Χαρακτηριστικά της δομής της Μυοσφαιρίνης Η μυοσφαιρίνη είναι ενα εξαιρετικά συμπαγές μόριο.οι διαστάσεις είναι 45Χ35Χ25 Α και υπαρχει πολύ λίγος αδειος χώρος στο εσωτερικό τού μορίου Γυρω στα 75% της κυρίας αλυσίδος είναι πτυχωμένη σε δομή α-ελικας.ολες οι α- ελικες είναι δεξιόστροφες.υπάρχουν οκτώ ελικοειδή τμήματα που προσδιορίζονται με τα γράμματα A,B,C H και 5 μη ελικοειδή μεταξύ των ελικοειδών Οι παράγοντες που είναι υπευθυνοι για τον τερματισμό των ελικοειδών περιοχών δεν είναι ολοι γνωστοί,ενας πολυ σημαντικός παράγοντας είναι η προλίνη.υπάρχουν 4 προλίνες στην μυογλοβίνη ενώ υπάρχουν οκτώ τερματισμοί στην ελικα πράγμα που σημαίνει οτι συμμετέχουν και αλλοι παράγοντες
Πρόσθετα Χαρακτηριστικά της Μυοσφαιρίνης Οι ομάδες που συμμετέχουν στον πεπτιδικό δεσμό είναι συνεπίπεδες οι καρβονυλομάδες και ιμινομάδες βρίσκονται σε θέσεις trans Το εσωτερικό και εξωτερικό της πρωτείνης είναι καλά προσδιορισμένο.στο εσωτερικό υπάρχουν σχεδόν αποκλειστικά μη πολικά αμινοξέα λευκίνη βαλίνη Μεθειονίνη. Παράγωγα που εχουν πολικές και μη πολικές ομάδες θρεονίνη τυροσίνη τρυπτοφάνη προσανατολίζονται κατάλληλα. Τα μόνα πολικά αμινοξεα που υπάρχουν στο εσωτερικό είναι δύο παράγωγα ιστιδίνης που εχουν μια ιδιαίτερα σημαντική λειτουργία
Χαρακτριστικά της ομάδος αίμης Η ομάδα αίμης συνίσταται από ενα οργανικό τμήμα και ενα άτομο σιδήρου Το οργανικό τμήμα συνίσταται από ενα συγκρότημα πρωτοπορφυρίνης σχηματιζόμενο από τέσσερεις πυρρολικούς δακτυλίους συνδεομένους με γέφυρες μεθενίου Υπο Κ.Σ όλα τα άτομα του τετραπυρολικού συγκροτήματος είναι συνεπίπεδα κατά την διάρκεια όμως σύνδεσης με γλοβίνη υφίστανται κυρτωση Τέσσερεις ομάδες του μεθυλίου δύο του βινυλίου και δύο του προπιονικού είναι προσκολημένες στο σύστημα των τετραπυρολικών δακτυλίων ως πλευρικές αλυσίδες οι οποίες εναποτίθενται στην επιφάνεια του μορίου της γλοβίνης
Η ομάδα αίμης είναι τοποθετημένη στο μόριο της Μυοσφαιρίνης ως εξής Οι πολύ πολικές προπιονικές αλυσίδες της αιμης βρίσκονται στην επιφάνεια του μορίου και στο φυσιολογικό ρη είναι ιονισμένες Το υπόλοιπο της αίμης βρίσκεται μέσα στο εσωτερικό του μορίου και περιβάλλεται από μη πολικά παράγωγα και δύο ιστιδίνες Το άτομο Fe της αίμης είναι δεσμευμένο σε μια από τις δύο αυτές ιστιδίνες στην F8. Το ατομο Fe είναι γυρω στο 0.3 Α εξω από το επίπεδο της πορφυρίνης πρός την πλευρά της ιστιδίνης Κοντά στο μόριο της αίμης υπάρχει η ιστιδίνη E7 η οποία παρεμβαίνει έμμεσα χωρίς να είναι δεσμευμένη στο μόριο της αίμης
