esovitě disociační křivky hemoglobinu (Hb) a kooperativita jsou velmi obtížné pojmy k pochopení pro studenty biochemie v lékařských věd (jako jsou absolventi, chemie a biologie pre-lékařské obory). Výuka hemoglobinu slouží v biochemické třídě více účelům, mezi nimi ilustrace vazby a stability bílkovin, dopravy a kinetiky., V tomto smyslu je pojem původu proteinové funkce a její regulace v buňce jedním z klíčových bodů navrhovaných inovativních sekvencí kurzu založených na logice chemie .

skutečnost,že molekula Hb je složena ze 4 podjednotek (α1,α2,β1, β2), usnadňuje okysličení, protože Hb se více nasytí kyslíkem. Vysvětlit, je důležité si uvědomit, že hydrofobní, stejně jako iontové a vodíkové vazby interakce mezi podjednotkami určení konečného kvartérní struktura komplex bílkovin., Konkrétně počet iontové vazby (klasicky označovány jako „solné můstky“) tvořil mezi vysoce hydrofilní nebo nabité aminokyseliny (např., Asp, Glu, Lys, Arg) držet pohromadě čtyř podjednotek v kvarterní struktury Hb. Okysličení může nastat pouze v případě, že jsou iontové vazby přerušeny a polymer se přepne z „napjaté“ (T) nebo nízké afinity kyslíku do „uvolněné“ (R) formy. Když k tomu dojde, atomy železa mohou přijmout optimální stereochemickou polohu v porfyrinové rovině, která umožňuje správnou vazbu molekuly kyslíku(molekul)., Čím více mostů je rozbito, tím snazší je (tj. vazebná afinita nebo −ΔGo se zvyšuje) pro vstup nových molekul kyslíku, až čtyř na molekulu Hb. To byl, zjednodušeně, strukturální mechanismus navržený M. F. Perutz v 70. letech, že i když sporné strany některých vyšetřovatelů, je v podstatě správné, založené na nové experimentální důkazy .

Od svého prvního vydání, Biochemie knihy L. Stryer představila analogie mezi rozbití iontové vazby a rozerval blok čtyř razítek jako vysvětlení mechanismu kooperativita., Zjistil jsem, že i pomocí této analogie, studenti jsou stále zmatená, s největší pravděpodobností proto, že „lámání“ (razítko) je přirovnáván k „vázání“ (kyslíku), dvě slovesa, která mají vnitřně rozporné významy, které nevedou přirozeně k tvorbě mentální asociace dvou abstraktních myšlenek.

dále se výuka Hb často zaměřuje pouze na molekulární mechanismus a nevztahuje se na jeho funkčnost v těle., Úspěšně jsem použil přirovnání k uvolnění kyslíku namísto vazby, čímž účinně srovnávací biochemie (kooperativita) s chemickými fyziologie (disociace kyslíku). Stejně jako u všech rovnováh je proces reverzibilní a sigmoidní křivka může fungovat tak, jak uvažujeme o ose X: zleva doprava pro vazbu kyslíku nebo zprava doleva pro jeho disociaci (obr. 1). V druhém případě poskytuje vysoké napětí O2 plic (100 mmHg) plnou saturaci., Jak krev opouští plíce pro periferní tkáně, HB uvolňuje svou zátěž a procento oxyhemoglobinu klesá.

KLASICKÉ KYSLÍKU, DISOCIAČNÍ KŘIVKA HEMOGLOBINU

tvar kyslíku, disociační křivka Hb je esovitě, vzhledem k tomu, že dalších kyslíku nesoucí molekuly (např. Myoglobin) je hyperbolický. Pouze esovitě křivky je charakteristický kooperativní proces, při kterém uvolnění jedné molekuly kyslíku mění afinitu pro zbývající kyslíky vázané na jiné proteinové podjednotky., 4 podjednotky uspořádání v Hb (α1,α2,β1,β2), slouží k dosažení konkrétní funkce v organismu obratlovců, jako se to pohybuje od extrémní gradient parciálního tlaku kyslíku (nebo kyslík napětí) z plic do hypoxické tkáně. Přerušované diagonální čáry na obrázku naznačují, že molekuly kyslíku jsou vázány na podjednotky α/β (na šesté koordinační pozice iontů Fe2+ na rovinách hemu).,

