a hemoglobin (Hb) és a kooperativitás sigmoidális disszociációs görbéje nagyon nehéz fogalmak az egészségtudományok biokémia hallgatói számára (például egyetemi hallgatók, kémia és biológia orvosi szakok). A Hemoglobin tanítása több célt szolgál a biokémia osztálytermében, többek között a fehérjekötés, a stabilitás, a közlekedés és a kinetika szemléltetése., Ebben az értelemben a fehérjefunkció eredetének és a sejtben való szabályozásának fogalma a kémia logikáján alapuló innovatív kurzussorozatok egyik kulcsfontosságú pontja .
az a tény,hogy a Hb molekula 4 alegységből áll (α1,α2,β1, β2), megkönnyíti az oxigénellátást, mivel a Hb oxigénnel telítődik. Ennek magyarázata érdekében fontos megjegyezni, hogy az alegységek közötti hidrofób, valamint ionos és hidrogénkötési kölcsönhatások határozzák meg egy komplex fehérje végső kvaterner szerkezetét., Pontosabban, számos ionos kötés (klasszikusan a továbbiakban “só hidak”) alakult között erősen hidrofil vagy töltésű aminosav (pl., Asp, Glu, Lys, Arg) tartja össze a négy alegységek a kvaterner szerkezete Hb. Az oxigénellátás csak akkor fordulhat elő, ha az ionos kötések megszakadnak, és a polimer “feszült” (t) vagy alacsony oxigén affinitású konformációból “nyugodt” (R) formába kapcsol. Amikor ez megtörténik, a vasatomok a porfirin sík optimális sztereokémiai helyzetét fogadhatják el, amely lehetővé teszi az oxigénmolekula(ok) megfelelő kötődését., Minél több hidat törnek meg, annál könnyebb (azaz a kötési affinitás vagy −ΔGo növekszik) az új oxigénmolekulák belépéséhez, legfeljebb négy HB molekulánként. Ez volt, leegyszerűsítve, egy szerkezeti mechanizmus által javasolt M. F. Perutz a 70-es, hogy, bár vitatott egyes nyomozók, lényegében helyes alapján új kísérleti bizonyítékok .
első kiadása óta L. Stryer biokémikus könyve analógiát mutatott be az ionos kötések megtörése és a négy bélyeg blokkjának szétdarabolása között, mint a kooperativitás mechanizmusának magyarázata., Megállapítottam, hogy még ezt az analógiát is használva a diákok még mindig zavarosak, valószínűleg azért, mert a “törés” (bélyegző) megegyezik a “kötéssel” (oxigénnel), két igével, amelyek lényegében ellentmondásos jelentéssel bírnak, amelyek természetesen nem vezetnek két absztrakt ötlet mentális társulásának kialakulásához.
továbbá a Hb tanítása gyakran kizárólag a molekuláris mechanizmusra koncentrál, és nem terjed ki a szervezetben való működőképességére., Sikeresen alkalmaztam az analógiát az oxigén felszabadítására a kötés helyett, ezáltal hatékonyan áthidalva a biokémiát (kooperativitást) a kémiai fiziológiával (oxigén disszociáció). Mint minden equilibria esetében, a folyamat reverzibilis, és a sigmoid görbe akár úgy is működhet, ahogy az X tengelyt vesszük figyelembe: balról jobbra az oxigén kötéséhez, vagy jobbról balra a disszociációhoz (ábra. 1). Az utóbbi esetben a tüdő magas O2 feszültsége (100 Hgmm) teljes telítettséget biztosít., Mivel a vér elhagyja a tüdőt a perifériás szövetek számára, a Hb felszabadítja terhelését, az oxihemoglobin százalékos csökkenése.