Διακρίνονται τρείς τύποι μυογλοβινών με διαφορετικά χαρακτηριστικά Τύπος Οξειδωτ.Κατ Σιδήρου Καταληψη 5 ης θεσης Συντον Καταληψη 6 ης θεσης Συντον Δεοξυμυογλ +2 His F 8 Κενή Οξυμυογλοβ +2 His F 8 O 2 Σιδηριμυογλ +3 His F 8 H 2 O
Χαρακτηριστικά αντεπιδράσεων των αλυσίδων σφαιρίνης με αιμη και αίμης με οξυγόνο Ολες οι αλυσίδες της σφαιρίνης εχουν την ιδια θεμελιώδη δευτεροταγή δομή κύρια α-ελικος με μικρές μόνο εξαιρέσεις Καθε αλυσίδα σφαιρίνης περιτυλίσει την ομάδα αίμης τοποθετώντας την σε ενα βαθύ ρήγμα και εκθέτοντας μόνο τις αλυσίδες προπιονικού οξέος στο περιβάλλον νερό Μεσα στο ρήγμα οι ομάδες της αίμης αντεπιδρούν με πλευρικές ομάδες 16 αμινοξέων που προέρχονται από επτά περιοχές της ααλυσίδος της σφαιρίνης Εκτός από το ατομο του σιδήρου ολο το αλλο τμήμα της αίμης που περικλείεται μεσα στο ρήγμα είναι ισχυρά υδρόφοβο γι αυτό και οι περισσότεροι δεσμοί είναι υδρόφοβοι
Λειτουργικές διαφορές μεταξύ Μυογλοβίνης και Αιμογλοβίνης Εξ αιτίας του γεγονότος οτι η αιμογλοβίνη είναι μια αλλοστερική πρωτείνη ενω η μυογλοβίνη δεν είναι, παρουσιάζονται μια σειρά διαφορές που είναι οι παρακάτω Το σχήμα της καμπύλης κορεσμού της αιμογλοβίνης είναι σιγμοειδές ενω της μυογλοβίνης υπερβολή.η σιγμοειδής καμπύλη δείχνει οτι η δέσμευση του οξυγόνου στην αιμογλοβίνη είναι συνεργατική Η συγγένεια της αιμογλοβίνης για το οξυγόνο εξαρτάται από το ρη ενω της μυογλοβίνης είναι ανεξάρτητος.το μόριο CO2 επηρεάζει επίσης τα χαρακτηριστικά δέσμευσης οξυγόνου από αιμογλοβίνη Η συγγένεια του οξυγόνου προς την αιμοσφαιρίνη ρυθμίζεται παραπέρα από οργανικό φωσφόρο οπως το διφωσφογλυκερινικό.το αποτέλεσμα είναι οτι η αιμογλοβίνη εχει μικρότερη συγγένεια για το οξυγόνο από οτι η μυογλοβίνη
Για την μελέτη των αιμοσφαιρινών εχουν χρησιμοποιηθεί μια σειρά τεχνικές μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται Βιοχημικές μελέτες προσδιορισμού της αλληλουχίας των αμινοξέων σε απομεμονωμένες αλυσίδες γλοβίνης Προσδιορισμός της ακολουθίας των νουκλεοτιδίων στα γονίδια πού κωδικοποιούν για τις αλυσίδες Μελέτη της αντήχησης του spin των ηλεκτρονίων των ομάδων της αίμης και μελέτη του τρόπθ αντεπίδρασης της αίμης με τις αλυσίδες της γλοβίνης Ιχνηθέτηση της βιοσύνθεσης της γλοβίνης με την χρήση ραδιενεργών προδρόμων Μελέτη της φυσιολογικής συμπεριφοράς των μορίων
