Επίδραση και άλλων παραγόντων στην Αλλοστερική συμπεριφορά της Αιμοσφαιρίνης

Transcript

1

2 Επίδραση και άλλων παραγόντων στην Αλλοστερική συμπεριφορά της Αιμοσφαιρίνης Καθώς το οξυγόνο χρησιμοποιείται στους ιστούς παράγεται CO2 το οποίο πρέπει να μεταφερθεί πίσω στους πνεύμονες ή τα βράγχια Συσσώρευση του CO2 χαμηλώνει το ρη στα ερυθροκύτταρα δια μέσου της αντίδρασης C02 + H20 H HCO3 + H Η αντίδραση στα ερυθροκύτταρα καταλύεται από το ενζυμο καρβονική ανυδράση Κατά το ίδιο χρονικό διάστημα η υψηλή ζήτηση οξυγόνου ιδιαίτερα στους μύες οδηγεί σε παραγωγή γαλακτικού οξέος που επίσης χαμηλώνει το ph αλλά και είναι σήμα για περισσότερη απόδοση οξυγόνου

3 Ανταπόκριση στις αλλαγές του ph - Bohr effect Πτώση ph οδηγεί σε ελάττωση συγγένειας οξυγόνου προς αιμογλοβίνη με αποτέλεσμα την απελευθέρωση και ιχνών οξυγόνου. Ανταπόκριση της αιμογλοβίνης στις αλλαγές του ph ονομάζεται Bohr effect Η γενική αντίδραση γράφεται υπό τη μορφή: Hb4O 2 + nh HbnH + + 4O 2 Η φυσιολογική αυτή αντίδραση έχει δύο συνέπειες: α. Στα τριχοειδή τα υδρογονοϊόντα προωθούν την απελευθέρωση του οξυγόνου οδηγώντας την αντίδραση δεξιά. β. Κατά την κυκλοφορία του φλεβικού αίματος στους πνεύμονες, η οξυγόνωση έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση του Η + μετακινώντας την ισορροπία αριστερά. Άμεση συνέπεια των παραπάνω είναι η απλευθέρωση του διαλελυμένου CO 2 στο αίμα.

4 Hμετατόπιση του ph προς την όξινη περιοχή διευκολύνει την απόδοση του οξυγόνου διότι το HbO2 είναι ισχυρότερο οξύ από την Hb.Κατά την διάσταση του οξυγόνου δεσμεύονται πρωτόνια. Κατά την φόρτιση με οξυγόνο αποδίδονται πάλι τα ιόντα Η

5 Μηχανισμός Bohr effect Γύρω στα 0,5Η + λαμβάνονται από την αιμογλοβίνη για κάθε μόριο Ο 2 το οποίο απελευθερώνεται Η απομάκρυνση του οξυγόνου αυξάνει τη συγγένεια για πρόσληψη Η + καθώς το pk ορισμένων ομάδων αυξάνεται κατά τη μετατροπή από την οξυ- στη δεοξυμορφή Οι υποψήφιες ομάδες που μπορούν να δεχθούν Η + είναι εκείνες οι οποίες έχουν pk γύρω στο 7. Τέτοιες ομάδες είναι η τελική αμινομάδα και οι πλευρικές ομαδες της ιστιδίνης και της κυστεΐνης.

6 Στον πίνακα απεικονίζονται οι ομάδες που ιονίζονται στα διάφορα ρκ Στην περιοχή γύρω στο ρη 7 εντοπίζεται η τελική αμινομάδα καθώς και η πλευρική ομάδα της ιστιδίνης

7 Μετά την απόδοση του οξυγόνου η πλευρική ομάδα της ιστιδίνης πλησιάζει την καρβοξυλομάδα της ασπαραγίνης που εχει σαν συνέπεια να διευκολύνεται η πρωτονίωση

