10 Blut - Gloor

die experimentell beobachtete O2-Bindungskurve von Hb ist sigmoid

• eine sigmoide Bindungskurve deutet auf nicht-unabhängige O2-Bindung (kooperatives Bindungsverhalten): jede O2-Bindung beeinflusst die Affinität der nächsten O2-Bindung
• im physiologischen Bereich ist O2-Beladung/Entladung optimiert (66%) (bild rot)
• für Mb beträgt der Wert 7% (Affinität ist zu hoch) (bild grün)
• ein hypothetisches Protein ohne Kooperativität erreicht eine max. mögliche O2-Beladung/Entladung von 38% zwischen P100 und P20 (bild blau)

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Gleichung nicht auswendig

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• wenn ein Ligand eines Proteins die Bindungsstärke anderer Liganden beeinflusst, wird dies als allosterische Interaktion oder allosterische Regulation bezeichnet
• sind alle Liganden gleich, lautet die Bezeichnung homotrop
• sind die Liganden verschieden, lautet die Bezeichnung heterotrop
• Effekte allosterischer Interaktionen können positiv oder negativ sein

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• durch die O2-Bindung wird über das koordinativ gebundene His eine α-Helix verschoben
• diese Verschiebung führt zu weiteren Verschiebungen an den Berührungsfächen der α1β2 und α2β1 Dimere
• die Hb Untereinheiten ändern ihre Form: T-Form (ohne O2), R-Form (mit O2) • R-Form bindet O2 besser (höhere Affinität)
• der Übergang von der T- zur R-Form führt zu einer markanten Verschiebung der Anordnung der Untereinheiten
-> wäre bei myoglb nicht möglich, da es ja nur eine Bindungsstelle hat

Jedes der vier identischen Protomeren, wobei jedes davon O2 binden kann in R oder T-Form vorliegen. R und T Form stehen in einem Gleichgewicht; die Anzahl gebundener Liganden verschiebt das Gleichgewicht zugunsten der R-Form. Im Symmetrie-Modell liegen die Globinketten entweder alle in T-Form oder alle in R-Form vor.

• Desoxy-Hb liegt bevorzugt in der T-Form vor (tiefe O2-Affinität)
• Oxy-Hb liegt bevorzugt in der R-Form vor (hohe O2-Affinität)
• O2-Bindung bewirkt Übergang von der T-Form zur R-Form
=> Erhöhung der Bindungsaffinität anderer Bindungsstellen

Durch die O2-Bindung wird die Konformation dieses Globins geändert; die Konformationsänderung induziert eine Konformationsänderung in benachbarten Globinmolekülen (mehr Wechselwirkungen) wodurch wiederum die O2-Affinität erhöht wird.

• 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG): entsteht auf einem Nebenweg der Glycolyse in Erythrocyten (ca. 5 mM)
• bindet stark an T-Form => Stabilisierung der T-Form
• 2,3-BPG ist ein heterotropher allosterischer Effektor
• bei erhöhter 2,3-BPG Konzentration erleichtert 2,3-BPG die O2 Abgabe
=> zweckmässige über die Glycolyseaktivität gesteuerte Regulation der O2 Abgabe

dieses Molekül passt in das Loch des Hb in der T form; es verschiebt das glgw in Richtung T; sauerstff abgeben
-> heterotrope allosterische Regulation

eine Zunahme der 2,3-BPG Konzentration bewirkt eine Rechtsverschiebung der O2-Bindungskurve => verbesserte O2-Abgabe bei erhöhter Glycolyseaktivität

• die Globinketten werden in 2 Familien eingeteilt: α und β
• die Gene der beiden Familien liegen auf 2 Chromosomen
• in jeder Familie gibt es verschiedene Formen
• alle fetalen und adulten Hb-Formen haben die gleiche α-Kette

• α-Ketten werden zuerst mit ε- und ζ-Ketten (embryonales Hb), dann mit gKetten (foetales Hb) exprimiert
• foetales Hb wird nach der Geburt durch α2β2 (adultes Hb) ersetzt

Mutationen in den Globingenen können zu Thalassämienr(eduzierte Produktion von Globinketten) führen:

• α-Thalassämie: Störung bei den α-Ketten (Vollständiges Fehlen ist lethal)

• β-Thalassämie: Es Fehlen die β-Globinketten (partielle Kompensation durch γ-Ketten)

Auch punktmutationen können einen starken Einfluss auf die Funktion von Hb haben, so z.B. bei der Sichelzellanämie: Dabei verformen bis Zerstören faserartige Aggregate von Hämoglobin verformen die Erythrozyten (in DesoxyHb passt die mutierte Seitenkette eines Hb Moleküls in eine hydrophobe Tasche eines zweiten Hb-Moleküls → Aggregation)

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faserartige Aggregate von Hämoglobin verformen die Erythrozyten 
-> im Extremfall zerstören die Sichelzellen-Hämoglobin Aggregate den Erythrozyten

Molekulare Grundlage der Krankheit:
Veränderung der Hämoglobinstruktur; Mutation:
Glu6 -> Val6
GAG -> GTG

in DesoxyHb passt Val6 Seitenkette eines Hb Moleküls in eine hydrophobe Tasche eines zweiten Hb-Moleküls => Aggregation.
Die Hämoglobinaggregate können sich nur mit desoxygeniertem Hb bilden => im arteriellen Blut lösen sich die Aggregate sofort auf.