Χαρακτηριστικά των αντεπιδράσεων των αλυσίδων της σφαιρίνης με την Αίμη Ολες οι αλυσίδες της σφαιρίνης εχουν την ιδια θεμελιώδη δευτεροταγή δομή κύρια α-ελικος με μικρές μόνο εξαιρέσεις Καθε αλυσίδα σφαιρίνης περιτυλίσει την ομάδα της αίμης τοποθετώντας την σε ενα βαθύ ρήγμα και εκθέτοντας μόνο τις αλυσίδες προπιονικού οξέος στο περιβάλλον νερό Μέσα στο ρήγμα οι ομάδες της αίμης αντεπιδρούν με πλευρικές ομάδες 16 αμινοξέων που προέρχονται από επτα περιοχές της αλυσίδος της σφαιρίνης Εκτός από το ατομο τού σιδήρου ολο το αλλο τμήμα της αίμης πού περικλείεται μεσα στο ρήγμα είναι ισχυρά υδρόφοβο γι αυτό και οι περισσότεροι δεσμοί είναι υδρόφοβοι
Χαρακτηριστικά της τεταρτοταγούς δομής της Αιμοσφαιρίνης Η αιμοσφαιρίνη είναι ενα μόριο περίπου σφαιρικό με μια διάμετρο 55 Α Οι τεσσερεις αλυσίδες που συγκροτούν το μόριο είναι πακεταρισμένες σε μια τετραεδρική μορφή Οι ομάδες της αίμης είναι τοποθετημένες σε ρωγμές κοντα στό εξωτερικό τού μορίου μια σε κάθε υπομονάδα Οι τέσσερεις θέσεις δέσμευσης του οξυγόνου ευρίσκονται μακρυά η μία από την αλλη η απόσταση μεταξύ των δύο πιό κοντινών ατόμων σιδήρου είναι 25 Α Κάθε α-αλυσίδα ευρίσκεται σε επαφή με τις δύο β- αλυσίδες.ενώ υπάρχουν πολύ λιγώτερες αντεπιδράσεις μεταξύ των δύο α και των δύο β αλυσίδων
Αλλα χαρακτηριστικά της τεταρτοταγούς δομής της αιμοσφαιρίνης Τό μόριο της αιμοσφαιρίνης είναι ενα πολύ συμμετρικό μόριο και μπορεί να διαιρεθεί σε δύο ομοια ημισυ που το κάθε ενα συνίσταται από ενα ab διμερές Ενα ρήγμα γύρω στα 2.5 nm σε μήκος και με πλάτος το οποίο μεταβάλλεται από 5 μέχρι 10 Α περνά δια μεσου του μορίου κατά μήκος του αξονος Στο εσωτερικό της κάθε υπομονάδος περιέχονται πολλά αμινοξέα τα οποία εχουν υδρόφοβες πλευρικές αλυσίδες και οι οποίες σχηματίζουν υδρόφοβους δεσμούς η μία με την αλλη.τα αμινοξέα με ιονιζόμενες πλευρικές ομάδες κυριαρχούν στην επιφάνεια του μορίου Οι ομοιες αλυσίδες ευρίσκονται η μία απέναντι από την αλλη κατά μηκος ενος αξονος συμμετρίας.περιστροφή της κάθε αλυσίδος γυρω απο αυτό τον αξονα οδηγεί σε συμπτωση με την ομοια της
Συγκρίσεις Αλληλουχιας των αμινοξέων σε αιμοσφαιρινες που εχουν απομονωθεί υποδηλώνει οτι στις περισσότερες θεσεις υπάρχει μεγαλη ποικιλότητα.λεπτομερείς ομως συγκρίσεις σε 186 αλυσίδες εδειξαν Πέντε θέσεις είναι εξ ολοκλήρου αμετάβλητες και προφανώς εχουν πολύ μεγάλο ρόλο στην διατηρηση του τρισδιάστατου σχήματος των γλοβινών Δέκα θέσεις εχουν βρεθεί να είναι κατηλλειμένες από ενα εκ των δύο εναλλακτικών αμινοξέων των οποίων οι πλευρικές αλυσίδες εχουν τις ιδιες ιδιότητες π.