Гемоглобин и миоглобин. Протеомика. Переваривание белков. Лекция 3

Содержание

Слайд 2

1. Миоглобин и гемоглобин. Гемоглобин: структура, свойства, виды, возрастные изменения качественного

1. Миоглобин и гемоглобин. Гемоглобин: структура, свойства, виды, возрастные изменения качественного

и количественного состава в крови. Гемоглобин АIС и его клиническое значение.
2. Производные гемоглобина. Аномальные гемоглобины. Серповидно-клеточная анемия и талассемия.
3. Конформационные изменения и кооперативные взаимодействия субъединиц гемоглобина. Эффект Бора. Роль 2,3–бисфосфоглицерата.
4. Роль протеомики в оценке патологических состояний. Понятие об азотистом балансе. Переваривание и всасывание пищевых белков. Протеиназы желудочно-кишечного тракта: пепсин, гастриксин, ренин, трипсин, химотрипсин, экзопептидазы. Гастроинтестинальные гормоны, их роль.
5. Бактериальное расщепление невсосавшихся в кишечнике аминокислот.
Слайд 3

1. Миоглобин и гемоглобин. Гемоглобин: структура, свойства, виды, возрастные изменения качественного

1. Миоглобин и гемоглобин. Гемоглобин: структура, свойства, виды, возрастные изменения качественного

и количественного состава в крови. Гемоглобин АIС и его клиническое значение
Слайд 4

К группе гемопротеинов относятся гемоглобин и его производные, миоглобин, хлорофиллсодержащие белки

К группе гемопротеинов относятся гемоглобин и его производные, миоглобин, хлорофиллсодержащие белки

и ферменты (вся цитохромная система, каталаза и пероксидаза). Все они содержат в качестве небелкового компонента структурно сходные железо- (или магний) порфирины, но различные по составу и структуре белки, обеспечивая тем самым разнообразие их биологических функций.
Слайд 5

Гемоглобин в качестве белкового компонента содержит глобин, а небелкового – гем.

Гемоглобин в качестве белкового компонента содержит глобин, а небелкового – гем.


Видовые различия гемоглобина обусловлены глобином, в то время как гем одинаков у всех видов гемоглобина.
Атом железа расположен в центре гема-пигмента, придающего крови характерный красный цвет.
Слайд 6

Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся

Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся

в свою очередь производным тетрапиррольного соединения – порфирина.
Последний состоит из четырех замещенных пирролов, соединенных между собой метиновыми мостиками (—СН=).
Незамещенный порфирин называется порфином.
Слайд 7

В молекуле гема порфин представлен в виде протопорфирина IX, содержащего четыре

В молекуле гема порфин представлен в виде протопорфирина IX, содержащего четыре

метильные группы (—СН3), две винильные группы (—СН=СН2) и два остатка пропионовой кислоты. Протопорфирин, присоединяя железо, превращается в гем.
Гем в виде гем-порфирина является простетической группой не только гемоглобина и его производных, но и миоглобина, каталазы, пероксидазы и цитохромов b, с и c1.
Слайд 8

Модель третичной структуры молекулы миоглобина (по Дж. Кендрью). Латинскими буквами обозначены

Модель третичной структуры молекулы миоглобина (по Дж. Кендрью). Латинскими буквами обозначены

структурные домены, красным цветом – гем.
Слайд 9

А. Модель гемоглобина (по Перутцу). α-Цепи светлые; β-цепи темные; группы гема

А. Модель гемоглобина (по Перутцу). α-Цепи светлые; β-цепи темные; группы гема

красные. Б. В центре молекулы гемоглобина формируется «центральная полость»

А

Б

Слайд 10

Схема строения гемоглобина Центральная полость

Схема строения гемоглобина

Центральная полость

Слайд 11

Строение гема, входящего в состав гемоглобина и миоглобина

Строение гема, входящего в состав гемоглобина и миоглобина

Слайд 12

Миоглобин – содержится в красных мышцах и участвует в запасании кислорода.

