Najpogostejše hemoglobinopatije

Transcript

1 Najpogostejše hemoglobinopatije Anemija srpastih celic Malarija

2 Talasemije so napake v sestavi hemoglobina. α talasemija pomanjkanje α verige hemoglobina β-talasemija - pomanjkanje β verige hemoglobina Mutacije so v regulatornih regijah globinskih genov in ne v kodirajočem zaporedju.

3 Prenos ogljikovega dioksida in protonov s hemoglobinom oksidacija organskih hranil, npr. glukoze C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 +6H 2 O CO 2 + H 2 O HCO 3- + H + Prenos CO 2 iz tkiv v pljuča in ledvice 15-20% s Hb 80-85% kot bikarbonatni pufrski sistem In kot raztopljen CO 2 Prenos H + iz tkiv v pljuča in ledvice 40% s Hb 60% kot plazemski pufrski sistemi his H +

4 Karbamino hemoglobin Karbamino skupina Definicija v medicinskem sloverju: Spojina, sestavljena iz ogljikovega dioksida in hemoglobina, ki predstavlja eno od oblik hemoglobina v krvi. Definicija na wikipediji: Razlaga vezave ogljikovega dioksida na hemoglobin se v besedilih različne biokemijske literature razlikuje. Nekateri predpostavljajo, da se 4 molekule ogljikovega dioksida vežejo na hemoglobin, vendar ne na isto mesto kot kisik. Druga literatura razlaga, da se ogljikov dioksid sploh ne veže in da se ves prenaša po krvi (v obliki bikarbonatnega pufra). Ogljikov dioksid se lahko veže na amino skupine in tako tvori karbamino hemoglobin. Amino skupine so dostopne na N-terminalnem delu globinskih verig in na stranskih verigah lizina in arginina. Lehninger, Stryer: karbamino hemogobin je oblika hemoglobina, kjer je ogljikov dioksid vezan na N-terminalno skupino globinskih verig.

5 Funkcije proteinov (pogojene s strukturo) Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen...) Kontraktilni proteini Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze...) Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Ig) Kataliza biokemijskih reakcij (encimi) Lipoproteini, potrebni za transport lipidov po telesu

6 Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Razvijanje kromatina je prva stopnja uravnavanja izražanja genov

7 Nukleosom - osnovna enota kromatina evkariontske celice Proteinsko ogrodje nukleosoma Pogled od zgoraj (a) nukleosome povezuje prosta DNA (b) slika nukleosomov z el. mikroskopijo Struktura nukleosoma s 146 bp vezane DNA Pogled s strani

8 Nukleosom - ponavljajoča se enota kromatina Dimer H3-H4 Dimer H2A-H2B Lewin, GenesVII

9 Histoni majhni bazični proteini v jedru 5 različnih vrst pri evkariontih - H1, H2, H3, H4, H5 (M r od kda) So dobro ohranjeni med različnimi vrstami ~1/4 aminokislin histonov predstavljata Arg in Lys Bazični (pozitivno nabiti) histoni se z elektrostatskimi interakcijami vežejo na negativno nabito ogrodje DNA pozitivni naboji na radikalu lizina in arginina fosfodiestrska vez med 2-deoksi-ribozo in fosfati v DNA negativni naboji na fosfatih

10 Vrste in lastnosti histonov Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

11 Modifikacije histonskih repkov vplivajo na strukturo kromatina -Acetilacija lizina -Metilacija lizina -Fosforilacija serina

12 Potranslacijske modifikacije histonov Sodelovanje med oznakami histonov pri aktivaciji prepisovanja: (1) Metilacija arginina (mono- ali di-), fosforilacija serina, acetilacija lizina (2) Ubikvitinacija lizina, metilacija lizina Poznamo pisatelje in bralce histonskega koda. Obstajajo proteini, ki potranslacijsko spremenijo histone, kot tudi proteini, ki specifično prepoznajo oznake na histonih

13 Procesi, ki vplivajo na koncentracijo proteinov v celici

14 Prepisovanje (transkripcija): funkcionalne skupine DNA so dostopne za vezavo s funkcionalnimi skupinami (radikali) proteinov Rdeče označene skupine so primerne za vezavo

15 Primer specifične povezave med aminokislinskim ostankom in bazo v nukleinski kislini interakcije med proteini in DNA DNA vezavna mesta za transkripcijske faktorje (regulatorne proteine) so kratka (do 10 bp) dolga zaporedja, pogosto palindromi. 5 -TGACGTCA-3 3 -ACTGCAGT-5

16 AKTIVATOR PREPISOVANJA (TRANSKRIPCIJSKI FAKTOR) Protein, ki je potreben za pričetek prepisovanja, (vendar ni del RNA polimeraznega kompleksa). Veže razpoznavni DNA element. Preko protein-protein interakcij sodeluje z drugimi transkripcijskimi faktorji, s transkripcijo povezanimi faktorji ali z RNA Polimerazo. Biti mora potreben za pričetek prepisovanje z določenega promotorja ali seta promotorjev. Sestavljen iz večih funkcionalnih domen (modulov).