χ υδρόφοβες θετικά φορτισμένες ή αρνητικά φορτισμένες Τριαντα τρείς θέσεις στο εσωτερικό των αλυσίδων της γλοβίνης δεν εχουν καμμία επαφή με το περιβάλλον το οποίο ευρίσκεται γύρω.τριαντα από αυτές κατα κανόνα καταλαμβάνονται από αμινοξέα με μη πολικές πλυρικές αλυσίδες Δεκα θέσεις κοντά στις ρωγμές στην επιφάνεια του μορίου καταλαμβάνονται κατα κανόνα από μη πολικά αμινοξέα
Από τις συγκρίσεις μπορούν να βγούν τα παρακατω συμπεράσματα Οι μη μεταβλητές μή πολικές θέσεις μαζί με τα μη πολικά τμήματα της ομάδος της αιμης παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό του σχήματος της αλυσίδος των γλοβινών Οι εσωτερικές υδρόφοβες αντεπιδράσεις μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων σχηματίζουν τον βασικό σκελετό επάνω στον οποίο οικοδομείται το σχήμα
Κρυσταλλογραφικές μελέτες με ακτίνες Χ εχουν δείξει οτι η οξυ και δεοξυαιμοσφαιρίνη διαφέρουν ουσιαστικά ως προς την τεταρτοταγή δομή Το οξυγονωμένο μόριο είναι περισσότερο συμπαγές Για παράδειγμα η απόσταση μεταξύ των ατόμων σιδήρου στις β-αλυσίδες ελαττώνεται από 39.9 Α σε 33,4 Α κατά την οξυγόνωση Παρουσιάζονται αλλαγές στις επαφές μεταξύ των α1 και b αλυσίδων.υπάρχουν δύο περιοχές επαφής οι α1 b1 και η α1 b2
Κατα την μετατροπή δεοξυαιμογλοβίνης σε οξυαιμογλοβίνη επισυμβαίνουν σημαντικές μεταβολές στην τεταρτοταγη δομή Οι αλλαγές αυτες επισυμβαίνουν στις περιοχες επαφής μεταξυ α και β αλυσιδων Συγκεκριμένα στις α1β1 και α1β2 επισυμβαίνουν Ελαφρή μετακίνηση της επαφής α1β1 Η β1 υποομάδα περιστρεφεται γύρω στις 4 σε σχεση με την α-υποομάδα.αυτό σημαίνει σχετική μετακίνηση των ατόμων επαφής κατα 1 Α Ευρεία μετακίνηση στην επαφή α1β2 Η β2 υποομάδα περιστρέφεται κατα 13,5 σε σχεση με την α-υποομάδα πράγμα ου σημαίνει σχετική μετακίνηση των υποομάδων κατα 1,9 Α πραγμα που εχει σαν συνέπεια σχετική μετακίνηση ορισμένων ατόμων κατα 5.7 Α
Κατα την μετατροπή της δεοξυ σε οξυαιμοσφαιρίνη σημαντικό ρόλο παίζει η α1β2 επαφή για τους παρακάτω λόγους Στην α1β2 επαφή είναι δυνατή ευρεία και ομαλή μετακίνηση μεταξύ των υπομονάδων Η α1β2 επαφή βρίσκεται κοντά στην αίμη.αυτό σημαίνει οτι δομικές αλλαγές στην περιοχή αυτή φαίνεται οτι επηρεάζουν την αίμη Δεν παρουσιάζονται αλλαγές στην περιοχή αυτή κατα την διάρκεια της εξέλιξης Μεταλλάξεις στην περιοχή της α1β2 επαφής ελαττώνουν ουσιαστικά την αντεπίδραση της αιμοσφαιρίνης με την αίμη