Samenvatting Biochemistry - Hoofdstuk 7

Metabolisme hoofdstuk 7

Myoglobine en hemoglobine zijn zeer vergelijkbare eiwitten beide betrokken bij het transport van
zuurstof. Echter is hemoglobine hier vele malen efficiënter in mede doordat het eiwit bestaat uit vier
peptiden ketens. De vier ketens binden zuurstof cooperatief, dit betekent dat als een van de
peptiden zuurstof bindt de kans toeneemt dat de andere drie dit ook zullen doen. Myoglobine en
hemoglobine zijn de eerste twee eiwitten waarvan de structuur bepaald werd.

Myoblobine bestaat uit voornamelijk alfa helixen die aan elkaar verbonden zijn door turns om zo een
bolvormig eiwit te vormen. Het eiwit kan voorkomen als deoxymyglobine als er geen zuurstof
aanwezig is en als oxymyoglobine als er wel zuurstof aanwezig is. Het vermogen om zuurstof te
binden is afhankelijk van de aanwezigheid van een heem groep. De heemgroep bestaat uit een
organisch (protoporphyrine) onderdeel en een centraal ijzer atoom. Het ijzer atoom kan als Fe 2+ of als
Fe3+ voorkomen, echter kan alleen de Fe2+ vorm zuurstof binden. Het ijzer atoom heeft 6
bindingsplaatsen, vier zijn in bezet door het protoporphyrine molecuul. De 5 e plek is in bezet door
een imidazole ring van een histidine residu (ook wel proximale residu). De binding van zuurstof vindt
plaats op de 6e plek. Deze plek is dus niet bezet bij deoxymyglobine. Het ijzer atoom is te groot om in
de porphyrine ring te passen en ligt hier 0,4 A buiten. Als zuurstof bindt wordt het atoom kleiner
waardoor deze nu wel in de ring past.
Door de binding van zuurstof verplaatst het ijzer ion de poryphryine ring in en verandert ook de
magnetische eigenschappen van hemoglobine. Dit kan gebruikt worden voor functional magnetic
resonance imaging (fMRI). Hiermee kunnen afbeeldingen worden gegenereerd van het verschil in
hoeveelheid deoxy- en oxyhemoglobine. Een actiever gebied in de hersenen heeft zo bijvoorbeeld
relatief meer oxyhemoglobine.

Als zuurstof bindt aan het ijzermolecuul (Fe 2+) draagt het ijzermolecuul een elektron over aan
zuurstof, hierdoor wordt het superoxide anion (O2-) gevormd. Als de zuurstof weer losgelaten wordt
mag het niet de superoxide vorm hebben. Het superoxide ion is namelijk super reactief en kan
hierdoor schadelijk zijn voor biologische systemen. Een daarnaast zou het ijzerion hierdoor Fe 3+ zijn,
dit metmyoglobine is niet in staat om zuurstof te binden. Doordat het additionele histidine residu een
waterstofbinding aangaat met de superoxide anion controleert het eiwit de intrinsieke reactiviteit
van heem. Deze histidine stabiliseert dus oxyhemoglobine.

Hemoglobine (Hb) bestaat uit vier polypeptide ketens, twee identieke alfa ketens en twee identieke
beta ketens (net als bij myoglobine rijk aan alfa helixen). De structuur die hierbij gevormd wordt is de
globine fold. De subeenheden worden verbonden door de grote oppervlakte waarbij
waterstofbruggen en niet covalente bindingen de verbinding vormen. De alfa- en beta keten en het
myoglobine molecuul zijn verwant aan elkaar.
- De hemoglobine tetrameer wordt ook wel hemoglobine A genoemd en is opgebouwd uit een
paar identieke dimeren (a1b1 en a2b2). De heem groepen in de tetrameer zijn gescheiden
met ijzer-ijzer afstanden van 24 tot 40 A.

Het vermogen van deze peptiden om ijzer te binden wordt weergegeven met de oxygen-binding
curve, dit is een plot van de fractional saturation tegen de zuurstof concentratie.
Fractional saturation (Y): de fractie van mogelijke bindingssites die zuurstof gebonden hebben.
De zuurstofconcentratie wordt gemetern met de partiële druk (pO2).
- Bij myoglobine bevindt de half verzadigingswaarde (P50) zich bij 2 torr (mm Hg), dit is een
lage druk wat betekent dat zuurstof met een hoge affiniteit aan myoglobine bindt.

De oxygen-binding curve van hemoglobine heeft een S vorm (ook wel sigmoid vorm). Daarnaast is de
P50 veel hoger dan die voor myoglobine wat betekent dat zuurstof met een lagere affiniteit bindt. De