As funções de muitas proteínas envolvem a ligação reversível de outras moléculas - ligandos

Transcrição

1 Função de proteínas

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3 As funções de muitas proteínas envolvem a ligação reversível de outras moléculas - ligandos

4 Um ligando liga-se ao local de ligação que lhe é complementar. A interacção é específica. Pode haver vários locais para diferentes ligandos.

5 As proteínas são flexíveis. Alterações conformacionais são essenciais para a função de muitas proteínas.

6 A ligação a um ligando induz uma alteração conformacional ligação mais eficaz - encaixe induzido

7 Numa proteína multimérica, uma alteração numa subunidade geralmente afecta a conformação das outras subunidades. As interacções entre os ligandos e as proteínas podem ser reguladas.

8 Proteínas de ligação ao oxigénio Mioglobina Hemoglobina

9 Fornecimento de um fluxo contínuo de oxigénio Sistema circulatório O 2 pouco solúvel em solução aquosa Moléculas transportadoras de O 2 Hemoglobina (eritrócitos) Mioglobina (músculo) Ferro ligação reversível ao oxigénio

10 Hemo unidade não proteica, necessária à ligação do oxigénio grupo prostético Protoporfirina IX Heme Fe -protoporfirina IX

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12 O átomo de Fe está no estado ferroso (Fe 2+ )

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14 O grupo hémico visto de lado. Resíduo de histidina Plano da protoporfirina

15 Mioglobina

16 Um hemo ferroso isolado liga-se ao O 2, mas é rapidamente oxidado a hemo férrico que já não se liga ao O 2. Muro protector condiciona a aproximação de ligandos A histidina distal (E7) e outros resíduos que rodeiam a 6ª posição de coordenação impedem estereoquimicamente a formação de uma "sanduíche" hemo-o 2 -hemo, intermediário da oxidação de Fe (II) a Fe(III) - inactivo para a coordenação de O 2.

17 A ESTRUTURA DA PROTEÍNA AFECTA O MODO DE LIGAÇÃO DOS LIGANDOS A mioglobina (hemoglobina) sofre oxigenação (oxidação parcial do átomo de Fe) em vez de oxidação simples, devido a impedimentos estéreos.

18 O ângulo de ligação do átomo de oxigénio ao hemo é facilmente acomodado pela mioglobina O O 2 está ligado por uma ponte de H à histidina distal facilitando a ligação

19 Um hemo isolado em solução aquosa tem x mais afinidade para o CO do que para o O 2. A mioglobina (hemoglobina) tem apenas cerca de 200x mais afinidade para o CO do que para o O 2. O CO liga-se ao hemo isolado, perpendicularmente ao plano do anel porfirina.

20 Como é que as proteínas suprimem a preferência inata do hemo pelo CO? O N N H O His E7 N N H O C C O Fe Fe Fe N N N N N His F8 N interacção forte Interacção + fraca Interacção mais favorável A coordenação do CO linear com o Fe é impedida estereoquimicamente pela histidina distal E7

21 A ligação do CO ao hemo força a adopção de um ângulo pois o arranjo perpendicular é impedido pela histidina distal. Este efeito enfraquece a ligação do CO à mioglobina (hemoglobina). A FUNÇÃO DE UM GRUPO PROSTÉTICO É MODELADA PELO SEU AMBIENTE PEPTÍDICO.

22 A ligação do O 2 ao hemo na mioglobina depende também de movimentos moleculares na estrutura da proteína. São produzidas cavidades transientes na estrutura da proteína onde o oxigénio se move.

23 As interacções proteína-ligando podem ser descritas quantitativamente Ө - fracção de locais ocupados P + L PL Ka = [PL]/[P].[L] = 1/Ka = Kd Curva que descreve a ligação do oxigénio à mioglobina

24 P 50 ou Kd corresponde à constante de dissociação do oxigénio do complexo oxigénio-mioglobina quando a proteína tem metade dos locais preenchidos. Quanto mais fortemente uma proteína se liga a um ligando mais baixo é o valor de K d. Constantes de dissociação de algumas proteínas

25 A hemoglobina transporta o oxigénio no sangue No sangue arterial a hemoglobina está 96% saturada com oxigénio. No sangue venoso a hemoglobina está 64% saturada com oxigénio.

26 Comparação das estruturas da mioglobina e da subunidade β da hemoglobina Grupo hémico Mioglobina Subunidade β da hemoglobina

27 A mioglobina e a hemoglobina evoluíram a partir de um antepassado comum A estrutura das subunidades da mioglobina de várias espécies é semelhante às subunidades da hemoglobina humana.

