PROTEINE

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 tARN-ul unic, formând selenocisteinil-ARNt. Selenocisteina este ulterior inserată într-o proteină cu care va fi sintetizată.

Proteinele sunt substanţe azotate complexe prezente în toate celulele animale sau vegetale

Roluri: 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)

Structura primară a proteinelor

Unicitatea proteinelor este dictată de secvenţa lineară de aminoacizi, denumită structură primară

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.

Codul 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.

La nivelul ribozomilor se realizează translaţia informaţiei genetice de la ARNm în lanţul polipeptidic

În nucleu, ARNm copiază informaţia genetică de la ADN nuclear iar apoi migrează în citoplasm ă . 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.

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

La 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

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

La 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

Înafara aminoacizilor codificaţi genetic şi care formează structura primară, mai există şi aminoacizi specifici modificaţi prin fosforilare, oxidare, carboxilare sau prin alte tipuri de reacţiiCând aceste reacţii sunt catalizate enzimatic, modificările sunt denumite post-translaţionale

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

Secvenţa AA într-un lanţ polipeptidic: de la capătul N-terminal spre C-

terminal

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

Prima etapă în stabilirea structurii primare a unui polipeptid constă în identificarea şi cuantificarea aminoacizilor constituienţi.

O probă purificată din polipeptidul de analizat este iniţial hidrolizată prin tratare cu un acid tare la 110ºC timp de 24ore

Această procedură induce clivarea legăturilor peptidice şi separarea aminoacizilor individuali care pot fi detectaţi cu ajutorul cromatografiei prin schimb ionic.

În cadrul acestei metode, amestecul de aminoacizi este plasat într-o coloană formată din granulele unei răşini sintetice care conţine grupări electronegative.

Aminoacizii din amestec aderă la coloană cu afinităţi diferite, în funcţie de încărcarea electrică, caracterul hidrofob, etc.

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.

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.

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.

Derivatul aminoacidic rezultat poate fi separat şi identificat ulterior

Avantajul metodei este că restul lanţului peptidic rămâne intact după îndepărtarea aminoacidului N-terminal, iar reactivul Edman este utilizat în mod repetat asupra lanţului peptidic scurtat în urma testării anterioare până la identificarea tuturor resturilor de aminoacizi

Prin 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.

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 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

După scindarea proteinei cu obţinerea mai multor peptide mai mici se definitivează succesiunea lor utilizând tehnica peptidelor suprapuse

Lanţul polipeptidic iniţial se scindează prin metode diferite, iar prin compararea seturilor de peptide obţinute se stabileşte integral secvenţa iniţială

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?????? Val- Tyr-Lys-Glu-Met-Leu-Gly-Arg-Ala-Ser-Asp Determinarea structurii primare a unei proteine prin

secvenţiere ADN

Secvenţierea nucleotidelor dintr-o regiune ADN codificatoare a proteinelor identifică secvenţa de aminoacizi a unui polipeptid

Dacă 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.

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.

Deşi aproape fiecare aminoacid din structura proteică primară contribuie la realizarea conformaţiei sale (structura tridimensională), structura primară a proteinei diferă în funcţie de specie.

În 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

Dacă mai mulţi aminoacizi sunt toleraţi în aceeaşi poziţie, regiunea este denumită hipervariabilă.

În 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

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.

Pentru majoritatea alelelor, aceste schimbări au consecinţe fenotipice distincte determinând disfuncţii obiective ( boli congenitale sau genetice) sau creşteri ale susceptibilităţii pentru anumite boli

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.

Variantele unei alele care apar cu o frecvenţă semnificativă în populaţie sunt considerate polimorfisme

Când acea variaţie a unei alele creşte în populaţie la o frecvenţă de 1% este considerată stabilă

Siclemia 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. Exemple

1. 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

La vârsta de 3 ani a fost diagnosticat cu siclemie şi a fost internat de nenumărate ori pentru asemenea episoade

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. Din 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

Termenul 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).

Pacientul 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

Ce diferenţe apar în modul de realizare a legăturilor chimice în cazul celor doi aminoacizi?

Glutamatul 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

Înlocuirea 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

La 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

Hematia 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

La 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 indivizii homozigoţi cu siclemie, hematiile iau frecvent forma de seceră în special în condiţii de presiune scăzută a oxigenului.