17 Prepisovanje genov, ki kodirajo proteine, poteka z RNA polimerazo II Kristalna struktura (3A) 10 podenot RNA polimeraze II kvasovke S. cerevisiae. Velika homologija s človeškimi in bakterijskimi proteini 9/10 enot ohranjenih med evkariotskimi polimerazami I, II in III Cramer et al., Science 288, (2000)

18 Med prepisovanjem (transkripcijo) nastaja DNA-RNA hibrid Matrična veriga Kodirajoča veriga Cramer et al., Science 288, (2000)

19 DNA-vezavni proteini uravnavajo sintezo RNA nahajajo se v vseh kraljestvih živega sveta Kot monomeri, homodimeri ali heterodimeri se vežejo na specifična regulatorna mesta DNA (<10 nukleotidov) in uravnavajo izražanje (ekspresijo) genov na DNA se vežejo s šibkimi interakcijami vsebujejo nekaj značilnih supersekundarnih struktur: Zn-prsti, vijačnica-zavoj-vijačnica, levcinska zadrga, vijačnica-zanka-vijačnica, Prednost kombinatorike: 3 različni vezavni proteini 9 specifičnih vezavnih mest Med približno človeškimi geni je ~1000 transkripcijskih faktorjev Različne kombinacije transkripcijskih faktorjev uravnavajo izraženje različnih genov

20 DNA-vezavni proteini so ključnega pomena za prepoznavanje mesta na DNA Glavne funkcijske domene transkripcijskih faktorjev: -DNA vezavna domena, -transaktivacijska domena, -domena za povezovanje z drugimi trankripcijskimi faktorji, -dimerizacijska domena. Lewin, GenesVII

21 Domena proteina - aminokislinsko zaporedje z neodvisnim vzorcem zvijanja, ki se pojavi v razičnih proteinih Najpogostejše DNA vezavne domene: -cinkov prst, -Homeodomena (vijačnica-zavoj-vijačnica (helix-turn-helix). Pogoste transaktivacijske domene (za interakcije z drugimi proteini) - levcinska zadrga -Bazične vijačnica-zanka-vijačnica (helix-loop-helix)

22 Cys2-His2 Cinkovi (Zn) prsti

23 Jedrni (steroidni) receptorji vsebujejo Zn prste Cys-X(2)-Cys-(X13)- Cys-(X2)- Cys

24 Vezava človeškega estrogenskega receptorja na DNA

25 Mineralokortikoidni receptor se po vezavi liganda premakne iz citoplazme v jedro M kortikosteron Nishi M. et al., Mol. Endo. 15, (2001)

26 Homeodomena Homeodomeno sestavlja 60 aminokislin s tremi α vijačnicami, v obliki vijačnica-zavojvijačnica. Vijačnica 3 je v stiku z baznimi pari veliek brazde. N-terminalni konec homeodomene je v stiku z malo brazdo.

27 Levcinska zadrga Originalni koncept Bolj pravilno Ak zaporedje v levcinski zadrgi -Leu-(X)6-Leu-(X)6-Leu(X)6-Leu- (vsaka 7. ak je levcin) Leu povezan z Leu sosednje vijačnice - 2 prilegajoči se α-vijačnici strukturo vzdržujejo hidrofobne interakcije

28 Vijačnica-zanka-vijačnica

29 DNA-vezavni proteini omogočijo nastanek kompleksa, ki sproži transkripcijo DNA-vezavni proteini (transaktivatorji, transkripcijski faktorji) imajo DNA vezavno in transaktivacijsko domeno.

30 Funkcije proteinov (pogojene s strukturo) Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen...) Kontraktilni proteini Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze...) Kataliza biokemijskih reakcij (encimi) Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Imunoglobulini) Lipoproteini, potrebni za transport lipidov po telesu

31 Imunski sistem vključuje vrsto specializiranih celic in proteinov Levkociti: makrofagi in limfociti Lahko zapustijo krvni obtok, preidejo v tkiva Limfociti proizvajajo proteine, imunoglobuline (Ig) in receptorje (Rp) na površini - prepoznajo tuje molekule (delce) in jih uničijo Imunski sistem včasih prepozna tudi svoje lastne molekule (avtoimunske bolezni) Človek: 10 8 različnih Ig - velika verjetnost, za prepoznanje vseh tujih molekul antigenov (vsaka molekula, ki vzpodbudi imunski odgovor: virus, bakterijska celična stena, protein... M r > 5000) Ig ali Rp se veže na določen del antigena antigenska determinanta (epitop)