28 As hemoglobinas e o desenvolvimento Adultos : hemoglobina A 2α; 2β A1 2α; 2δ Embriões: 2ζ; 2ε Fetos: hemoglobina F 2α; 2γ 2α; 2β

29 A hemoglobina sofre uma mudança estrutural quando se liga ao oxigénio T R O oxigénio tem mais afinidade para conformação R

30 A ligação do oxigénio muda a conformação do hemo T R

31 A ligação do oxigénio provoca uma deslocação da cadeia de uma subunidade O movimento é transmitido às outras subunidades.

32 Curva de ligação do oxigénio à hemoglobina O oxigénio liga-se cooperativamente à hemoglobina Curva de ligação sigmóide (cooperativa) po 2 nos tecidos Estado de alta afinidade po 2 nos pulmões Transição de baixa para alta afinidade A hemoglobina sofre uma transição de um estado de baixa afinidade(t), para um de alta afinidade (R) à medida que mais moléculas de O 2 se ligam. Estado de baixa afinidade

33 A hemoglobina é uma proteína alostérea - proteína em que a ligação de um ligando a um local afecta as propriedades de ligação de outro local na mesma proteína. Ligandos reguladores (positivos ou negativos) Interacção homotrópica - o ligando normal é o regulador Interacção heterotrópica ligando e regulador são diferentes. O oxigénio é um regulador homotrópico

34 A hemoglobina também transporta H + e CO 2 A ligação de H + e CO 2 está inversamente relacionada com a ligação ao oxigénio efeito de Bohr HHb + + O 2 HbO 2 + H + Os protões ligam-se a cadeias laterais de aa. Ex. histidina

35 Efeito do ph na ligação do oxigénio à hemoglobina O ph do sangue nos pulmões é 7,6 e nos tecidos é 7,2

36 O CO 2 produzido nos tecidos é hidratado nos eritrócitos, para formar bicarbonato numa reacção catalisada pelo enzima anidrase carbónico: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - A hidratação resulta numa diminuição de ph nos tecidos Libertação de oxigénio

37 Nos pulmões, HHb + + O 2 HbO 2 + H + O excesso de protões desloca o equilíbrio da reacção de hidratação para a esquerda, permitindo a formação de CO 2 que é expirado. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 -

38 A hemoglobina também se liga ao CO 2 de um modo inversamente relacionado com a ligação ao oxigénio. O CO 2 liga-se como grupo carbamato aos grupos amina terminais de cada cadeia polipeptidica de globina. CO 2 + H 2 N- R - OOC NH R + H + res. N-terminal res. Carbamino-terminal Nesta reacção produzem-se protões que também contribuem para o efeito de Bohr.

39 A ligação ao oxigénio à hemoglobina é regulada pelo 2,3-bifosfoglicerato (BPG) Modulação alostérea heterotrópica HbO 2 + BPG HbBPG + O 2 Quanto mais elevada for a concentração de BPG mais favorecida é a forma desoxigenada da hemoglobina.

40 Efeito do BPG na ligação do oxigénio à hemoglobina A aclimatação a altitudes elevadas, envolve aumento de níveis de BPG nas células. po 2 nos tecidos po 2 nos pulmões (4500 m) po 2 nos pulmões (nível do mar) A concentração de BPG no sangue normal: Nível do mar ~ 5 mm Altitudes elevadas ~8 mm

41 O BPG liga-se à hemoglobina na cavidade entre as subunidades β no estado T. A cavidade tem aa com cargas + que interagem com as cargas - do BPG. O BPG diminui a afinidade da hemoglobina para o oxigénio porque estabiliza o estado T.

42 Exemplos de regulação da afinidade do oxigénio para a hemoglobina: A aclimatação a altitudes elevadas, envolve aumento de níveis de BPG nas células. A hemoglobina fetal tem mais afinidade para o oxigénio do que a hemoglobina maternal, porque tem menos afinidade para o BPG.

43 Glóbulos vermelhos normais

44 Glóbulos vermelhos com formas variadas na anemia falciforme

45 Anemia falciforme: doença molecular da hemoglobina. A alteração de um aminoácido tem um efeito devastador! A hemoglobina (S) quando desoxigenada forma polímeros insolúveis que se agregam em fibras A hemoglobina S contém valina em vez de glutamato na posição 6 das cadeias β.

46 Hemoglobina normal e na anemia falciforme Hemoglobina A Hemoglobina S

47 Interacção entre moléculas Formação de cadeias

48 Formação de cadeias Alinhamento e cristalização (formação de fibras)