenului
la Mb şi Hb
Acţiunea 2,3 DPG. Este un metabolit al glicolizei
format în hematii, iar legarea de Hb determină, indirect
eliberarea O2 la ţesuturi.
 3.

Legarea oxigenului
la Mb şi Hb
Acţiunea 2,3 DPG. Se află în cantităţi
semnificative în hematii (fosfatul anorganic),
cantitatea de Hb şi 2,3DPG fiind echivalentă.
Concentraţia este de aproximativ 4,5mM.
 3.
 Reduce
afinitatea pt O2 a Hb legându-se la deoxiHb
nu şi la oxiHb şi stabilizând forma T a Hb.
 HbO2
oxiHb
+ 2,3 BPG
Hb-2,3BPG + O2
deoxiHb
3. Acţiunea 2,3 DPG
 Situsul
de legare a 2,3 DPG
 O singură moleculă de 2,3 DPG se ataşează la
nivelul unei nişe, constituită din două lanţuri beta
globinice, chiar în tetramerul deoxiHb
 Această
nişă conţine un nr de AA cu sarcină
electrică pozitivă care formează legături ionice cu
grupările fosfat electronegative din componenţa
2,3 DPG
DPG este îndepărtat în cursul procesului de
oxigenare a Hb.
 2,3
3. Acţiunea 2,3 DPG
 După
decuplarea 2,3 DPG, Hb are o afinitate
crescută pt O2
 Prezenţa
în hematie reduce semnificativ afinitatea
Hb pentru O2 şi determină devierea la dreapta a
curbei de disociere a O2
redusă permite disocierea eficientă a O2
de Hb la presiunea scăzută a O2 din ţesuturi
 Afinitatea
2,3 DPG
hipoxia cronică (BPOC sau altitudine), anemii
cronice:
 [2,3 DPG] în hematii creşte Hb nu primeşte o
cantitate suficientă de O2
 Nr redus de hematii nu asigură necesarul de O2
 În
 Creşterea
[2,3 DPG] induce scăderea afinităţii pt
O2 a Hb şi permite cedarea unei cantităţi mai mari
de oxigen în capilarele tisulare
2,3 DPG
 În
cazul sângelui transfuzat, conservarea sg pe
suport de citrat determină scăderea 2,3 DPG în
hematii
prezintă o afinitate anormal de mare pt O2 si nu
cedează eficient oxigenul către ţesuturi.
 Hb = “capcana” pt O2
 Hematiile transfuzate îşi refac rezervele de 2,3
DPG în 24-48 ore
 HbF leagă slab 2,3BPG; afinitate crescută pt O2 a
HbF ce favorizează transferul O2 spre eritrocitele
fătului
 Sg
2,3 DPG
pacienţilor cu afecţiuni severe poate fi
grav compromis în urma administrării unei
cantităţi crescute de sânge spoliat de 2,3 DPG
 Statusul
 Scăderea
concentraţiei de 2,3 DPG poate fi
împiedicată prin adaosul unor substraturi speciale,
inozina, în soluţia conservantă
 Inozina (hipoxantin-riboza) este o moleculă
neionizată ce penetrează hematia eliberând miezul
de riboză ce va fi fosforilat intrând în ciclul
hexozomonofosfatului fiind convertit la 2,3 DPG.
Legarea oxigenului Mb şi Hb
Izoformele hemoglobinei
acelaşi individ sunt sintetizate în stadiile fetale şi
embrionare diferite izoforme sau izoenzime ale unei
proteine care pot fi prezente în diferite ţesuturi sau în
localizări intracelulare specifice. Toate izoenzimele au
aceeaşi funcţie
 La
sunt enzime cu structură primară diferită
care catalizează aceeaşi reacţie şi care sunt codificate
de gene diferite. O parte dintre ele rezultă din splicingul alternativ al pre-mARN formând diferite mARNuri. mARN este matriţa finală a acidului nucleic
utilizată în sinteza proteică.
 Izoenzimele
Izoformele Hb
hemoglobinei reprezintă un exemplu de
modificare apărută în perioada embrionară şi fetală
 Izoformele
fetală HbF este exprimată în ultimul
trimestru de sarcină până la naştere când este
înlocuită de HbA
 Hemoglobina
este formată din două lanţuri polipeptidice α şi
două γ în comparaţie cu HbA ce conţine două lanţuri
α şi două β.
 HbF
Izoformele Hb
stadiile de dezvoltare embrionară sunt produse
lanţuri polipeptidice α ε şi ζ cu o compoziţie diferită
în aminoacizi
 În
 Diferenţele
apar din cauza mutaţiei unei gene α
duplicate, rezultând lanţul ζ
Hb fetală cât şi cea embrionară prezintă afinitate
mai mare pentru O2 faţă de HbA, acest fapt fiind un
avantaj în condiţiile unei presiuni mici a O2 la care
este supus fătul. În diferite stadii de dezvoltare sunt
exprimate şi traduse genele globinei specifice etapei
 Atât
Izoformele Hb

