Ruolo chiave nella Protein Science Cristallizzata nel 1840 Handbook of Hb crystals 1909 (Reichert & Brown)

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1 Mb & Hb

2 EMOGLOBINA Ruolo chiave nella Protein Science Cristallizzata nel 1840 Handbook of Hb crystals 1909 (Reichert & Brown) 1 proteina caratterizzata t in ultracentrifuga t 1 proteina a funzione fisiologica definita 1 proteina dimostrata coinvolta olta in malattia a molecolare dovuta ad una mutazione Sviluppo teorie sulla allosteria 1 proteina studiata con raggi-x enzima onorario

3 Diffusione di O 2 in liquidi Inversamente proporzionale a 1/r 2 Solub. O 2 nel plasma ca. 0.1 mm Sangue intero (150 mg/ml Hb) O 2 10 mm Emocianine (Cu) Eritrocruorine (Fe non-eme) Mb

4 Concetti base Funzioni di Mb Curve di saturazione O 2 per Mb e Hb p 50 Equazioni di Hill Signifcato di n (Hill)

5 Page 321 Il gruppo eme: Fe-protoporfirina IX

6 Page 322 Spettri di assorbimento di Hb

7 Curve di saturazione di O 2 in Hb e Mb Page 323

8 Page 324 Plot di Hill per Mb e Hb

9 Page 325 Il composto sintetico picket-fence lega O 2.

10 Immagine stereo del sito di legame di O 2 in Mb Page 329

11 Regolazione di Hb Effetto Bohr Effetto di CO 2 Effetto di Cl - Effetto di BPG

12 Effetto Bohr: azione del ph sulla affinita it di Hb per O 2 Page 325

13 Confronto tra le curve di ossigenazione di Hb-stripped ti e sangue intero Page 326

14 Page 327 Effetti di DPG e CO 2 su Hb

15 Effetti dell altitudine su p 50 e sulla concentrazione di DPG nel sangue. Page 327

16 Curve di dissociazione di O 2 per sague adattato a livello del mare (in nero) e in altitudine (in rosso). Page 327

17 The Amino Acid Sequences of the α and β Chains of Human Hemoglobin and of Human Myoglobin Page 328

18 The Amino Acid Sequences of the α and β Chains of Human Hemoglobin and of Human Myoglobin a,b Page 329

19 Page 328 Struttura 3D della mioglobina

20 Globins (In)vertebrate globins Hexa-coordinated globins Truncated globins Globin-couped sensors Mini-hemoglobin Flavo-hemoglobins Other classifications (symbiotic/not plant Hbs) Eight-helix classical globin fold (A,B,..., H)

21 Cererbratulus mini-hb (109 res.) sperm whale Mb and Clamydomonas trhb

22 Mb 3-on-3 fold trhb 2-on-2 fold CD F A

23 Among the three major forms of the Hb fold, the heme cavity is conserved in its topology and overall structure. Selected by protoporphyrin- IX stereochemistry Must select ligands of same size/shape: O 2, CO, NO

24 Unhindered heme M 4 5 (CO/O2) Mb M (CO/O2) 30 Hb M (CO/O2) 200 Hb / O 2 Mb / O μm 1 μm k on > 1 μm -1 s -1 ; k off > 10 s -1 k on 17 μm -1 s -1 ; k off 15 s -1

25 trhb fold vs. 3-on-3 fold

26 Page 330 Struttura quaternaria della deoxy-hb vista lungo l asse binario

27 Page 331 Struttura quaternaria della oxy-hb vista lungo l asse binario i

28 Interfaccia Hb Num. residui interfaccia α1 β1 35: idrofobici, H- bonds, ponti salini Trans. quaternaria Invariata T R α1 β2 19: idrofobici, H- Cambia T R bonds, ponti salini α1 α2 Pochi, polari Affacciata sul tunnel BPG β1 β2 Pochi, polari Affacciata sul tunnel BPG

29 Page 332 Differenze di struttura quaernaria tra deoxy-hb (a) e oxy-hb (b)

30 L intorno dell eme nella deoxy-hb (catene α) ) Page 333

31 Page 333 Schema del meccanismo di transizione i T R in Hb Anim_fig.22

32 Page 334 L interfaccia switch α 1 C β 2 FG di Hb in: (a) lo stato T; ;(b) lo stato R.

33 Interfaccia α 1 /β 2 zone switch e flexible joint Page 335

34 Network di legami-h al C-term delle catene deoxy-hb α H + Bohr: protona il gruppo aminoterminale Page 336

35 Network di legami-h al C-term delle catene deoxy-hb β H + Bohr Page 336

36 Legame del DPG a deoxy-hb (T) Page 339 Kin 6-3

37 Emoglobine varianti e patologiche //globin.cse.psu.edu edu

38 Page 341 Mutazioni che stabilizzano la forma Fe(III) del eme nella Hb- Boston (HisE7α Tyr)

39 Page 341 Mutazioni che stabilizzano la forma Fe(III) del eme nella Hb- Milwakee (ValE11β Glu)

40 Page 341 Fibre di HbS che emergono e o da un eritrocita ta rotto

41 Page 342 Fibre di deossi-hbs

42 Modello in sezione della fibra di HbS Page 342

43 Page 343 Contatti di ValA3β nelle fibre di HbS

44 Contatti intremoecolari nelle fibre di deossi-hbs Page 343

45 Contatto di Val 6β 2 nella tasca idrofobica Phe 85 & Leu 88 di una subunita β adiacente Page 343

46 Meccanismi di nucleazione nella formazione di fibre di HbS. Page 345

47 Modelli per l allosteria

48 Equazioni di Adair I ligandi si legano sequenzialmente alla proteina oligomerica, occupando siti ad affinita per il ligando non necessariamente uguali Definizione di costanti macroscopiche (apparenti) e costanti ti intrinseche i (microscopiche)

49 Page 347 Costanti di Adair per Hb a ph 7.0

50 Page 347 Specie e reazioni permesse dal modello a base simmetrica (MWC) dell allosteria.

51 Page 348 Curve di saturazione basate sull equazione MWC

52 Interazioni eterotropiche negative e positive secondo il modello MWC Page 349

53 Cooperativita (omotropica) negativa nel legame di ATP a GroEL

54 Differenze di modelli per riconoscimenti lock & key vs. induced d fit Page 350

55 Modello sequenziale- induced fit di allosteria (KNF) Page 350

56 Modello sequenziale- induced fit di allosteria (KNF) in Hb Page 351

57 Curve di saturazione di Hb calcolate secondo I modelli MWC e KNF Page 351

58 Summary Adair: spiega coopertaivita pos/neg. Non offre spiegazioni sulle basi molecolari del processo. MWC (simmetrico): esistono solo i due stati T e R, a bassa/alta affinita it per il lig. Il legame a R forza l oligomero in questa conformazione, che leghera altri ligandi. Estensione ad effettori eterotropici pos/neg. Non spiega effetti omotropici negativi. KNF (sequenziale): trasmissione di variazioni confromazionali da un sito ad altri. Non richiede mantenimento della simmetria