• Erythrozyten besitzen keine Mitochondrien
=> keine ATP Produktion durch O2-Oxidation. Energie wird über die Glykolyse bereitgestellt (anaerob).
Glucose -> 2 Lactat + 2 ATP
• Erythrozyten besitzen keinen Zellkern
=> keine Proteinsynthese

Ein leerer Sack: wozu also nötig?
• Hämoglobinkonzentration im Blut beträgt ca. 14 (12-16) g/100 ml (Frau) bis 16 (1418) g/100ml (Mann) (1.9-2.5 mM, bzw. 2.2-2.8 mM Hb)
• eine wässrige Lösung mit einer Hämoglobinkonzentration von 16 g/100 ml wäre dickflüssig
=> die "pseudokristalline" Verpackung von Hämoglobin in den Erythrozyten verhindert Strömungsprobleme des Bluts

Glutathion
• ein Tripeptid, im Erythrocyten gebildet: γ-L-glutamyl-L-cysteinylglycin
• GSH / GSSG in der Zelle ca. 98 : 2 => Reduktionspotential

• zelluläre GSH Konzentration beträgt ca. 2.5 mM
• oxidiertes Glutathion (GSSG) wird durch Glutathionreduktase wieder in GSG reduziert
• GSH reduziert z.B. H2O2 und Disulfidbrücken in oxidierten Proteinen

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• der pH-Wert in Blut und Extrazellulärflüssigkeit liegt bei 7.36 – 7.44 (43 – 37 nM H+)
• der pH-Wert in Zellen liegt bei 7.0 – 7.2 (100 – 63 nM H+) (Ausnahme: saure Kompartimente)
• Protonenexport erfolgt über verschiedene Mechanismen

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Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen dem pH-Wertund der Lage des Gleichgewichts einer Säure-Base-Reaktion zwischen einer mittelstarken Säure und ihrer korrespondierenden mittelstarken Base in verdünnten (≤ 1 mol/l), wässrigen Lösungen. 

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beschreibt die Abhängigkeit zwischen der Sauerstoff-Bindungsaffinität von Hämoglobin und dem Säuredruck der Umgebung.

Eine Veränderung des pCO2 verändert den pH-Wert des Bluts
=> Verschiebung der O2 Bindungskurve.

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• O2-Bindung beeinflusst die Azidität von Hb (pKs-Erniedrigung einiger Gruppen)
  => Oxy-Hb pKs 6.2 Desoxy-Hb pKs 7.7
• das Protonenbindungsvermögen ist nach Abgabe von O2 32x grösser

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• TH1-Zellen aktivieren über Cytokine Makrophagen, welche Microorganismen zerstören • TH2-Zellen aktivieren B-Zellen nach Antigenpräsentation
• TC-Zellen zerstören viral infizierte Zellen

• proliferieren nach Antigenbindung
• produzieren Antikörper
• differenzieren zu Gedächtniszellen, die nach Infektion bleiben

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Antigene werden durch MHC Moleküle präsentiert
• MHC-Moleküle sind eine grosse Proteingruppe, die Proteinfragmente – das Antigen – präsentieren
• MHC-Moleküle existieren in zwei Klassen: MHC-I-Moleküle werden von allen kernhaltigen Zellen produziert MHC-II-Moleküle werden von Zellen des Immunsystems produziert: B-Zellen, Makrophagen, dendritische Zellen (vor allem die “professionellen” Antigenpräsentierenden Zellen)
• MHC-I-Moleküle präsentieren intrazelluläre Antigene: virale Proteine, Tumorantigene, Proteine von intrazellulären Bakterien
• die fremden Proteine werden im Cytosol durch einen Proteasekomplex, das Proteasom gespalten
• MHC-I-Moleküle werden im ER mit diesen Peptiden beladen

• MHC-I-Moleküle präsentieren intrazelluläre Antigene: virale Proteine, Tumorantigene, Proteine von intrazellulären Bakterien
• die fremden Proteine werden im Cytosol durch einen Proteasekomplex, das Proteasom gespalten
• MHC-I-Moleküle werden im ER mit diesen Peptiden beladen

• der MHC-I Komplex besteht aus 2 Proteinen: schwere Kette: 45 kDa, 3 extrazelluläre Domänen, 1 TM-Domäne, cytosolisches Segment
leichte Kette (β2-Mikroglobulin): 12 kDa, 1 Ig Domäne

• der MHC-II Komplex besteht aus 2 Proteinen: α-Kette: 34 kDa, 2 extrazelluläre Domänen, 1 TM-Domäne, cytosolisches Segment β-Kette: 29 kDa, 2 extrazelluläre Domänen, 1 TM-Domäne, cytosolisches Segment

=>• die Überlagerung des Peptidrückgrates zeigt die hohe Strukturähnlichkeit