Pentru HbF, valoarea presiunii
parţiale a oxigenului la care
proteina este saturată în proporţie
de 50%, P50 este de 19mmHg, în
timp ce în cazul HbA este de
aproximativ 26,8mmHg

Ca urmare, curba de saturaţie în
oxigen este orientată spre stânga în
cazul HbF în comparaţie cu cea
pentru HbA.
Diferenta dintre Mb, HbA si HbF
Izoformele Hb
 Tratamentul
siclemiei
 După oprirea producţiei de HbF după naştere
copiii încep să producă HbA
 La
cei cu siclemie, începe producerea de HbS care
modifică forma hematiilor care vor bloca vasele de
sânge, cauzând episoade ocluzive dureroase
specifice bolii.
Izoformele Hb


Tratamentul siclemiei
Dacă HbF rămâne forma predominantă de Hb după naştere,
numărul episoadelor ocluzive se reduce la aceşti pacienţi

Hidroxiurea stimulează producerea HbF şi poate fi utilizată în
tratamentul siclemiei

Reducerea severităţii bolii cu ajutorul HbF se explică prin
capacitatea acesteia de a inhiba formarea agregatelor de Hb în
celulele roşii care conţin şi HbS

Tratamentul combinat hidroxiuree-eritropoietină recombinantă este
mult mai eficient decât hidroxiureea, crescând nivelul de HbF şi
favorizând dezvoltarea celulelor F conţinând HbF.
Liganzi ai Hb
Liganzi ai Hb
1) CO (carboxi-Hb)
• Afinitatea sa pentru hem este de 200 ori mai mare
faţă de cea a oxigenului
• Deplasabil cu un amestec de 95%O2/ 5%CO2
2) CO2 (carbamino-Hb)
• Hb fixează CO2 pe un aminoacid al extremităţii Cterminale al unui lanţ , favorizând forma T
3) NO
• Moleculă vasodilatatoare cu o afinitate pentru Hb
de 8000 ori mai mare faţă de cea a oxigenului.
Sistemul tampon al Hb
Hematie
Sistemul tampon al Hb
 Hb
este bogată în His (33/ moleculă)
• AA are un pKa de 7,3, foarte apropiat de pH plasmatic
• La pH fiziologic există 50% din fiecare formă a His
• Abundenţa de Hb din sânge şi nr mare de molecule de
His = sistem tampon foarte eficace
Globina
Globina
Hemoglobinopatii
 Afecţiuni
genetice cauzate de:
 1. sinteza unor Hb anormale
 2. sinteza de cantităţi insuficiente de Hb
 3. ambele
 Anemia
falciformă (HbS), hemoglobinopatia C
(HbC) şi sindroamele talasemice sunt afecţiuni
care pot avea evoluţie clinică gravă
Hemoglobinopatii



1.
2.
3.
Hemoglobinopatii:
prin deficit calitativ- hemoglobine patologice (S, C)
prin deficit cantitativ- talasemiile
HbS: înlocuirea Glu cu Val, crize vasoocluzive
HbC:Glu cu Lys, anemie hemolitica cronica; nu
necesită tt specific
Methemoglobinemiile: Hb nu leagă O2 (Fe3+);
hipoxie tisulară (cefalee, anxietate, dispnee); tt cu
albastru de metilen care este oxidat in paralel cu
reducerea ionului de Fe 3+
Hemoglobinopatii

