Κεφάλαιο 5 Λειτουργία Πρωτεινων Flashcards
Τι γνωρίζεις για την Αντιστρεπτή Πρόσδεση Πρωτεΐνης-Προσδέματος: Πρωτεΐνες που Προσδένουν Οξυγόνο;
• Η λειτουργία των πρωτεϊνών συχνά προϋποθέτει αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια. Κάθε μόριο που προσδένεται σε μια πρωτεΐνη καλείται πρόσδεμα και η θέση στην οποία προσδένεται καλείται θέση πρόσδε σης. Οι πρωτεΐνες μπορούν να υφίστανται αλλαγές διαμόρφωσης μόλις προσδεθεί ένα πρόσδεμα, διεργασία που καλείται επαγόμενη προ- σαρμογή. Σε μια πολυμερή πρωτεΐνη, η πρόσδεση ενός προσδέματος σε μια υπομονάδα είναι δυνατό να επηρεάζει την πρόσδεση μορίων του προσδέματος στις άλλες υπομονάδες. Η πρόσδεση μπορεί να υπόκειται σε ρύθμιση.
• Η μυοσφαιρίνη περιέχει μια προσθετική ομάδα αίμης, η οποία προσδέ- νει οξυγόνο. Η αίμη αποτελείται από ένα δακτύλιο πορφυρίνης με τον οποίο είναι συντονισμένο ένα άτομο Fe²* Το οξυγόνο προσδένεται α- ντιστρεπτά στη μυοσφαιρίνη. Αυτή η απλή αντιστρεπτή πρόσδεση μπορεί να περιγραφεί με τη σταθερά σύνδεσης, Κ, ή τη σταθερά διάστασης, Κα. Για μια μονομερή πρωτεΐνη, όπως η μυοσφαιρίνη, το κλάσμα των θέσεων πρόσδεσης που είναι κατειλημμένες από το πρόσδεμα εξαρτάται από τη συγκέντρωση του προσδέματος. Αυτή η σχέση αποδίδεται διαγραμματικά με μια καμπύλη σε σχήμα υπερβολής
• Η φυσιολογική αιμοσφαιρίνη του ενηλίκου έχει τέσσερις υπομονάδες που περιέχουν αίμη, δύο α και δύο β, δομικά παρόμοιες τόσο μεταξύ τους, όσο και με τη μυοσφαιρίνη. Η αιμοσφαιρίνη υφίσταται σε δύο αλληλομετατρεπόμενες δομικές καταστάσεις, που καλούνται Τ και R. Η κατάσταση Τ είναι πιο σταθερή όταν απουσιάζει το οξυγόνο. Η πρόσδεση του οξυγόνου προάγει τη μετάβαση στην κατάσταση R.
Η πρόσδεση του οξυγόνου στην αιμοσφαιρίνη είναι αλλοστερική και συνεργατική. Μόλις σε μια θέση πρόσδεσης προσδεθεί Ο2, η αιμοσφαιρίνη υφίσταται αλλαγές διαμόρφωσης που επηρεάζουν τις άλλες θέ- σεις πρόσδεσης. Αυτό είναι ένα παράδειγμα αλλοστερικής συμπεριφο- ράς. Οι αλλαγές διαμόρφωσης ανάμεσα στις καταστάσεις Τ και R, οι οποίες μεσολαβούνται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υπομονάδων, οδηγούν σε συνεργατική πρόσδεση. Η συνεργατική πρόσδεση περι- γράφεται με μια σιγμοειδή καμπύλη κι αναλύεται μ’ ένα διάγραμμα Hill.
• Δύο κύρια μοντέλα έχουν προταθεί για να ερμηνεύσουν τη συνεργατι- κή πρόσδεση των προσδεμάτων σε πολυμερείς πρωτεΐνες, το συνδυα στικό και το διαδοχικό.
• Η αιμοσφαιρίνη προσδένει, επίσης, Η’ και CO2. Αυτό οδηγεί στη δημιουργία ιοντικών ζευγών που σταθεροποιούν την κατάσταση Τ κι ελατ- τώνουν τη συγγένεια της πρωτεΐνης για το οξυγόνο (επίδραση Bohr). Η πρόσδεση του οξυγόνου στην αιμοσφαιρίνη επίσης ρυθμίζεται από το 2,3-διφωσφογλυκερινικό, το οποίο προσδένεται στην κατάσταση Τ και τη σταθεροποιεί.
• Η δρεπανοκυτταρική αναιμία είναι γενετική νόσος που προκαλείται από αντικατάσταση ενός αμινοξέος (Glu → Val) σε κάθε β αλυσίδα της αιμοσφαιρίνης. Η αλλαγή δημιουργεί μια υδρόφοβη κηλίδα στην επιφάνεια της πρωτεΐνης που προωθεί τη συνάθροιση των μορίων της αιμοσφαιρίνης σε δεσμίδες ινών. Αυτή ο ομόζυγη κατάσταση προκαλεί σημαντικά προβλήματα στους ασθενείς.
