Transport et Stockage de l'Oxygène
Les systèmes vivants utilisent des métalloprotéines à base de fer et de cuivre, telles que l'hémoglobine et la myoglobine, pour lier l'oxygène de manière réversible, le transportant à travers le corps et le stockant dans les tissus.
Definition
Le transport et le stockage de l'oxygène désignent la chimie bioinorganique par laquelle les métalloprotéines lient l'oxygène moléculaire de manière réversible à un centre métallique pour le transporter dans la circulation sanguine et le retenir dans les tissus en vue de son utilisation dans la respiration.
Scope
Ce sujet couvre la chimie bioinorganique des transporteurs de dioxygène : les centres de fer héminique de l'hémoglobine et de la myoglobine, la liaison coopérative de l'oxygène par l'hémoglobine et son contrôle allostérique, les changements structurels qui accompagnent l'oxygénation, ainsi que les transporteurs d'oxygène alternatifs que sont l'hémocyanine et l'hémérythrine. Il traite de la liaison et du stockage réversibles de l'oxygène, laissant la catalyse d'activation de l'oxygène au sujet des métalloenzymes.
Core questions
- Comment le centre de fer héminique lie-t-il l'oxygène de manière réversible sans être oxydé ?
- Pourquoi la liaison de l'oxygène par l'hémoglobine est-elle coopérative ?
- Quels changements structurels accompagnent l'oxygénation ?
- Comment l'hémocyanine et l'hémérythrine transportent-elles l'oxygène avec du cuivre ou du fer non héminique ?
Key concepts
- L'hème et l'histidine proximale
- Liaison réversible du dioxygène
- Coopérativité et la courbe sigmoïde
- Régulation allostérique
- Hémocyanine (dicouvre)
- Hémérythrine (difer)
Key theories
- Liaison réversible du dioxygène au fer héminique
- Le centre de fer(II) de l'hème, maintenu dans une poche protéique avec une histidine proximale, lie le dioxygène de manière terminale tandis que la protéine empêche l'oxydation irréversible, permettant des cycles répétés de fixation et de libération.
- Coopérativité et allostérie dans l'hémoglobine
- La liaison de l'oxygène à une sous-unité déclenche des changements structurels tertiaires et quaternaires qui augmentent l'affinité des autres, donnant la courbe de liaison sigmoïde que Perutz a expliquée à partir de la stéréochimie de la protéine.
- Transporteurs d'oxygène alternatifs
- L'hémocyanine utilise un site dicuivre et l'hémérythrine un site difer non héminique pour lier le dioxygène, montrant que la nature a développé plusieurs centres métalliques distincts pour le transport réversible de l'oxygène.
Mechanisms
Dans l'hémoglobine, la liaison de l'oxygène au fer d'une sous-unité tire le fer dans le plan de l'hème et déplace l'histidine attachée, propageant un changement quaternaire qui convertit la protéine d'un état de faible affinité à un état de forte affinité, rendant ainsi la liaison coopérative.
Clinical relevance
La chimie des transporteurs d'oxygène sous-tend la physiologie respiratoire et les troubles de l'apport en oxygène, la toxicité du monoxyde de carbone qui entre en compétition pour le site de l'hème, et la base moléculaire des affections touchant l'hémoglobine ; il s'agit de matériel de référence, et non de conseils cliniques.
History
La base moléculaire du transport de l'oxygène est devenue claire avec les premières structures cristallines de protéines : Kendrew a résolu la structure de la myoglobine et Perutz celle de l'hémoglobine, un travail récompensé par le prix Nobel de 1962. Perutz a ensuite expliqué la coopérativité à partir des différences structurelles entre les formes oxygénée et désoxygénée.
Key figures
- Max Perutz
- John Kendrew
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- perutz1970
- lippard1994
- bertini2007
Frequently asked questions
- Pourquoi le fer de l'hémoglobine ne rouille-t-il pas simplement lorsqu'il lie l'oxygène ?
- La poche protéique isole chaque hème et positionne une histidine proximale et des résidus distaux de manière à ce que l'oxygène se lie réversiblement sans que deux centres de fer ne se rencontrent pour former une espèce pontée oxydée de manière irréversible, maintenant ainsi le fer disponible pour des cycles répétés.
- Que permet physiologiquement la liaison coopérative ?
- La coopérativité confère à l'hémoglobine une courbe de liaison de l'oxygène raide et sigmoïde, ce qui lui permet de charger efficacement l'oxygène là où la pression partielle est élevée, dans les poumons, et de le décharger efficacement là où la pression est basse, dans les tissus.