Talasemiile- afecţiuni hemolitice ereditare cauzate de un
dezechilibru în sinteza lanţurilor de globină

Beta-talasemiile (minora sau majora): deficit de sinteza a
lanţului beta
Lanţurile alfa nu pot forma stabili tetrameri şi precipită
determinând moartea prematură a precursorilor eritrocitari.
Tt: transfuzii, transplant medular
Alfa-talasemiile- tetrameri beta ce nu stabilesc interactiuni
hem-hem; curba cu aspect hiperbolic
Anemie hemolitica de gravitate variabila



IMUNOGLOBULINELE








Sunt proteine plasmatice din clasa gammaglobulinelor cu rol de anticorpi
Sintetizate de limfocitele B activateca raspuns
la prezenta unor Ag straine organismului sau
care au suferit modificari
Ac+Ag= complex imun Ag-Ac
Grp chimice ce decl. sinteza unui Ac=
determinanti antigenici
4 lanturi peptidice:
- 2 l grele H (heavy) identice: δ,α, μ, δ, ε
-5 clase: IgG, A, M, D, E
- 2 l usoare L (light) identice: κ, λ
IMUNOGLOBULINELE
 Lanturile
sunt legate prin punti disulfurice
 Ig sunt glicoproteine (2-12% continut glucidic)
 Tetrameri H2L2 cu doua regiuni:
 Variabile
(V): capetele N-terminale ale l grele si
usoare cu secventa de AA variabila; regiuni
hipervariabile
 Constante (C) :secventa de AA este aproape ct pt
fiecare clasa de Ig
IMUNOGLOBULINELE