Do práce „kooperativita v opačném směru“, který je ve skutečnosti funkční, spíše než strukturální, analogie, dávám někteří studenti čtyři poštovní razítko náměstí bloku, a řekněte jim, že známky představují čtyři molekuly kyslíku vázaného na Hb v erytrocytu v plicích, (v tomto bodě, Mohu ujistit, že chápou, že molekuly kyslíku, v reálném životě jsou vázány hemoglobinu podjednotky, ne k sobě). Pak předstírám, že se vydám na cestu do tkání, kde je potřebný veškerý kyslík., Jak jim říkám, aby roztrhali první razítko, dělají to tak, že dělají dva řezy, jeden horizontální a druhý vertikální. K uvolnění druhého razítka je zapotřebí pouze jeden řez. A s jedním posledním řezem jsou poslední dvě razítka oddělena. Pak se přesunu do grafu disociační křivky (obr., 2) a já jsem jim říct, že kooperativita znamená, že vydání každé kyslíku z Hb v oblastech těla dál a dál od plic, usnadňuje uvolnění každé další molekulu, a s méně energie pokaždé (pokud 1 řez = 1 arbitrární jednotku energie, pak se oddělit první, druhé, třetí a čtvrté atomy kyslíku, které potřebujeme, respektive 2 jednotek 1 jednotka, 1/2 jednotky a 1/2 jednotky).,

POŠTOVNÉ-RAZÍTKO ANALOGIE

aby se uvolnil jeden razítka z bloku čtyři, musíme udělat dva řezy vydání první, razítko, pouze jeden řez, aby se uvolnil druhou, a s final cut jsme uvolnění poslední dvě známky, tak pokaždé, když potřebují „méně energie“, aby dělat svou práci. Podobně kyslík zůstává pevně vázán na hemoglobin (Hb) v plicích, ale bude postupně uvolňován, protože parciální tlak kyslíku klesá v různých tkáních těla., Uvolnění sekundy a ještě více třetí molekuly kyslíku vyžaduje menší pokles tlaku, protože erytrocyt nesoucí HB se pohybuje dále do plic. V analogii existuje Hb * 4O2 jako „čtyři razítka vázaná na podjednotky 4 Hb“; Hb•3O2 existuje jako „tři razítka vázaná + 1 podjednotky zdarma“ a tak dále.

bližší pohled na osu X ukazuje, že pro uvolnění prvního kyslíku musí napětí klesnout ze 100 na 40 mmHg. Pro uvolnění druhého je však pokles menší, dolů od 40 do 26 mmHg (normální P50 pro Hb)., Dále, vydání třetí nebo čtvrté molekuly kyslíku vyžaduje pouze nejmenší pokles tlaku (nicméně, v reálném životě Hb nikdy vyloží obsah kyslíku zcela). Na tomto místě zdůrazňuji funkční smyslu „potřebují méně energie pokaždé, když“ k uvolnění kyslíku: Jen malé kapky v parciálním tlaku stačit na správném místě (tkání), ale ne v tom špatném (plíce), kde potřebujeme pevně vázán na nosič.,

tato analogie popisuje kroky v mechanismu interakce Hb / O2 a poskytuje obrazový rámec pro vstup do tradičního biochemického příběhu (tj. 1). Model je proto uveden do obecného kontextu kooperativity v tom, že první vázaná molekula způsobuje strukturální změny, které ovlivňují vazbu další molekuly., Tato vlastnost (spolu s allosterism) je přímým důsledkem kvartérní uspořádání 4 polypeptidy v Hb, podobný „molekulární komunikace“, které chybí v jiných kyslíku-vazba molekuly, jako jsou myoglobin (Mb). Tvar kyslíkové disociační křivky Hb je sigmoidní, zatímco Mb Není (je hyperbolický); pro kooperativní proces je charakteristická pouze sigmoidní křivka. Příroda přišla se dvěma chytrými molekulárními návrhy pro zvláště odlišné účely v těle., Hb trajekty kyslíku v krvi z extrémní gradient částečného tlaku plic (kde musí zůstat pevně vázán) do tkání (tam, kde to má být snadno uvolní), ale na druhou stranu, Hb by být schopen poskytnout všechny kyslíku, které buňka potřebuje ve vysoké ATP náročné situace (např., cvičení). Mb, který se nachází v buněčné cytoplazmě, uvolňuje kyslík do respiračního řetězce mitochondrií, organela, která používá kyslík rychleji než plyn, se do něj může rozptýlit., Od vazebnou afinitu kyslíku k cytochrom oxidáza je ~10 krát vyšší než u Mb, „hyperbolické“ vydání díla v této konkrétní situaci lepší, než „družstvo“ vydání.,