Rezultatul este apariţia crizelor vaso-ocluzive în care celulele distorsionate blochează capilarele şi împiedică oxigenarea cu apariţia durerii

Distrugerea crescută a hematiilor modificate în splină determină anemie. 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.

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

Prin clivare se îndepărtează câţiva aminoacizi şi peptidul C al aminoacidului 31 ce leagă lanţurile A şi B

Structura 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. 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

Peptidele 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).Peptide naturale mai importante

Glutationul ( 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

În celulele animale, glutationul funcţionează ca un sistem redox, putând exista în forma redusă (GSH) şi/sau oxidată (GSSG).

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-

În 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:

R-OOH + 2GSH R-OH + HOH + G-S-S-G

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 Dintre cele două forme ale glutationului forma redusă reprezintă forma

activă

Posibilitatea de interconversiune a glutationului constituie mecanismul său de acţiune prin care cedează şi acceptă H+, intrând în categoria transportorilor de hidrogen

Reducerea formei oxidate a glutationului se face în prezenţa enzimei glutation reductază (NADPH-dependentă) astfel:

G-S-S-G + NADPH + H+ 2GSH + NADP+

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 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.

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.

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.

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

AM 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

Urina 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.

Radiografia abdominală a evidenţiat calculi radioopaci în ambii rinichi. Nu există un istoric familial pozitiv pentru litiază renală.

Pacienta 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.

Cistinuria 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

Astfel, urina va conţine cantităţi crescute din aceşti amoniacizi. Cistina, cel mai puţin solubil dintre aceştia, precipită în urină sub formă de calculi.

Structura secundara a proteinelor

Este 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

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.

Configuraţia trans a unei legături peptidice

Flexibilitatea lanţului polipeptidic se păstrează prin rotaţia liberă în jurul legăturilor:

Structura 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

Conjugarea p-π accentuează această proprietate Un 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.

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.

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.

Legătura de hidrogen este o interacţiune slabă necovalentă între hidrogenul unei molecule şi atomul mai electronegativ al unei molecule acceptoare.

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.

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:

- 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. 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.

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).

Aminoacizii care destabilizează α-helixul Aminoacizii au un comportament diferit vis-a-vis de posibilitatea

formării structurii secundare Prolina 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.

Aminoacizii care preferă să adopte conformaţia helixului proteic fac parte din aşa numita serie MALEK (codurile formate din prima literă a aminoacizilor: metionin ă , alanin ă , leucin ă , 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.

Prolina destabilizează α-helixul deoarece gruparea amino secundară a acesteia nu este compatibilă din punct de vedere geometric cu spirala dextrogiră a α-helixului.

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.

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 α-helixului dacă sunt prezenţi în număr crescut, şi dacă aceste R ajung adiacente in elice.

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 α- helicoidală a lanţurilor polipeptidice postulată de Pauling si Corey a fost găsită, în proporţie mai mare sau mai mică, în diverse proteine.

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

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.

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.

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. 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 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.

Structurile 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 :

În cazul proteinelor globulare, foile β prezintă întotdeauna o torsiune sau o răsucire dextrogiră faţă de scheletul polipeptidic cu 180º, contribuind la apariţia formei globulare

Structura buclei este stabilizată prin formarea unei legături de hidrogen între primul şi al treilea aminoacid

Secvenţa aminoacizilor care formează acest tip de structură cuprinde de obicei resturi de glicină şi prolină.

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.

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

Proteinele globulare sunt combinaţii de elemente structurale secundare ( α-helixuri, foi β, secvenţe nerepetitive) care formează în principal regiunea centrală sau interiorul moleculei

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

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

Proteinele 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

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.

Interacţiunile dintre radicalii R distanţaţi în secvenţa liniară determină o anumită conformaţie a lanţului polipeptidic

Structura tridimensională a unei proteine native în mediul său fiziologic este accea pentru care energia liberă a sistemului este minimă

În soluţie apoasă, structura proteinelor globulare este compactă, cu o densitate mare de atomi în centrul moleculei.

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 este stabilizată prin următoarele patru tipuri de interacţiuni:

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.

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.

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.

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.

Interacţiunile ionice

Radicalii 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.

Plierea proteinelor

Interacţiunile dintre catenele laterale ale aminoacizilor influenţează modul de pliere a lanţului polipeptidic în forma tridimensională specifică proteinei funcţionale

Plierea 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

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.