Миоглобин – содержится в красных мышцах и участвует в запасании кислорода.

В условиях интенсивной мышечной работы, когда парциальное давление кислорода в ткани падает, О2 освобождается из комплекса с миогобином и используется в митохондриях клеток для получения необходимой для работы мышц энергии.
Слайд 13

Гемоглобины – структурно-родственные белки, находящиеся в эритроцитах позвоночных. Они выполняют две

Гемоглобины – структурно-родственные белки, находящиеся в эритроцитах позвоночных. Они выполняют две

важные биологические функции:
1) переносят О2 из легких к периферическим тканям;
2) переносят СО2 и протоны от периферических тканей к дыхательным органам для последующего выведения из организма.
Гемоглобин связывает четыре молекулы кислорода на тетрамер (по одной на гем в каждой субъединице); особенно важным отличием его от миоглобина является характерная кривая насыщения кислородом, которая имеет сигмоидную форму.
Слайд 14

Кривые ассоциации кислорода для гемоглобина и миоглобина в зависимости от парциального давления кислорода

Кривые ассоциации кислорода для гемоглобина и миоглобина в зависимости от парциального

давления кислорода
Слайд 15

Наиболее распространенные гемоглобины имеют следующую тетрамерную структуру: НЬА (нормальный гемоглобин взрослого

Наиболее распространенные гемоглобины имеют следующую тетрамерную структуру:
НЬА (нормальный гемоглобин взрослого

человека) – α2β2. Это основной гемоглобин взрослого организма, составляет около 98% от общего количества гемоглобина;
HbA2 (минорный гемоглобин взрослого человека) – α2δ2 Он находится в организме взрослого человека в меньшей концентрации, на его долю приходится около 2% общего гемоглобина;
Гемоглобин АIc – гемоглобин А, модифицированный ковалентным присоединением к нему глюкозы (гликозилированный гемоглобин);
Эмбриональный гемоглобин – синтезируется в эмбриональном желточном мешке через несколько недель после оплодотворения – ξ2ε2. Через 2 недели после формирования печени плода в ней начинает синтезироваться гемоглобин F;
HbF (фетальный гемоглобин) – α2γ2;
HbS (гемоглобин при серповидно-клеточной анемии) – α2S2.
Слайд 16

2. Производные гемоглобина. Аномальные гемоглобины. Серповидно-клеточная анемия и талассемия

2. Производные гемоглобина. Аномальные гемоглобины. Серповидно-клеточная анемия и талассемия

Слайд 17

Мутантные (М) гемоглобины человека Мутации генов, кодирующих α- и β-цепи, могут

Мутантные (М) гемоглобины человека
Мутации генов, кодирующих α- и β-цепи, могут существенным

образом сказываться на их биологической функции.
Известно несколько сот мутантных гемоглобинов человека (в большинстве случаев функционально активных), и о некоторых из них, отличающихся сильным изменением биологических функций, речь пойдет ниже.
Патологическое состояние, при котором мутация вызывает изменение биологической функции гемоглобина, называют гемоглобинопатией.
Слайд 18

Гемоглобин при серповидноклеточной анемии В гемоглобине S остаток Glu A2(6)β замещен

Гемоглобин при серповидноклеточной анемии

В гемоглобине S остаток Glu A2(6)β замещен на

Val.
Остаток А2 (Glu или Val) располагается на поверхности молекулы гемоглобина и контактирует с водой, и замещение полярного остатка Glu на неполярный Val приводит к появлению на поверхности β-субъединицы «липкого участка».
Слайд 19

Различия в строении молекул гемоглобинов 1 2 3 4 5 6

Различия в строении молекул гемоглобинов

1 2 3 4 5 6

7 8
Hb A: Вал-Гис-Лей-Тре-Про-Глу-Глу-Лиз…
Hb S: Вал-Гис-Лей-Тре-Про-Вал-Глу-Лиз…
Слайд 20

Этот липкий участок присутствует как в оксигенированном, так и в дезоксигенированном

