come levoluzione di una macromolecola garantisce la regolazione della funzione: lesempio...
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Come l’Evoluzione di una Macromolecola garantisce la Regolazione della Funzione: l’Esempio dell’Emoglobina
Prof. Mauro [email protected]
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Perché l’emoglobina?
• Proteina nota a tutti
• Tra le prime strutture determinate
• Conservazione strutturale in tutti gli organismi
• Principale esempio di correlazione struttura-funzione
• Principale esempio di regolazione allosterica
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Struttura e funzione
• Struttura terziaria: il corretto “folding” garantisce la corretta funzione
• Mioglobina: legare ossigeno nel muscolo aumentandone la disponibilità
• Emoglobina: trasportare ossigeno, legandolo e rilasciandolo a seconda delle necessità
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Mioglobina
Da un disegno di Irving Geis, 1983
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Mioglobina
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Mioglobina
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Mioglobina
Prossimale
Distale
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Equilibrio di legame dell’ossigeno alla Mioglobina
22
2
22
OK
O
MbOMb
MbOY
d
O
2
2
MbO
OMbKd
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Equilibrio di legame dell’ossigeno alla Mioglobina
22
2
22
OK
O
MbOMb
MbOY
d
O
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Legame dell’ossigeno all’eme• Il legame dell’ossigeno al FeII dell’eme determina
variazioni conformazionali della struttura terziaria che avvengono senza restrizioni
• La situazione sarebbe diversa in una struttura quaternaria!!
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• La struttura quaternaria impedisce le variazioni conformazionali associate al legame dell’ossigeno
• In eccesso di ossigeno, la struttura quaternaria viene forzata a raggiungere un nuovo “stato conformazionale” ad elevata affinità per l’ossigeno
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Due stati conformazionali• Forma T: deossigenata, bassa affinità per
l’ossigeno
• Forma R: ossigenata, alta affinità per l’ossigeno
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Variazione dei contatti intercatena conseguenti all’ossigenazione
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Equilibrio di legame dell’ossigeno all’Emoglobina
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Grafico di Hill
hh
h
h
n
n
LK
L
KLP
P
KLP
PLP
PLY
K
L
Y
Y h
1
KLhY
Yloglog
1log
Log K
Log Y
1-Y
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Grafico di Hill
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Modelli termodinamici di cooperatività
Monod, Wyman, Changeux
Koshland
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L’effetto Bohr
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L’effetto Bohr
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L’effetto allosterico
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Il bisfosfoglicerato modifica la “soglia” necessaria a far avvenire la variazione conformazionale
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Quante Emoglobine umane?!?
5’ 3’
1 2
Embrionale Fetale Pseudogene Adulta
0
100
200Myaduplicazione genica
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Perché?
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Cooperatività ed allosteria: non solo emoglobina
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Cosa succede se:
• Una delle istidine prossimali è mutata in tirosina?
La coordinazione dell’ossigeno al posto dell’azoto cambia il valore del potenziale redox del ferro, stabilizzando lo stato +3 e rendendo la proteina incapace di legare l’ossigeno
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Cosa succede se:• Il glutammato in posizione 6 delle catene β
è mutato in valina?
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Anemia falciforme
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Anemia falciforme
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Per saperne di più
• Basics: qualunque testo di biochimica• I classici:
– M. Brunori, E. Antonini, “Hemoglobin and Myoglobin in Their Reactions with Ligands” (1971)
– R.E. Dickerson, I.E. Geis, “Hemoglobin: Structure, Function, Evolution, and Pathology” (1983)
• Allosteria: J.F. Swain, L.M. Gierasch, “The changing landscape of protein allostery”. Curr. Op. Struct. Biol. 16, 102-108 (2006).
• The Web