BIAŁKA TRANSPORTOWE BIAŁKA OBRONNE PRZECIWCIAŁA BIAŁKA HSP. dr hab. prof. AWF Agnieszka Zembroń-Łacny

Transkrypt

1 BIAŁKA TRANSPORTOWE BIAŁKA OBRONNE PRZECIWCIAŁA BIAŁKA HSP dr hab. prof. AWF Agnieszka Zembroń-Łacny Zamiejscowy Wydział Kultury Fizycznej w Gorzowie Wlkp. Akademii Wychowania Fizycznego w Poznaniu

2 HEMOGLOBINA (HB) obecna w erytrocytach odpowiada za transport tlenu, dwutlenku węgla, tlenku azotu, regulację ph (efekt Bohra) zwiększa zdolność 1 litra krwi do przenoszenia tlenu z 5 do 250 ml tlenu MĘŻCZYŹNI Hb14-18 mg/dl KOBIETY Hb mg/dl jeden erytrocyt transportuje 250 mln cząsteczek O 2

3 BIAŁKA PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA FUNKCJE 1. Białka strukturalne np. kolagen, spektryna, dystrofina 2. Białka transportowe np. Hb, Mb, GLUT, ATPaza Na + K + 3. Białka ochronne np. przeciwciała, MHC 4. Białka molekularne przyzwoitki Hsp (ang. molecular chaperone) 5. Białka regulatorowe np. insulina, glukagon, erytropoetyna, kortyzol, testosteron, cytokiny, czynniki transkrypcyjne 6. Białka katalityczne - enzymy 7. Białka zapasowe np. albumina, zeina 8. Białka kurczliwe-motoryczne np. miozyna, aktyna

4 STRUKTURA HEMOGLOBINY (574 aa): 2 łańcuchy globiny 2 łańcuchy globiny 4 cząsteczki hemu 1962 r. Nagroda Nobla: Max Perutz za badania nad strukturą i mechanizmem działania hemoglobiny

5 HEM GRUPA PROSTETYCZNA HB: 1. część organiczna protoporfiryna zbudowana z 4 grup pirolowych 2. część nieorganiczna atom żelaza Fe 2+ umieszczony w centrum pierścienia porfiryny umożliwia wiązanie cząsteczek tlenu O 2 3. podczas wiązania i oddawania tlenu stopień utlenienia żelaza się nie zmienia!

6 GRUPA PROSTETYCZNA: HEM CH 2 O 2 CH H CH 3 H 3 C H H 3 C N N Fe 2+ N N CH=CH 2 H CH 3 CH 2 H CH 2 histydyne-n CH 2 COOH CH 2 COOH biosynteza hemu zachodzi w szpiku (85%) i wątrobie (15%) substratami do syntezy hemu są bursztynylo-coa (produkt pośredni cyklu Krebsa) i glicyna (aminokwas)

7 GLOBINA histydyna proksymalna płaszczyzna hemu Przyłączenie O 2 wywołuje wsunięcie atomu żelaza w płaszczyznę pierścienia hemu! płaszczyzna hemu

8 HEMOGLOBINA - zmiany konformacyjne deoksy-hb, forma T oksy-hb, forma R widok z góry deoksy-hb, forma T oksy-hb, forma R Gdyby Hb nie wykazywała kooperatywności, to w transporcie tlenu uczestniczyłoby zaledwie 20% miejsc wiążących tlen!

9 HEMOGLOBINA - zmiany konformacyjne

10 100% % wysycenia hemoglobiny ciśnienie cząstkowe O 2 KRZYWA WYSYCENIA HEMOGLOBINY TLENEM

11 Adaptacja Hb do ilości O 2 w środowisku! robak piaskowy lama człowiek % wysycenia hemoglobiny ciśnienie cząstkowe O 2 KRZYWA WYSYCENIA HEMOGLOBINY TLENEM

12 % wysycenia hemoglobiny Adaptacja Hb do aktywności metabolicznej! człowiek małe ssaki i ptaki ciśnienie cząstkowe O 2 KRZYWA WYSYCENIA HEMOGLOBINY TLENEM

13 HEMOGLOBINA JEST BIAŁKIEM ALLOSTERYCZNYM Allosteryczność nie jest tylko właściwością enzymów!

14 REGULATORY (EFEKTORY) ALLOSTERYCZNE HEMOGLOBINY Czynniki regulujące wiązanie tlenu przez hemoglobinę dwutlenek węgla CO 2 kationy wodoru H + (ph) efekt Bohra 2,3-difosfoglicerynian (DPG)

15 DWUTLENEK WĘGLA 5 % - 30% CO 2 w połączeniu z hemoglobiną 10% CO 2 rozpuszczony w osoczu 60% CO 2 w postaci kwaśnych węglanów karbamino-hb