32 Immunoglobulini - Heteromerni proteini v obliki črke Y -Vsebujejo 2 lahki (Mr = 25 kda) in 2 težki (Mr = 55 kda) verigi - Lahke verige vstopajo v interakcije z N-terminalnim delom težkih verig dobimo dve ročici (arms) Fab del ki vsebuje mesto, za vezavo antigena. -C-terminal težkih verig se poveže v steblo Fc domena ki vstopa v interakcije z receptorji na celicah. -Sesalci imamo 5 vrst imunoglobulinov: IgA, IgD, IgE, IgG and IgM. -Imunoglobulini pri sesalcih imajo enake lahke verige (λ, κ) razlikujejo se po tipu težke verige (γ, α, µ, δ, ε) -Težke in lahke verige so vedno v razmerju 1 : 1.

33 Vrste imunoglobulinov IgD prepoznajo iste antigene kot IgM, manj znana funkcija IgE zaščita proti parazitom, vloga v alergijskih reakcijah IgG nejvečja koncentracija v krvnem serumu IgA v solzah, slini, mleku obramba proti bakterijam in virusom IgM prvi v obrambi (limfociti B)

34 Vrste imunoglobulinov

35 Struktura imunoglobulina G (IgG) imunoglobulinski zvitje Imunoglobulinsko domeno sestavljata dva para antiparalelnih beta ploskev, ki so povezane z disulfidnimi mostički in hidrofobnimi interakcijami.

36 Struktura igg

37 Protitelesa vežejo specifične molekule (antigene) preko hipervariabilnih zank Inducirano prilagajanje Visoka afiniteta (K d ~10 nm)

38 Makrofag: fagocitoza virusa, ki se je vezal na protitelo Fc receptor

39 Diverziteta za prepoznavanje antigenov nastane tudi s prerazporeditvijo genov v somatskih celicah

40 Analitska tehnika ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) Splošni princip

41 ELISA kompleti za določanje virusnih in bakterijskih okužb in kateregakoli proteina, ki lahko služi kot diagnostični marker

42 Avtoimune bolezni Avtoimune bolezni nastanejo kot posledica pretiranega odziva imunskega sistema na celice, lastne organizmu.

43 Funkcije proteinov (pogojene s strukturo) Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen...) Kontraktilni proteini Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze...) Kataliza biokemijskih reakcij (encimi) Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Imunoglobulini) Lipoproteini, potrebni za transport lipidov po telesu

44 Nepolarne (hidrofobne) molekule se prenašajo po krvi le shranjene v amfipatičnih strukturah (lipoproteinskih delcih) triacilglicerol holesterol

45 Lipoproteini so nadmolekulski kompleksi lipidov in proteinov Apolipoproteini določajo v katere celice se bodo lipidi prenašali.

46 Lipoproteini Struktura LDL z Apolipoproteinom B-100 (1 polipept. veriga, 4636 ak, Mr = 513) 4 vrste lipoproteinskih delcev, vidnih z elektronskim mikroskopom

47 Sestava lipoproteinov TAG Fosfolipidi Holesterol in estri Proteini Hilomikroni VLDL LDL HDL manj kot 10% % % +++ več kot 80% Gostota: proteini > fosfolipidi > holesterol in estri > TAG

48 Elektroforetska mobilnost plazemskih lipoproteinov

49 Lipoproteini in transport lipidov po telesu Krvna plazma pred in po uživanju TAG Kroženje lipoproteinov Triacilglicerol (TAG) LDL

50 Holesterol je nujno potreben, a je v velikih količinah škodljiv! ATEROSKLEROZA: odlaganje holesterola in drugih lipidov na žilnih stenah vezava Ca 2+ v obloge reakcija z ogljikovo kislino (CO 2 + H 2 O) v CaCO 3 - poapnenje žil oviran ali blokiran pretok krvi - srčni infarkt, možganska kap, tromboza. Pomembno je tudi razmerje med lipoproteini LDL (nosijo holesterol v tkiva) in HDL (nosijo holesterol iz tkiv v jetra izločanje z žolčnimi kislinami) PREVENTIVA: dieta (zmanjšana količina holesterola v hrani) povečana telesna aktivnost zdravila a) zmanjšana sinteza b) zmanjšana resorpcija c) odstranjevanje žolčnih kislin Družinska hiperholesterolemija okvara gena za receptor LDL

51 Vloga oksidiranih lipidov v procesu aterogeneze