8 Μηχανισμός πρόσληψης Η + Με ακτίνες Χ καθώς και με χημικές μεθόδους έχει δειχθεί ότι οι υπεύθυνες ομάδες είναι οι ιστιδίνες 146β και 122α καθώς και η αμινομάδα της αλυσίδας α Στην οξυαιμοσφαιρίνη η ιστιδίνη 146 περιστρέφεται ελεύθερα ενώ στην δεοξυαιμοσφαιρίνη συμμετέχει σε μια σειρά αντεπιδράσεις Ιδιαίτερη σημασία έχει η αντεπίδραση του ιμιδαζολικού δακτυλίου με το αρνητικά φορτισμένο ασπαρτικό 94 στην FG γωνία της ίδιας β-αλυσίδας Η στενή γειτονία της αρνητικά φορτισμένης ομάδας αυξάνει την τάση της ιμιδαζόλης να δεσμεύει πρωτόνια διότι το τοπικό περιβάλλον γίνεται πιο αρνητικό Σημαντικό ρόλο παίζουν και οι μεταβολές που επισυμβαίνουν στην τεταρτοταγή δομή κατά την απελευθέρωση του Ο 2

9 Ένας από τους πιο σημαντικούς μηχανισμούς άμυνας του οργανισμού έναντι των μολύνσεων είναι η παραγωγή από το δικτυοενδοθηλιακό ιστό μιας ομάδας πρωτεϊνών που ονομάζονται αντισώματα ή ανοσοσφαιρίνες Η παραγωγή των ανοσοσφαιρινών διεγείρεται από Εικόνα 7.09 χημικές ουσίες που ονομάζονται αντιγόνα τα οποία υπάρχουν ή απελευθερώνονται από τον επιμολύνοντα παράγοντα.

10 Τα αντιγόνα μπορούν να ανήκουν σε κάθε χημική κατηγορία, συνήθως όμως είναι πρωτεΐνες ή νουκλεϊνικά οξέα. Οι ανοσοσφαιρίνες παράγονται κατά την ανοσολογική ανταπόκριση και έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν το αντιγόνο με μια πάρα πολύ ειδική αντίδραση. Αυτό έχει ως συνέπεια κάθε τύπος ανοσοσφαιρίνης που παράγεται στο σώμα να αντεπιδρά με ένα και μόνο αντιγόνο και με τίποτε άλλο.

11 Η δέσμευση των αντισωμάτων στα αντιγόνα που βρίσκονται στην επιφάνεια των προσβαλλόντων μικροοργανισμών επιφέρει μια σειρά αντιδράσεις που οδηγούν στην καταστροφή των κυττάρων. Σε αυτές τις αντιδράσεις συμμετέχουν και άλλες πρωτεΐνες του πλάσματος Εικόνα 7.11οι οποίες ονομάζονται συμπληρωματικές complement πρωτεΐνες, οι οποίες σε αντίθεση με τις ανοσοσφαιρίνες δεν συντίθενται υπό την επίδραση τού αντιγόνου.

12 Οι συμπληρωματικές πρωτεΐνες ενεργοποιούνται μετά την προσκόλληση των ανοσοσφαιρινών στην επιφάνεια του αντιγόνου και λειτουργούν με τρόπο όμοιο με τα πεπτικά ένζυμα Οι συμπληρωματικές πρωτεΐνες όταν προσκολληθούν στην επιφάνεια του αντιγόνου δημιουργούν τρύπες στη βακτηριακή επιφάνεια. Ιόντα και νερό εισέρχονται στα ξένα κύτταρα, τους προκαλούν φούσκωμα και στη συνέχεια τα διασπούν. Στην πραγματικότητα οι ανοσοσφαιρίνες επισημαίνουν τα κύτταρα που πρόκειται να καταστραφούν από τις συμπληρωματικές πρωτεΐνες.

13 Κατά την πρώτη ανταπόκριση στη δράση του αντιγόνου ο οργανισμός παράγει μια ειδική τάξη ανοσοσφαιρινών που είναι γνωστή ως ανοσοσφαιρίνη Μ η οποία έχει μοριακό βάρος γύρω στο Αργότερα, η IgM βαθμιαία ελαττώνεται και εμφανίζεται μια άλλη ομάδα πρωτεϊνών, η IgG. Η ομάδα των IgG αντιπροσωπεύει τον πλέον άφθονο τύπο ανοσοσφαιρινών και είναι οι ανοσοσφαιρίνες εκείνες οι οποίες έχουν μελετηθεί πιο εξαντλητικά από όλες.