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

Plierea 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

Configurarea spaţială a proteinelor este controlată de proteine chaperon, heat shock proteins

„Chaperonele” denumite şi proteine de „ şoc termic” ( heat shock proteins) a căror sinteză este crescută când temperatura creşte sau

în alte stări de stress celular (variaţii de pH sau osmolaritate) sau proteine însoţitoare interacţionează cu polipeptidele în diverse etape ale procesului de pliere

Unele dintre chaperone au rolul de a stabiliza configuraţia nepliată a proteinelor până la finalizarea sintezei acesteia sau pot avea rol de catalizator prin accelerarea etapelor finale ale procesului de pliere

Alte chaperone protejează proteinele în cursul plierii, prevenind blocarea regiunilor vulnerabile ale acestora în legături neproductive.

În mod curent, se utilizează denumirea prescurtată Hsp la care se adaugă o cifră corespunzătoare masei moleculare exprimată în kDa (exemplu Hsp- 70)

O 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

Un exemplu de chaperonă care intervine în definitivarea structurii unei proteine celulare este GRP 70= BIP (binding immunoglobulin protein)

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.

Domeniile proteice sunt unităţi funcţionale şi structurale tridimensionale fundamentale ale polipeptidelor

Lanţurile polipeptidice cu un număr mai mare de 200 aminoacizi conţin două sau mai multe domenii

Centrul unui domeniu este alcătuit din combinaţii de elemente structurale suprasecundare (mozaicuri)

Plierea lanţului polipeptidic la nivelul unui domeniu se desfăşoară independent de plierea care are loc la nivelul altor domenii

Fiecare domeniu are caracteristicile unei proteine globulare mici, compacte, care din punct de vedere structural este independentă de restul domeniilor unui lanţ polipeptidic.

Denaturarea proteinelor

Este un proces care determină deplierea şi dezorganizarea structurilor secundară şi terţiară ale acestora, procese care nu se însoţesc de hidroliza legăturilor peptidice

Exemple de agenţi denaturanţi sunt: căldura, solvenţii organici, acizii şi bazele tari, detergenţii şi ionii metalelor grele, cum ar plumbul şi mercurul

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.

Solubilitatea proteinelor

Proteinele globulare sunt solubile în apă, iar cele fibrilare nu sunt. Soluţiile unor săruri ale metalelor uşoare influenţează solubilitatea proteinelor (NaCl, Na2SO4, MgCl2, (NH4)2SO4

Soluţiile saline diluate enumerate anterior sunt favorabile dizolvării globulinelor. La concentraţii mari ale sărurilor din soluţie poate avea loc precipitarea globulinelor

Un exemplu clasic şi utilizat în laboratoarele clinice este cel al salifierii (reacţia cu sulfat de amoniu) albuminelor şi globulinelor

Globulinele precipită când soluţia este semiaturată cu sulfat de amoniu, iar albuminele când soluţia este aproape saturată.

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.

Protomerii 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

Structura 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.

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

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

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.

Multe enzime intracelulare sunt oligomeri şi pot hetero-sau homomultimerice (tubulina este un dimer, hemoglobina este un tetramer)

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.

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.

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.

In vitro, s-a demonstrat cu enzimă purificată că subunitatea α catalizează reacţia: Indol glicerol fosfat indol + gliceraldehid 3-fosfat

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.

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

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

În 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

Acumularea acestor agregate spontane de proteine, denumite amiloizi, este implicată în multe afecţiuni degenerative, boala neurodegenerativă Alzheimer.

Componenta 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

Cristalografia cu raze X şi spectroscopia în infraroşu certifică prezenţa unei conformaţii caracteristice de foi pliate β în fibrile neramificate

Amiloidul este neurotoxic şi reprezinta evenimentul patogenic central care produce deficienţa cognitivă caracteristică maladiei Alzheimer

Peptidele Aβ se agregă, generând amiloidul din parenchimul cerebral şi din jurul vaselor sangvine

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)

Varianta normală a acestei proteine intervine în asamblarea structurilor microtubulare, fiind aparent blocată proteina τ aberantă

Ghemurile neurofibrilare patologice din interiorul neuronilor sunt constituite din agregate de proteină "tau", datorită unui proces de hiperfosforilare

Beta-amiloidul este o peptidă ce rezultă dintr-o proteină precursoare, Amyloid-Precursor-Protein (APP), inserată pe membrana celulară

Beta-amiloidul, în formă oligomerică insolubilă, este citotoxic şi alterează homeostazia ionilor de calciu, inducând astfel procesul de apoptoză (moarte celulară programată)

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.