Этот липкий участок присутствует как в оксигенированном, так и в дезоксигенированном

гемоглобине S (в гемоглобине А он отсутствует).
На поверхности дезоксигенированного гемоглобина существует комплементарный участок, способный прочно связываться с липким участком β-субъединицы, тогда как в оксигенированном гемоглобине этот участок маскируется другими группами.
Слайд 21

Когда гемоглобин S переходит в дезоксигенированное состояние, его липкий участок связывается

Когда гемоглобин S переходит в дезоксигенированное состояние, его липкий участок связывается

с комплементарным участком на другой молекуле дезоксигенированного гемоглобина.
Происходит полимеризация дезоксигемоглобина S и его осаждение в виде длинных волокон.
Волокна дезоксигемоглобина S механически деформируют эритроцит, придавая ему серповидную форму, что приводит к лизису клеток и множеству вторичных клинических проявлений.
Слайд 22

Ассоциация молекул дезоксигемоглобина S

Ассоциация молекул дезоксигемоглобина S

Слайд 23

Другая важная группа нарушений, связанных с аномалиями гемоглобина – талассемии. Для

Другая важная группа нарушений, связанных с аномалиями гемоглобина – талассемии.
Для

них характерна пониженная скорость синтеза α-цепей гемоглобина (α-талассемия) или β-цепей (β-талассемия). Это приводит к анемии, которая может принимать очень тяжелую форму. В последние годы достигнут ощутимый прогресс в выяснении молекулярных механизмов, ответственных за развитие талассемии.
Слайд 24

3. Конформационные изменения и кооперативные взаимодействия субъединиц гемоглобина. Эффект Бора. Роль 2,3–бисфосфоглицерата

3. Конформационные изменения и кооперативные взаимодействия субъединиц гемоглобина. Эффект Бора. Роль

2,3–бисфосфоглицерата
Слайд 25

Кооперативные изменения конформации гемоглобина В дезоксигемоглобине благодаря ковалентной связи с белковой

Кооперативные изменения конформации гемоглобина

В дезоксигемоглобине благодаря ковалентной связи с белковой частью

атом Fe2+ выступает из плоскости гема в направлении Гис F8.
Присоединение О2 к атому Fe2+ одного протомера вызывает его перемещение в плоскость гема, за ним перемещаются остаток Гис F8 и полипептидная цепь, в состав которой он входит.
Т.к. протомер связан с остальными протомерами, а белки обладают конформационной лабильностью, происходит изменение конформации всего белка.
Слайд 26

Изменение положения Fe2+ и белковой части гемоглобина при присоединении О2


Изменение положения Fe2+ и белковой части гемоглобина при присоединении О2

Слайд 27

Кооперативные изменения конформации протомеров гемоглобина при присоединении О2

Кооперативные изменения конформации протомеров гемоглобина при присоединении О2

Слайд 28

Перенос Н+ и СО2 с кровью. Эффект Бора. А – влияние

Перенос Н+ и СО2 с кровью. Эффект Бора. А – влияние концентрации

СО2 и Н+ на высвобождение О2 из комплекса с гемоглобином в тканях (эффект Бора); Б – оксигенирование дезоксигемоглобина в лёгких, образование и выделение СО2.
Слайд 29

2,3-Бифосфоглицерат (БФГ) – аллостерический регулятор сродства гемоглобина к О2 2,3-бисфосфоглицерат

2,3-Бифосфоглицерат (БФГ) – аллостерический регулятор сродства гемоглобина к О2
2,3-бисфосфоглицерат

Слайд 30

Ткани Нb(О2)4 + БФГ ↔ Нb-БФГ + 4О2 Лёгкие

Ткани
Нb(О2)4 + БФГ ↔ Нb-БФГ + 4О2
Лёгкие

Слайд 31

4. Роль протеомики в оценке патологических состояний. Понятие об азотистом балансе.

4. Роль протеомики в оценке патологических состояний. Понятие об азотистом балансе.