14 Χαρακτηριστικά των ανοσοσφαιρινών IgG: Οι ανοσοσφαιρίνες είναι μόρια με μοριακό βάρος γύρω στις Συνίστανται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Ένα ζεύγος ομοίων αλυσίδων υψηλού μοριακού βάρους τις βαριές (Heavy) αλυσίδες και ένα ζεύγος αλυσίδων χαμηλού μοριακού βάρους τις ελαφριές (Light) αλυσίδες. Οι L αλυσίδες έχουν μοριακό βάρος έως και συνίστανται από 214 αμινοξέα. Οι Η αλυσίδες έχουν μοριακό βάρος και περιέχουν γύρω στα 450 αμινοξέα. Οι τέσσερις αλυσίδες διασυνδέονται και σχηματίζουν ένα μόριο του οποίου η τεταρτοταγής δομή μοιάζει με γράμμα Υ. Κάθε βραχίονας του Υ περιέχει μια πλήρη L αλυσίδα και ένα μέρος της H αλυσίδας. Η βάση του Υ περιέχει το μέρος της Η αλυσίδας που απομένει Κοντά στο C τελικό άκρο της, η κάθε L αλυσίδα είναι συνδεδεμένη με την Η αλυσίδα μέσω μιας δισουλφιδικής γέφυρας Οι δύο Η αλυσίδες συνδέονται επίσης με δισουλφιδικές γέφυρες.

15 Πρόσθετα χαρακτηριστικά των ανοσοσφαιρινών Κάθε μία από τις τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες οι οποίες σχηματίζουν μια ανοσοσφαιρίνη διαιρείται σε χωριστές περιοχές που ονομάζονται domains. Υπάρχουν δύο domains στις L αλυσίδες και τέσσερα στις Η Στην κάθε περιοχή η πτύχωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδες δημιουργεί δυο παράλληλα επίπεδα το κάθε ένα από τα οποία περιέχει διαφορετικά κομμάτια με πτυχωμένη β-δομή Σε κάθε πτυχωμένη β-δομή τα γειτονικά επίπεδα του πολυπεπτιδίου έχουν αντίθετη πολικότητα. Τα δύο παράλληλα επίπεδα σε κάθε περιοχή συνδέονται τόσο με δισουλφιδικούς δεσμούς όσο και με δεσμούς van der Waals. Σε κάθε ένα από τους βραχίονες των ανοσοσφαιρινών οι Η και L αλυσίδες συνδέονται για να δημιουργήσουν τεταρτοταγή δομή η οποία διατηρείται κυρίως με αντεπιδράσεις van der Waals.

16 Με τη χρήση πεπτικών ένζυμων όπως είναι η θρυψίνη και η παπαΐνη έχει προσδιοριστεί με ποιο κομμάτι των ανοσοσφαιρινών συνδέεται το αντιγόνο και με ποιο κομμάτι οι συμπληρωματικές πρωτεΐνες Έτσι βρέθηκε ότι: Το αντιγόνο δεσμεύεται στο Fab κλάσμα Οι συμπληρωματικές πρωτεΐνες στο Fc κλάσμα. Η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της Fab και μονάδας. Fc

17

18 Με τη χρήση πεπτικών ένζυμων όπως είναι η θρυψίνη και η παπαΐνη έχει προσδιοριστεί με ποιο κομμάτι των ανοσοσφαιρινών συνδέεται το αντιγόνο και με ποιο κομμάτι οι συμπληρωματικές πρωτεΐνες Έτσι βρέθηκε ότι: Το αντιγόνο δεσμεύεται στο Fab κλάσμα Οι συμπληρωματικές πρωτεΐνες στο Fc κλάσμα. Η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της Fab και μονάδας. Fc