Bolile prionice

Denumirea 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

Toate 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

Prionul 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

Una dintre încălcările dogmei centrale a geneticii o reprezintă, fără îndoială, modul de viaţă al particulelor infecţioase proteice, numite, generic, prioni (proteinaceous infectious particles).

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 convenţional (ADN sau ARN). Se presupune că informaţia lor genetică este stocată în structura terţiară a proteinei.

Proteina 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

Forma 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.

Între 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

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.

În 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.

Experimental, 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

În 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.

Se întâlnesc la enzime care se asociază alcătuind ansamble multimoleculare sau multienzimatice

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 caare reprezintă structura complet pliată şi funcţională a unei proteine (enzimă activă sau o proteină structurală)

2. Structura tridimensională unică a conformaţiei native este determinată de structura primară a proteinei respective.

3. 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

4. În plus, o clasă specială de proteine denumite „chaperone”, intervine în plierea corectă a multor tipuri de proteine.

4. Denaturarea proteinelor determină deplierea şi dezorganizarea structurilor proteice, dar nu produce hidroliza legăturilor peptidice. Denaturarea poate fi reversibilă sau, mult mai frecvent, ireversibilă

5. 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

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

În 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.

Proteine înrudite ce evidenţiază relaţia structură-func ţie

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

Rolul 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.

Structur a şi funcţia Hb, Mb

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?

Pe lângă aceste patru legături fierul hemului poate forma două legături suplimentare de fiecare parte a inelului porfirinic care este un plan

În 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.

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-CH2-COOH (P)

Hemoglobina se găseşte numai în hematii şi are rolul de a transporta oxigenul la nivel pulmonar în capilarele tisulare

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 α-helicale şi o unitate de legare a hemului similară celei descrise în cazul mioglobinei.

Cu toate acestea, molecula tetramerică a hemoglobinei este mult mai complexă decât mioglobina

Hemoglobina 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

Capacitatea hemoglobinei de a lega oxigenul este reglată de interacţiunea cu efectorii alosterici.

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 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.

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.

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

Deoarece atomul de fier este legat şi de histidina proximală (F8), se înregistrează o mişcare a lanţurilor globinei care modifică interfaţa dintre dimerii αβ.

Forma T. Deoxihemoglobina este denumită şi forma „T” sau forma întinsă, „tensionată” a hemoglobinei.

Cei doi dimeri interacţionează prin intermediul unei reţele de legături ionice şi punţi de hidrogen care reduc mobilitatea lanţurilor polipeptidice.

Forma T reprezintă varianta de hemoglobină cu afinitate redusă pentru oxigen.

Forma R. Legarea oxigenului la hemoglobină determină ruperea anumitor legături ionice şi punţi de hidrogen dintre dimerii αβ

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.

Mioglobina se găseşte în muşchiul cardiac şi striat, având rol de rezervor şi transportor de oxigen, asigurând rata de difuziune a oxigenului în fibra musculară

Este o hemoproteină formată dintr-o globină specifică şi hem

Globina 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

Această omologie biochimică permite utilizarea mioglobinei ca model pentru interpretarea anumitor proprietăţi complexe ale hemoglobinei

Componenta α-helicală

Mioglobina este o moleculă compactă al cărei lanţ polipeptidic este pliat în proporţie de 80%, în opt segmente α-helicale, marcate prin litere, A- H

Acestea 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.

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

Aminoacizii polari sunt localizaţi aproape exclusiv la suprafaţa moleculei, unde pot forma punţi de hidrogen atât între ei cât şi cu moleculele de apă.

Legarea oxigenului la Mb şi Hb

Curba de saturare cu oxigen a mioglobinei are formă de hiperbolă

Acest fapt reflectă faptul că mioglobina leagă reversibil o singură moleculă de oxigen

În 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.

Legarea 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

Acest 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.

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

Interacţiunea acestora cu un situs al moleculei de hemoglobină afectează procesul de legare a oxigenului la grupările hem cu localizare moleculară diferită

Capacitatea de legare a oxigenului de mioglobină nu este influenţată de efectori alosterici.

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

Procesul 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

La 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.

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

Interpretarea aspectului sigmoidal al curbei de disociere a oxigenului

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

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

2. 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.