Переваривание и всасывание пищевых белков. Протеиназы желудочно-кишечного тракта: пепсин, гастриксин, ренин, трипсин, химотрипсин, экзопептидазы. Гастроинтестинальные гормоны, их роль
Слайд 32

Протеомика – наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции

Протеомика – наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции

и взаимодействия в живых организмах, в том числе  – в человеческом.
Слайд 33

Основная задача протеомики – количественный анализ экспрессии белков в клетках в

Основная задача протеомики  – количественный анализ экспрессии белков в клетках в

зависимости от их типа, состояния или влияния внешних условий.
Протеомика осуществляет сравнительный анализ больших групп белков  – от всех белков, вовлеченных в тот или иной биологический процесс до полного протеома.
Преимуществом протеомики перед геномикой является тот факт, что наличие какого-либо гена в геноме не означает, что с него производится транскрипция, а наличие транскрипта не означает, что с него происходит трансляция, а даже если происходит, то транскрипт не позволяет однозначно говорить о структуре белка, его созревании и локализации.
Слайд 34

Азотистый баланс означает разность между общим количеством азота, поступившим в организм

Азотистый баланс означает разность между общим количеством азота, поступившим в организм

человека (или другой организм), и общим количеством экскретируемого азота.
Слайд 35

Если азота поступает больше, чем экскретируется, говорят, что данный индивидуум имеет

Если азота поступает больше, чем экскретируется, говорят, что данный индивидуум имеет

положительный азотистый баланс. Примеры: период роста и беременности. Азотистый баланс положителен как у здорового растущего ребенка, так и у здоровой беременной женщины.
Слайд 36

Взрослый человек в норме находится в состоянии азотистого равновесия: потребление азота

Взрослый человек в норме находится в состоянии азотистого равновесия: потребление азота

уравновешивается его выделением в составе фекалий и мочи.
Слайд 37

В состоянии отрицательного азотистого баланса количество выделяемого азота превышает количество азота,

В состоянии отрицательного азотистого баланса количество выделяемого азота превышает количество азота,

потребляемого организмом. Важным примером служат больные, потребляющие недостаточное количество азота с пищей (например, при квашиоркоре). Такое же состояние наблюдается при прогрессирующих формах рака и в ряде случаев в послеоперационном периоде.
Слайд 38

Переваривание пищевых белков Переваривание белков, входящих в состав пищи, происходит в

Переваривание пищевых белков
Переваривание белков, входящих в состав пищи, происходит в различных

отделах ЖКТ с участием протеиназ.
Слайд 39

Пепсин Основная пищеварительная функция желудка заключается в том, что в нем

Пепсин

Основная пищеварительная функция желудка заключается в том, что в нем начинается

переваривание белка.
Пепсин продуцируется главными клетками в виде неактивного зимогена, пепсиногена.
Пепсиноген активируется в пепсин ионами Н+, которые отщепляют защитный полипептид, «раскрывая» активный пепсин, а также самим пепсином, вызывающим быструю активацию дополнительных молекул пепсиногена (аутокатализ).
Слайд 40

Пепсин преобразует денатурированный белок в протеозы и затем в пептоны —большие

Пепсин преобразует денатурированный белок в протеозы и затем в пептоны —большие

полипептидные производные. Он представляет собой эндопептидазу, поскольку осуществляет гидролиз пептидных связей в составе главной полипептидной структуры, а не N- или С-концевых последовательностей, что характерно для экзопептидаз.
Пепсин специфически атакует пептидные связи, образуемые с участием ароматических аминокислот (например, тирозина) или дикарбоновых аминокислот (например, глутамата).
Слайд 41

Гастриксин – протеолитический фермент (катализирующий расщепление белка пищи) желудочного сока, проявляющий

Гастриксин – протеолитический фермент (катализирующий расщепление белка пищи) желудочного сока, проявляющий

максимальную активность при pH, равном 3,0-3,5. Гастриксин по своим функциям и эволюции в желудке близок к пепсину, поэтому иногда называется пепсин С или парапепсин II и относится к изопепсинам. Профермент гастриксина – прогастриксин – секретируется главными клетками фундальных желёз дна, тела и интермедиальной зоны желудка, а также клетками пилорических желёз и активируется, также как и профермент пепсина пепсиноген, соляной кислотой желудочного сока.
Слайд 42

Гастриксин, в отличие от пепсина, протеолетически активен в менее кислой среде.