Τι γνωρίζεις για τις Συμπληρωματικές Αλληλεπιδράσεις Μεταξύ Πρωτεϊνών και Προσδεμάτων: Ανοσοποιητικό Σύστημα και Ανοσοσφαιρίνες;
• Η άνοση απάντηση διαμεσολαβείται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ εξειδικευμένων λευκοκυττάρων και των πρωτεϊνών που σχετίζονται με αυτά. Τα Τ-λεμφοκύτταρα παράγουν υποδοχείς των Τ κυττάρων, ενώ τα Β-λεμφοκύτταρα παράγουν ανοσοσφαιρίνες. Σε μια διεργασία γνωστή ως επιλογή κλώνων, τα βοηθητικά Τ κύτταρα επάγουν τον πολλαπλα- σιασμό των Β κυττάρων και των κυτταροτοξικών Τ κυττάρων, τα οποία παράγουν ανοσοσφαιρίνες, ή τον πολλαπλασιασμό των υποδοχέων των Τ κυττάρων (T cell receptors) που προσδένουν ένα ειδικό αντιγόνο.
• Ο άνθρωπος έχει πέντε τάξεις ανοσοσφαιρινών, η καθεμία με διαφο- ρετική βιολογική λειτουργία. Πιο άφθονη είναι η ανοσοσφαιρίνη IgG, μια πρωτεΐνη σχήματος Υ με δύο βαριές και δύο ελαφριές αλυσίδες. Οι περιοχές κοντά στα άνω άκρα του Υ είναι υπερμεταβλητές και σχηματίζουν δύο θέσεις πρόσδεσης αντιγόνου.
• Μια ορισμένη ανοσοσφαιρίνη γενικά προσδένεται σε ένα μόνο τμήμα, γνωστό και ως επίτοπο ενός μεγάλου αντιγόνου. Η πρόσδεση συχνά περιλαμβάνει μια μεταβολή διαμόρφωσης στην IgG, μια επαγόμενη προσαρμογή στο αντιγόνο.
• Η εκπληκτική ειδικότητα πρόσδεσης των ανοσοσφαιρινών αξιοποιείται σε τεχνικές ανάλυσης όπως η ELISA και η ανοσοαποτύπωση
Τι γνωρίζεις για τις Αλληλεπιδράσεις Μεταξύ Πρωτεϊνών που Ρυθμίζονται από τη Χημική Ενέργεια: Ακτίνη, Μυοσίνη και Μοριακοί Κινητήρες
• Αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-προσδέματος επιτυγχάνουν έναν αξιοση- μείωτο βαθμό χωροχρονικής οργάνωσης στις πρωτεΐνες-κινητήρες. Η μυϊκή συστολή επέρχεται από ενορχηστρωμένες αλληλεπιδράσεις με- ταξύ μυοσίνης-ακτίνης, οι οποίες είναι συζευγμένες με την υδρόλυση της ΑΤΡ από τη μυοσίνη.
• Η μυοσίνη αποτελείται από δύο βαριές και τέσσερις ελαφριές αλυσί- δες, οι οποίες σχηματίζουν μια ινώδη περιοχή με δομή σπειροειδούς σπειράματος (ουρά) και μια σφαιρική περιοχή (κεφαλή). Τα μόρια της μυοσίνης οργανώνονται σε παχιά ινίδια που ολισθαίνουν πέρα από λε- πτά ινίδια ακτίνης. Η υδρόλυση της ΑΤΡ στη μυοσίνη είναι συζευγμένη με μια σειρά αλλαγών διαμόρφωσης στην κεφαλή της μυοσίνης, η οποία οδηγεί σε διάσταση της μυοσίνης από μια υπομονάδα F-ακτίνης και πρόσδεσή της σε μια άλλη, πιο απομακρυσμένη αντίστοιχη υπομο- νάδα πάνω στο λεπτό ινίδιο. Συνεπώς, η μυοσίνη ολισθαίνει κατά μή- κος των ινιδίων της ακτίνης.
• Η μυϊκή συστολή διεγείρεται από την απελευθέρωση ιόντων Ca²+ από το σαρκοπλασματικό δίκτυο. Τα ιόντα Ca²+ προσδένονται στην τροπονίνη, αλλάζοντας τη διαμόρφωση των συμπλόκων της με την τροπομυοσίνη. Αυτό πυροδοτεί τον κύκλο των αλληλεπιδράσεων ακτίνης- μυοσίνης.