Între Ag si
Ac au loc
interactiuni:
Hidrofobe
Necovalente
Legaturi de
hidrogen
cu grad inalt
de
specificitate
IMUNOGLOBULINELE
5
clase Ig:
 -IgA: plasma, secretii intestinale, lacrimi; prima linie
de aparare; nu activeaza C
 -IgE: pe Le bazofile plasmatice si pe mastocitele din
peretii vaselor; reactii alergice (secretia de histamina)
 -IgD: in plasma integrate in mb limfocitelor B
 -IgG: constituie fractiunea majora a Ig plasmatice;
activeaza celulele fagocitare cat si C; in aparare
infectioasa; RI secundar
 -IgM: RI primar; Ac infectiosi
Proteine fibrilare
COLAGENUL
COLAGENUL
COLAGENUL- distribuţia în ţesuturi
COLAGENUL- structura
COLAGENUL- structura
COLAGENUL- structura
COLAGENUL-biosinteza
 Formarea
 1.
superhelixului de colagen. Etape:
Sinteza lanturilor alfa; Hyp si Hyl nu corespund
codonilor din mARN transcrisi din AND
 2. In prezenta enzimelor lizil-hidroxilaza si prolilhidroxilaza, O2, Fe, acid ascorbic (activator) si alfacetoglutaric are loc hidroxilarea; se formeaza helixul
poliprolinei
 3. asocierea celor 3 lanturi pp-triplu helix= procolagen
intact; glicozilarea in pozitia 5 a Hyl in prezenta
transferazelor
COLAGENUL- formarea hidroxiprolinei
COLAGENUL-biosinteza
 Procolagenul
intact contine la capetele N-si Cterminale extensii polipeptidice numite si
telopeptide;
 la
capatul C-terminal extensiile sunt unite prin punti
disulfurice, care au rolul de a alinia lanturile alfa in
vederea formarii superhelixului.
COLAGENUL- condensarea Allys
COLAGENUL-biosinteza
 4.
procolagenul format la nivelul RE ajunge in
aparatul Golgi pe calea veziculelor de secretie la MC,
iar prin exocitoza in spatiul extracelular
 5. extracelular intervin procolagen-peptidazele N-si
C-terminale care indeparteaza extensiile de la ambele
capete rezultand tropocolagen (T), forma solubila a
colagenului.
 6.T se asambleaza si formeaza fibrilele de colagen;
moleculele se aliniaza cap la coada si lateral; se
suprapun ¾ din lungime, fiind decalate cu ¼ din L
Formarea microfibrilei de colagen
Formarea microfibrilei de colagen
 Aceste
spatii sunt diferite la tesuturile dure (au exact
volumul necesar pt a patrunde ionii de calciu si fosfat
necesari mineralizarii) si cele moi (depunerea de ioni
de calciu si fosfat nu e posibila, mineralizarea
neavand loc).
 Schematic,
astfel:
biosinteza colagenului poate fi redata
Sinteza colagenului
Prolil şi lizil
hidroxilaze
Transferaze
Procolagen
intact
Tropocolagen
Procolagen peptidaza
Lizil oxidaza
Tipuri de colagen
V. (alfa1V), alfa2- continut crescut de Hyl, in cantitati mici in tesuturi
COLAGENOZE
Alte boli ale colagenului
Alte boli ale colagenului
Keratina
Keratina-structura
Keratina-structura
Keratina-formarea micro-şi
macrofibrilelor
Keratina
Elastina- structura şi rol
Elastina- structura şi rol
 Reticularea se
realizeaza pe 2 cai:
 Prin
oxidarea unor resturi de lizina si allizina sub
actiunea unor oxidaze cu formarea de aldimine
prin condensare cu gruparea ε a lizinei
a 3 resturi de allizina cu o grupare ε a
lizinei nemodificate. Se formeaza desmozina, un
nod molecular ce mentine in echilibru patru lanturi
de elastina.
 Condensarea
Rolul α1- antitripsinei în
degradarea elastinei
α1- antitripsina
Proteaze
Intrebari
 Femeie
30 ani, cu dispnee progresiva. Neaga
consumul de tigarete. Antecedentele familiale
releva o boala pulmonara necunoscuta la una din
surorile pacientei.
 A.
Deficit de prolil-hidroxilaza
 B. deficit de alfa1-antitripsina
 C. carenta alimentara de vitamina C
 D. scaderea activitatii elastazei
 E. cresterea activitatii colagenazei
Intrebari
 Deficitul
de alfa1-antitripsina= afectiune genetica ce det.
emfizem pulmonar in absenta fumatului. Activitatea
elastazei creste; elstina din peretii alveolari se ditruge
 Deficitul
de alfa1-antitripsina tb suspectat la pacientii cu
BPOC < 45 ani, fara antecedente de bronsita cronica sau
consum de tutun sau cand exista mai multi membri ai
aceleiasi familii cu patologie pulmonara obstructiva cu
debut la varsta tanara.
Intrebari
2. Care dintre urmatoarele afirmatii caracterizeaza regiunile alfahelix proteice?
A.
Toate au aceeasi structura primara
B. Sunt formate in principal prin legaturile de hidrogen dintre
atomul de oxigen al gruparii carbonil al unei grupari peptidice si
hidrogenul amidic al unei alte legaturi peptidice
C. formate prin legaturile de hidrogen dintre atomul carbonil al
unei legaturi si atomii de hidrogen ai radicalilor unui alt AA
D. formate prin legaturile de hidrogen dintre 2 AA adjacenti ai
structurii primare
E. au un continut ridicat in prolina si glicina
Intrebari

Care dintre urmatoarele afirmatii referitoare la
proteinele globulare sunt adevarate?

A.Aa hidrofili tind sa fie in interior
B. AA hidrofobi sunt la exterior
C. structura tertiara e formata prin interactiuni
hidrofobe si electrostatice intre AA precum si din
legaturi de H intre AA si intre AA si apa
D. structura secundara rezulta in principal prin
interactiunile hidrofobice dintre aa
E. puntile disulfidice covalente




Intrebari

O proteina prezinta un domeniu transmembranar
compus in intregime dintr-o structura secundara
tip alfa-helix. Care dintre urmatorii AA pot fi gasiti
in acest domeniu?

A. prolina
B. Glutamat
C. Lizina
D. Leucina
E. Arginina




Intrebari

La autopsia unui pacient cu boala Alzheimer s-au
evidentiat agregate proteice si placi in diferite regiuni
ale creierului. Aceste placi necesita coloratia
specifica amiloidului. Care dintre urmatoarele structuri
sunt mai carateristice acestora?

A. un continut ridicat in foia beta pliata
B. un continut ridicat in alfa-helix
C. un continut ridicat de bucle intamplatoare
D. punti disulfidice intre lanturile polipeptidice
E. conformatia nativa cu energie minima