Гастриксин, в отличие от пепсина, протеолетически активен в менее кислой среде.

Гастриксин является вторым по объёму после пепсина среди содержащихся в желудочном соке протеолитических ферментов. Количество гастриксина в желудочном соке здорового взрослого человека составляет 20-50 % от количества пепсина.
Гастриксин вместе с пепсином обеспечивают до 95 % всей протеолитической активности желудочного сока.
Слайд 43

Реннин (химозин, сычужный фермент). Этот фермент вызывает створаживание молока. Он чрезвычайно

Реннин (химозин, сычужный фермент). Этот фермент вызывает створаживание молока. Он чрезвычайно

важен для процессов пищеварения у младенцев, поскольку предотвращает быстрый выход молока из желудка.
В присутствии кальция реннин вызывает необратимые изменения казеина молока, превращая его в параказеин, который затем подвергается действию пепсина. В желудке взрослых людей реннин, по-видимому, отсутствует.
Реннин используется при производстве сыра.
Слайд 44

Трипсин, химотрипсин и эластаза Протеолитическое действие панкреатического секрета обусловливается тремя эндопептидазами

Трипсин, химотрипсин и эластаза

Протеолитическое действие панкреатического секрета обусловливается тремя эндопептидазами –

трипсином, химотрипсином и эластазой, которые расщепляют белки и полипептиды, поступающие из желудка, с образованием полипептидов, пептидов или тех и других.
Трипсин специфически действует на пептидные связи, образуемые основными аминокислотами, химотрипсин – на связи между остатками незаряженных аминокислот (например, ароматических), в то время как эластаза вопреки своему названию обладает довольно широкой специфичностью, расщепляя связи, примыкающие к остаткам малых аминокислот, таких, как глицин, аланин и серии.
Слайд 45

Все три фермента секретируются в виде зимогенов. Активация трипсиногена осуществляется другим

Все три фермента секретируются в виде зимогенов. Активация трипсиногена осуществляется другим

протеолитическим ферментом, энтерокиназой, секретируемой слизистой кишечника.
Она гидролизует лизиновую пептидную связь в зимогене, высвобождая малый полипептид, что приводит к разворачиванию молекулы в активный трипсин.
Образовавшийся трипсин действует не только на новые молекулы трипсиногена, но и на другие зимогены панкреатического секрета – химотрипсиноген, проэластазу и прокарбоксипептидазу – с высвобождением соответственно химотрипсина, эластазы и карбоксипептидазы.
Слайд 46

Карбоксипептидаза Дальнейшее расщепление полипептидов, образовавшихся под действием эндопептидаз, осуществляет экзопептидаза –

Карбоксипептидаза

Дальнейшее расщепление полипептидов, образовавшихся под действием эндопептидаз, осуществляет экзопептидаза – карбоксипептидаза,

которая атакует С-концевую пептидную связь, высвобождая одиночные аминокислоты.
Слайд 47

Переваривание секретом кишечника Кишечный сок, секретируемый железами Бруннера и Либеркюна, также

Переваривание секретом кишечника

Кишечный сок, секретируемый железами Бруннера и Либеркюна, также содержит

пищеварительные ферменты, в число которых входят:
1) аминопептидаза, представляющая собой экзопептидазу, которая гидролизует пептидные связи за N-концевыми аминокислотами полипептидов и олигопептидов; дипептидазы различной специфичности, некоторые из них могут находиться внутри кишечного эпителия; они завершают расщепление дипептидов до свободных аминокислот;
2) специфические дисахаридазы и олигосахаридазы, такие, как α-глюкозидаза (мальтаза), удаляющая единичные глюкозные остатки из α1→4-связанных олигосахаридов и дисахаридов начиная с нередуцирующих концов, изомальтаза (а-декстриназа), которая гидролизует 1→6-связи α-декстринов; β-галактозидаза (лактаза), удаляющая галактозу из лактозы; сахараза, гидролизующая сахарозу, и трегалаза. расщепляющая трегалозу;
Слайд 48