16 KATIONY WODORU EFEKT BOHRA CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO - 3 obniżenie ph sprzyja wiązaniu H + przez hemoglobinę, co zmniejsza powinowactwo i ułatwia oddawanie tlenu w tkankach, i na odwrót ph w aktywnym mięśniu wynosi 7,2, natomiast w płucach 7,6

17 2,3-DIFOSFOGLICERYNIAN (DPG) DPG wiąże się z hemoglobiną w formie T (deoksy-hb) i stabilizuje ją dzięki DPG hemoglobina jest bardziej skłonna do oddawania tlenu w tkankach docelowych w warunkach niedotlenienia DPG zmniejsza 26-krotnie powinowactwo hemoglobiny do tlenu poziom DPG podczas przebywania w górach wzrasta (adaptacja do wysokości)

18 Miejsce wiązania DPG w cząsteczce Hb forma T (deoksy-hb) DPG

19 HIPOKSJA w warunkach niedotlenienia hemoglobina uwalnia tlenek azotu NO tlenek azotu indukuje ekspresję 500 genów, których produkty odpowiadają za przystosowanie do hipoksji i wysiłku fizycznego: erytropoeza, angiogeneza Tybetańczycy wytwarzają 10-krotnie więcej NO niż ludzie żyjący na nizinach S-nitrozohemoglobina NO

20 HAMOWANIE TRANSPORTU O 2 PRZEZ CO wiąże się w tym samym miejscu co O 2 i uniemożliwia przyłaczenie tlenu karboksyhemoglobina tworzy się 210-razy łatwiej niż oksyhemoglobina przesuwa równowagę deoksyhb oksyhb w kierunku formy utlenionej i uniemożliwia oddawanie tlenu karboksy-hb HIPOKSJA

21 EPO: glikoproteina 166 aa ERYTROPOEZA WZROST LICZBY ERYTROCYTÓW I SYNTEZA HEMOGLOBINY

22 NATURA FAWORYZUJE NIEKTÓRYCH SPORTOWCÓW Eero Antero Mäntyranty fiński biegacz narciarski, siedmiokrotny medalista olimpijski oraz pięciokrotny medalista mistrzostw świata

23 HB POWSTAJE W ERYTROBLASTACH, PREKURSORACH DOJRZAŁYCH ERYTROCYTÓW

24 HIPOKSJA ZWIĘKSZA WYDZIELANIE EPO wzrost EPO 2-4 h od zadziałania ostrej hipoksji EPO osiąga maksymalne stężenie po 24 h, po tym czasie pomimo trwającej hipoksji jej poziom maleje w wyniku działania EPO w ciągu h pojawiają się we krwi obwodowej nowo powstałe erytrocyty i ich niedojrzałe formy - retykulocyty największą retykulocytozę obserwuje się 3-4 dni po ostrym wzroście EPO

25 Z JAKĄ GRUPĄ SPORTOWCÓW KOJARZYMY EPO?

26 MIOGLOBINA: 153 AMINOKWASY

27 KRZYWA WYSYCENIA: HEMOGLOBINA VS. MIOGLOBINA mioglobina % wysycenia tlenem hemoglobina ciśnienie cząstkowe O 2 Mioglobina wiąże i uwalnia O 2 w mięśniach wówczas, gdy ciśnienie tlenu jest bardzo niskie!

28 BIAŁKA TRANSPORTUJĄCE GLUKOZĘ GLUT

29 TRANSPORT GLUKOZY SYMPORT Na + - glukoza glukoza Na + PŁYN POZAKOMÓRKOWY błona komórkowa CYTOPLAZMA glukoza Na + K + GLUT UNIPORT ANTYPORT Na + K + -ATPaza Na + K + glukoza PŁYN POZAKOMÓRKOWY

30 GŁÓWNE TRANSPORTERY GLUKOZY TKANKA FUNKCJE GLUT1 GLUT2 Mózg, nerki, jelito grube, łożysko, erytrocyty Wątroba, komórki -trzustki, jelito cienkie, nerki Pobieranie glukozy Szybkie pobieranie i uwalnianie glukozy GLUT3 Mózg, nerki, łożysko Pobieranie glukozy GLUT4 Mięsień sercowy i szkieletowy, tkanka tłuszczowa Pobieranie glukozy stymulowane insuliną GLUT5 Jelito cienkie Absorpcja glukozy SGLT1 (transporter jednokierunkowy) Jelito cienkie i nerki Aktywne pobieranie glukozy wbrew gradientowi stężeń

31 BIAŁKA TRANSPORTUJĄCE SÓD I POTAS ATPaza Na + K +

32 ATPAZA NA + K + POMPA SODOWO-POTASOWA 3 zewnątrz 2 wewnątrz Jedna ATP-aza kosztem jednej cząsteczki ATP transportuje w ciągu sekundy 300 jonów Na + i 200 jonów K +.