3. Acţiunea 2,3 DPG. Este un metabolit al glicolizei format în hematii, iar legarea de Hb determină, indirect eliberarea O2 la ţesuturi.

3. 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.

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(dezoxiHb) + O2

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

2,3 DPG este îndepărtat în cursul procesului de oxigenare a Hb.

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

Afinitatea redusă permite disocierea eficientă a O2 de Hb la presiunea scăzută a O2 din ţesuturi

2,3 DPG

În 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

Creşterea [2,3 DPG] induce scăderea afinităţii pt O2 a Hb şi permite cedarea unei cantităţi mai mari de oxigen în capilarele tisulare

În cazul sângelui transfuzat, conservarea sg pe suport de citrat determină scăderea 2,3 DPG în hematii

Sg 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

Statusul pacienţilor cu afecţiuni severe poate fi grav compromis în urma administrării unei cantităţi crescute de sânge spoliat de 2,3 DPG

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.

Izoformele hemoglobinei

La 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

Izoenzimele sunt enzime cu structură primară diferită care catalizează aceeaşi reacţie şi care sunt codificate de gene diferite. O parte dintre ele rezultă din splicing-ul alternativ al pre-mARN formând diferite mARN-uri. mARN este matriţa finală a acidului nucleic utilizată în sinteza proteică.

Izoformele hemoglobinei reprezintă un exemplu de modificare apărută în perioada embrionară şi fetală

Hemoglobina fetală HbF este exprimată în ultimul trimestru de sarcină până la naştere când este înlocuită de HbA

HbF este formată din două lanţuri polipeptidice α şi două γ în comparaţie cu HbA ce conţine două lanţuri α şi două β.

În stadiile de dezvoltare embrionară sunt produse lanţuri polipeptidice α ε şi ζ cu o compoziţie diferită în aminoacizi

Diferenţele apar din cauza mutaţiei unei gene α duplicate, rezultând lanţul ζ

Atât 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

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.

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.

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

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

CO2 (carbamino-Hb)

Hb fixează CO2 pe un aminoacid al extremităţii C- terminale al unui lanţ , favorizând forma T

NO

Moleculă vasodilatatoare cu o afinitate pentru Hb de 8000 ori mai mare faţă de cea a oxigenului.

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

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:

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+

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 gamma-globulinelor 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

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

Între Ag si Ac au loc interactiuni:

Hidrofobe

Necovalente

Legaturi de hidrogen

cu grad inalt de specificitate

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 dehistamina)

-IgD: in plasma integrate in mb limfocitelor z

-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

Proteinele fibrilaresunt protein formate din mai multe lanturi polipeptidice

Spre deosebire deproteinele globulare oligomere, au pe toata lungimea lor un singur tip de structura secundara si se dispun fie sub forma de fibre, fie sub forma de foi cu lungime mare

Pot avea rol protector (piele), de legare(tendoane), de support (oase) sau in miscare (muschi)

Se caracterizeaza prin:

-rezistenta mecanica mare

-insolubilitate in apa si in solutii saline diluate

Colagenul-Definitie, distributia in tesuturi, structura, tipuri de collagen, patologie asociata formarii colagenului anormal

D.p.d.v. structural este o glicoproteina fibrilara cu structura secundara specifica

D.p.d.v. functional

-confera rezistenta –componenta a matricei extracelulare

-asigura integritatea structural a tesuturilor

COLAGENUL-biosinteza

Formarea superhelixului de colagen. Etape:

1. Sinteza lanturilor alfa; Hyp si Hyl nu corespund codonilor din mARN transcrisi din AND

2. In prezenta enzimelor lizil-hidroxilaza si prolil-hidroxilaza, O2, Fe, acid ascorbic (activator) si alfa-cetoglutaric 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

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

Maimulte molecule de tropocolagen se asociaza cap la coada si lateral (cu un decala de ¼ din lungimea moleculei ) pt a forma o microfibrila stabilizata prin legaturi covalente , detip hidroxipiridiliu (realizate intre 2 hidrozilizine si o lizina aflate in moleculele invecinate de tropocolagen

Intre moleculele asezate cap la coada exista un spatiu de aprox. 40 nm in care in cazul tesutului osos se insera cristale de hidroxiapatita Ca(OH)2-3Ca3(PO4)2

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, biosinteza colagenului poate fi redata astfel:

Alte boli ale colagenului

Scorbut

-cauza: lipsa vitaminei C=cofactorul prolil si lizil-hidroxilazelor

-efecte: colagenul format este mai putin stabil la temperatura normal a corpului

-semne clinice: dezvoltare defectuasa a scheletului, fragilitate capilara

Colagenul are un timp injumatatire (t ½) de cateva luni

Se cunosc situatii in care colagenul se degradeaza (sub actiunea colagenesterazelor) si se resintetizeaza mai rapid, ex: involutia uterului dupa nastere, vindecarea ranilor

In mod normal exista un echilibru intre degradare (colagenoliza) si sinteza

Dozarea, in plasma sau urina, a hidroziprolinei rezultate prin colagenoliza prezinta seminificatie diagnostic in paratiroidism si unele boli osoase

Dozarea propeptidelor si a heterociclurilor(deoxipiridiliu) rezultate prin hidroliza colagenului din oase ofera informatii despre porcesul de osteoliza.

Keratina

D.p.d.v. structural este o proteina fibrilara

D.p.d.v. al rolului biologic confera rezistenta mecanica stratului cornos al epidermei si al organelor externe associate: par, unghii

Keratina-structura

Unitatea structurala de baza=protofibrila

Protofibrila= 2 suprahelixuri care formaza un “cablu rasucit” cu sensul de rasucire catre dreapta

Suprahelixul=2 lanturi paralele, spiralate unul in jurul celuilalt cu sensul de rasucire catre stanga

Cele 2 lanturi polipeptidice au:

-strucutra primara caracterisitica care consta in repetarea de n ori a unei secvente formate din 7 AA (a-b-c-d-e-f-g)n unde a si d sunt aminoacizi hidrofobi iar ceilalti sunt predominant hidrofili, frecvent cisteina.

-structura secundara α-helicoidala cu sensul de rasucire spre dreapta (aproape pe toata lungimea lantului)

Protofibrila este stabilizata prin:

-interactiuni van der Waals stabilite intre AA a si d si intre cele doua α-helixuri

-numeroase punti disulfidice

Keratina formarea micro si macro fibrelor

- Mai multe protofibrile (8 sau 11) se asociaza si formeaza o microfibra cu aspect cilindric si stabilizata prin legaturi disulfidice

- Cresterea numarul puntilor disulfidice determina rigidizarea respective scaderea extensibilitatii microfibrei

- Mai multe microfiber cimentate de o matrice proteica amorfa cu continut mare de sulf formeaza o macrofibra

- Firul de par este format din pachetede cellule moarte care la randul lor contin pachete de macrofibreOdularea artificiala a parului= tratare cu agenti reducatori ex: acid tiolactic (care desface puntile disufidice) urmata de intinderea parului pe bigudiuri si apoi tratarea cu agent oxidant. Ca urmare se formeaza alte legaturi disulfidice care stabilizeaza noua forma a parului

Prin intindere “spirala spiralata” se desrasuceste dar isi recapata conformatia initiala dupa intinderea fortei externe. Duce ce se desfac cateva legaturi disufidice poate fi intinsa prin aplicare unei calduri umede pana la dublarea lungimii. Acest fapt are la baza transformarea in β-keratina, respective transformarea structurii secundare de tip α-helix in foaie pliata β.

Elastina-strctura si rol

Structura primara: frecvent Gly(30%) , Pro(10%) Val, Ala

Structura tertiara si cuaternar: mai multe molecule de elastina cu structura neordonata formeaza o retea stabilizata prin legaturi transversal

Rol: component fibrelor elastic din artere, piele, alveole pulmonare etc.

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

Condensarea 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.

Rolul α1- antitripsinei în degradarea elastinei

Sintetizata in ficat, concentratia serica 260 mg/dl α1-antitripsina

Inhibitor de proteaza, protejeazatesuturilede actiunea tripsinei si elastazei leucocitare

Altiinhibitoride proteaze: alfa 2macroglobulina, alfa2 antiplasmina antitrombina

Mecanismul de actiune al proteazelor:)) Protectia contra actiunii proteazelor

Proteaze:

Deficit genetic:

Sinteza diminuata/absenta

Molecule sechestrate in ficat, instabile, degradate in circulatie

Modificari dobandite:

-scaderi-soc toxicoseptic-consum

-cresteri-inreactia de faza acuta