Переваривание секретом кишечника 3) фосфатаза, удаляющая фосфат из некоторых органических фосфатов

Переваривание секретом кишечника

3) фосфатаза, удаляющая фосфат из некоторых органических фосфатов (гексозофосфаты

и глицерофосфат) и из нуклеотидов пищевого происхождения или образующихся из нуклеиновых кислот в результате их переваривания нуклеазами;
4) полинуклеотидазы, которые расщепляют нуклеиновые кислоты на нуклеотиды;
5) нуклеозидазы (нуклеозидфосфорилазы), катализирующие фосфоролиз нуклеозидов с образованием свободных азотистых оснований и пентозофосфатов;
6) кишечный секрет, по-видимому, содержит также фосфолипазу, которая действует на фосфолипиды с образованием глицерола, жирных кислот, фосфорной кислоты и оснований, таких, как холин.
Слайд 49

Всасывание аминокислот и белка В нормальных условиях пищевые белки почти полностью

Всасывание аминокислот и белка

В нормальных условиях пищевые белки почти полностью расщепляются

на составляющие их аминокислоты, которые затем быстро всасываются в кишечнике.
Возможно, что некоторые гидролитические процессы (например, в случае дипептидов) полностью завершаются в кишечной стенке.
Потребность животных в белке может с успехом удовлетворяться скармливанием полной смеси аминокислот.
Слайд 50

Изменения белкового состава организма Изменение белкового состава клеток в процессе их дифференцировки. Наследственные протеинопатии. Приобретённые протеинопатии.

Изменения белкового состава организма

Изменение белкового состава клеток в процессе их дифференцировки.
Наследственные

протеинопатии.
Приобретённые протеинопатии.
Слайд 51

5. Бактериальное расщепление невсосавшихся в кишечнике аминокислот

5. Бактериальное расщепление невсосавшихся в кишечнике аминокислот

Слайд 52

Процессы гниения и брожения в кишечнике Большая часть потребленной пищи всасывается

Процессы гниения и брожения в кишечнике

Большая часть потребленной пищи всасывается в

тонком кишечнике. Остальная часть попадает в толстый кишечник. Именно здесь происходит значительное всасывание воды и полужидкое кишечное содержимое постепенно становится более твердым. В этот период проявляется бактериальная активность.
В ходе вызываемых бактериями процессов брожения и гниения образуются различные газы, такие, как СО2, метан, водород, азот и сероводород, а также уксусная, молочная и масляная кислоты.
Слайд 53

Судьба аминокислот в кишечнике Большинство аминокислот подвергается декарбоксилированию в результате действия

Судьба аминокислот в кишечнике

Большинство аминокислот подвергается декарбоксилированию в результате действия

кишечных бактерий с образованием токсических аминов (птомаинов).
Реакции декарбоксилирования приводят к образованию кадаверина из лизина, агматина из аргинина, тирамина из тирозина, путресцина из орнитина и стамина из гистидина.
Слайд 54

[2H] CH3SH → CH4 + H2S Метилмеркаптан Метан Сероводород Аминокислота триптофан

[2H]
CH3SH → CH4 + H2S Метилмеркаптан Метан Сероводород

Аминокислота триптофан

в результате нескольких реакций превращается в индол и метилиндол (скатол). Именно эти соединения в основном придают запах калу. Серусодержащая аминокислота цистеин подвергается серии превращений с образованием меркаптанов, таких, как этил- и метилмеркаптаны, а также H2S.
Слайд 55

Превращение аминокислот в толстом кишечнике

Превращение аминокислот в толстом кишечнике