33 ATPAZA NA + K + POMPA SODOWO-POTASOWA kontroluje objętość komórki niezbędna do pobudzenia nerwów i mięśni depolaryzacja błony jest siłą napędową transportu aktywnego glukozy i aminokwasów

34 PRZECIWCIAŁA komórkowa odpowiedź immunologiczna humoralna odpowiedź immunologiczna

35 BIAŁKA OCHRONNE PRZECIWCIAŁA (IMMUNOGLOBULINY) antygen IgG końce N super zmienne rejony miejsce wiążące antygen łańcuch lekki wiązania disiarczkowe tzw. zawiasy oligosacharyd łańcuchy ciężkie IgG IgD IgE IgA(dimer) IgM (pentamer)

36 PRZECIWCIAŁA WIĄŻĄC SIĘ Z INTRUZEM AKTYWUJĄC TZW. UKŁAD DOPEŁNIACZA składa się z 20 oddziaływujących ze sobą białek o właściwościach proteolitycznych stanowią 4% białek osocza aktywacja dopełniacza prowadzi do utworzenia na powierzchni intruza kompleksów niszczących błonę kompleksy tworzą pory, co prowadzi do śmierci intruza CHEMOTAKSJA OPSONIZACJA WYCHWYT BŁONOWY IgG limfocyt B

37 FAGOCYTOZA pole walki jest czyszczone przez neutrofile i makrofagi, które na drodze fagocytozy pochłaniają i rozkładają intruza komórki te dodatkowo dysponują cząsteczkami toksycznymi dla patogenów tj. reaktywnymi formami tlenu i azotu H 2 O 2 i ONOO - Neutrofil pochłaniający bakterię wąglika

38

39 SCHEMAT ODPOWIEDZI ZAPALNEJ I IMMUNOLOGICZNEJ NA WYSIŁEK FIZYCZNY

40 Muscle damage and the accumulation of white blood cells (red in colour) around and in the muscle fibre (indicated by the green membrane colour; cell nuclei are coloured blue). Gøran Paulsen Norvegian School of Sport Sciences

41 CZAPERONY MOLEKULARNE PRZYZWOITKI MOLECULAR CHAPERONES Prof. Ron Laskey, Uniwersytet w Cambridge czaperony pilnują inne białka, aby nie zbłądziły FUNKCJE: asystują przy replikacji i transkrypcji DNA (a), prawidłowym fałdowaniu się nowych białek (b) i ich transporcie do organelli (c), wydzielaniu białek poza komórkę (d) i transporcie substancji do jej wnętrza (e), biorą udział w rozbijaniu agregatów białkowych (f), aktywacji receptorów (g) i degradacji białek (h), umożliwiają funkcjonowanie tzw. kompleksów MHC (i) odpowiedzialnych za prawidłowe reakcje układu odpornościowego.

42 Czaperony są mobilizowane w odpowiedzi na: stres termiczny (Hsp, heat stress proteins) stres oksydacyjny stres mechaniczny stres energetyczny zatrucie toksynami stan zapalny Hsp10-Hsp110 Zwiększają szansę przeżycia komórki w warunkach stresu/szoku!

43 naprawianie cząsteczki białka przez czaperony polega na rozwinięciu białka w celu możliwości nowego, prawidłowego pofałdowania NAPRAWA w przypadku niemożliwości naprawy doprowadzają do proteolizy uszkodzonych białek nieprawidłowe działanie czaperonów doprowadza do agregacji białek charakterystycznych dla takich schorzeń, jak choroba Alzheimera, Creutzfelda-Jacoba Hsp90 otwarte zamknięte

44 THE RED-YELLOW COLOUR INDICATES THE ACCUMULATION OF STRESS PROTEINS IN PARTS OF A MUSCLE FIBRE WHERE DAMAGE HAS OCCURRED DURING ACTIVITY. Gøran Paulsen Norvegian School of Sport Sciences

45 ŹRÓDŁA INFORMACJI: Hames BD, Hooper NM. Biochemia; krótkie wykłady. Wyd. Naukowe PWN 2002 Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. (tłumaczenie Kokot F i wsp.). Biochemia Harpera ilustrowana. Wyd. Lekarskie PZWL 2006 Koolman J, Röhm KH. (tłumaczenie Węglarz L, Wilczok T). Biochemia ilustrowany przewodnik. Wyd. Lekarskie PZWL 2006

46 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