3. Hämoglobin - Kooperativität, allosterischer Effekt

Sauerstoffbindung in Muskelzellen

• Sauerstofftransport in Erythrozyten

• Tetramer, besteht aus 2 Alpha und zwei beta-Ketten

• Tensed Form: sauerstoffarme Form

• Relaxed-Form: sauerstoffreiche Form

• sigmoid:

  • T-Form

  • geringe Affinität

  • wird abgegeben

• Myoglobin

  • R-Form

  • hohe Aff.

  • wenig abgeben

• y-Achse: Anteil der möglichen Bindungsstellen

• x-Achse: Sauerstoffpartialdruck

• Prosthetische Gruppe Häm mit Fe2+ im Zentrum bindet Sauerstoff

• Durch Bindung von O2 wird Fe2+ kleiner und ‚passt‘ in Porphyrin-ebene. ‚Proximales‘ Histidin in 5ter Bindungsstelle

• Wasserstoffbrücke zu distalem Histidin stabilisiert gebundenes O2

• Sigmoide Bindungskurve bedeutet kooperative Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin Tetramer

• Bei Anstrengung sinkt der O2 Partialdruck im Gewebe. Es wird eine größere Menge an Sauerstoff von Hämoglobin abgegeben und damit das Gewebe besser mit Sauerstoff versorgt.

• Mechanismus der O2-induzierten Konformationsänderung.

• Die Bindung von O2 an die freie Koordinationsstelle des Fe2+-Atoms zieht dieses in die Ebene des Hämrings

• . Der proximale Histidin-rest wird mitgezogen, und über den Hebel der F-Helix wird die beobachtete Konformations-änderung in Gang gesetzt.

• stabilisiert T-Form

• erhöhter O2-Transport

• Positiv geladene Histidin und Lysin Seitenketten wie auch terminale Aminogruppen stehen im Kontakt.

• Anionisch

• Bindet an Tasche in der T-Form, diese verschwindet im der R Form und 2,3-BPG wird freigesetzt

  • allosterischer Effektor

• Regulation der Sauerstoffbindung durch Protonen und Kohlendioxid als allosterische Effektoren

• Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen in T Form führt zur weiteren Stabilisierung

• pKs Werte der aminoterminalen Ende der a-Ketten und von β146-His und a-122-His um pH7.

• Leichte Senkung des pH Wertes führt zur Protonierung

• Kohlendixoid reagiert mit Wasser zu Kohlensäure CO2 + H2O >< HCO3 - + H+

• Reaktion wird durch Carboanhydrase katalysiert

• pH Wert im Gewebe sinkt bei Anstrengung

• Bei niedrigen pH-Wert erhöhte Stabilisierung der T-Form durch ionische Bindungen

• Senkung des pH-Wertes durch CO2 führt zur Stabiliserung des T-Zustandes, damit Erniedrigung der O2-Affinität und erhöhte Freigabe

1. Sichelzellenanämie

   • Mutation von Glu zu Val