vraťme se zpět k „kooperativita v obráceném“ ilustroval 4-razítko bloku obdobně, jak je popsáno dříve, zjistil jsem, že učení je obtížné koncept je dále usnadněno, protože pedagog využívá se zde tři hlavní modely učení: asociace, objev a mentoring takto:

  • za Prvé, porovnáním molekuly kyslíku na poště razítka, můžeme přejít od abstraktního ke konkrétnímu., Tím, že evokuje obrazy v mysli žáka blízké říši každodenního života, je proces sdružování uveden do pohybu (behaviorální teorie Pavlova a Skinnera). Učitel vypráví příběh, maluje obrázky a přepravuje studenty do scénářů zvuku, tvarů a barev a přitom hladce přináší myšlenku, která má být sdělena. Je to jako odeslání textového e-mailu (koncept) s obrázkovým souborem „příloha“ (přidružený obrázek).

  • za druhé, studenti se zabývají malou praktickou činností., V modelu vývoje a objevování (na základě zkušenostní teorie Piaget), studenti experiment, dotknout se, cítit, klást otázky o okolním světě a pokusit se získat správné odpovědi sami. Vzhledem k tomu, že student používá smysly při hledání správných odpovědí, pedagog zde slouží jako zprostředkovatel a student je asimiluje do své zkušenosti nebo do vnitřního světa.,

  • za Třetí, pokud pedagog akcií s třídou, jak on nebo ona se cítila, když poprvé narazila na tento obtížný koncept, bude to vytvořit mentoring vztah (na základě Bandura), v nichž učitel a žáci sdílejí zkušenosti dohromady. To by bylo praktické pouze tehdy, pokud velká třída je rozdělena do malých skupin, a dokonce i tak, někteří pedagogové se mohou cítit zdráhají přijmout přístup, který by mohl být vnímán jako „odhalení“ slabost před studenty.,

stále však existuje další možnost učit abstraktní a obtížný koncept: vést je k objevování pravdy sami. „Socratic“ bylo provedeno jedno-on-one, podílí se aktivní učení, byl learner-střed, a usnadněno učitel. Zručný, vhodně formulované, otázky zaměřené na znalost, porozumění a aplikace obtížných disciplín může efektivně zvýšit kognitivní schopnosti studentů z různých zdravotnických profesí .,

v našem příkladu disociační křivky hemoglobinu si můžeme představit chůzi po boku žáka na zelené straně univerzitního kampusu. Učitel by mohl položit otázku: „řekněme, že kyslík je vázán na hemoglobin v plicích -bude to těsná vazba?“Student by odpověděl:“ možná, protože tam nechceme ztratit nic z toho“. Učitel, pak: „a Teď si představte erytrocytů je cestování dál od plic“; „je čas uvolnit to“; „Ano, ale co by se stalo, kdyby se uvolní, jakmile tlak kyslíku klesne jen mírně?,“; „No, předpokládám, že pro nejskrytější tkáně koupané v CO2 nebude nic“; „přesně“ ;“ pak si představuji, že uvolnění by mělo být postupné, ale počkejte chvíli, měl by existovat mechanismus!“; „Skutečně. Nazývejme tento mechanismus prozatím „kooperativitou“. A tak dále.

i když nepraktické, to by byla metoda učení volby a použití online interaktivního doučování se blíží tomuto cíli. Mezitím se nemůžu dočkat, až začnu novou čtvrtinu a uvidím, jak studenti čelí záři, když objeví tajemství dodávky kyslíku pomocí „zařízení“4×33 centů.,