a HB oxigén disszociációs görbéjének alakja sigmoid, míg más oxigénszállító molekuláké (mint például a Myoglobin) hiperbolikus. Csak a szigmoid görbe jellemző a kooperatív folyamatra, amellyel az egyik oxigénmolekula felszabadulása megváltoztatja a többi protein alegységhez kötött többi oxigén affinitását., A 4 alegység a Hb-ben (α1,α2,β1,β2) a gerincesek szervezetében egy speciális funkció elérésére szolgál, mivel az oxigén parciális nyomásának (vagy oxigénfeszültségének) szélsőséges gradienséből a tüdőből a hipoxiás szövetekbe mozog. Az ábrán látható szaggatott átlós vonalak azt mutatják, hogy az oxigénmolekulák α/β alegységekhez vannak kötve (a Fe2+ ionok hatodik koordinációs pozícióihoz a hem síkokon).,
dolgozni a “cooperativity fordított”, ami valójában egy funkcionális, ahelyett, hogy egy strukturális, analógia, adok néhány diák egy négy postai bélyegző háztömbnyi mondd meg nekik, hogy a bélyeget jelentenek a négy molekulák oxigén kötődik a Hb belsejében egy vörösvértest a tüdő, (ezen a ponton, Én győződjön meg arról, hogy tisztában vannak vele, hogy az oxigén molekulák a valós életben vannak kötve a hemoglobin alegységek, nem egymással). Aztán úgy teszek, mintha elindulnék egy utazásra a szövetekbe, ahol minden oxigénre szükség van., Ahogy azt mondom nekik, hogy tépjék szét az első bélyegzőt, úgy teszik ezt, hogy két vágást készítenek, az egyik vízszintes,a másik függőleges. A második bélyegző felszabadításához csak egy vágásra van szükség. Egy végső vágással az utolsó két bélyeget elválasztják. Ezután áttérek a disszociációs görbe grafikonra (ábra., 2) és azt mondom nekik, hogy a kooperativitás azt jelenti, hogy a kibocsátás minden oxigén Hb régiókban a test távolabb és távolabb a tüdőben, megkönnyíti a kibocsátás minden további molekula, és kevesebb energiát minden alkalommal (ha 1 cut = 1 tetszőleges egység energia, majd külön az első, második, harmadik és negyedik oxygens szükségünk van, illetve 2 egység, 1 egység, 1/2 egység és 1/2 egység).,
annak érdekében, hogy engedje el egyetlen bélyeg blokk négy, van, hogy két vágást, hogy kiadja az első pecsétet, csak egy vágott, hogy kiadja az a második, a final cut elengedjük az utolsó két bélyeget, így minden alkalommal, amikor szüksége “kevesebb energia”, hogy ezt a munkát. Hasonlóképpen, az oxigén szorosan kötődik a hemoglobinhoz (Hb) a tüdőben, de fokozatosan felszabadul, mivel a részleges oxigénnyomás csökken a test különböző szöveteiben., A második, sőt még inkább a harmadik oxigénmolekula felszabadulása kisebb nyomáscsökkenést igényel, mivel a Hb-hordozó eritrocita távolabb kerül a tüdőbe. Az analógiában a Hb•4O2 létezik, mint “négy Bélyeg, amely a 4 Hb alegységhez kötődik”; a Hb•3O2 létezik, mint “három bélyeg kötött + 1 alegység szabad” stb.
az X tengely közelebbi áttekintése azt mutatja, hogy az első oxigén felszabadításához a feszültségnek 100-ról 40 Hgmm-re kell esnie. A második felszabadításához azonban a csepp kisebb, 40-26 Hgmm-re (a HB normál P50-re)., Továbbá egy harmadik vagy egy negyedik oxigénmolekula felszabadulása csak a legkisebb nyomáscsökkenést igényli (azonban a valós életben a Hb soha nem üríti ki teljesen az oxigéntartalmát). Ezen a ponton hangsúlyozom annak funkcionális jelentését, hogy” minden alkalommal kevesebb energiára van szükség ” az oxigén kirakodásához: csak apró cseppek részleges nyomásban csinálják a trükköt a megfelelő helyen (szövetek), de nem a rosszban (tüdő), ahol szükségünk van rá szorosan kötve a hordozóhoz.,
Ez az analógia leírja a Hb/O2 kölcsönhatás mechanizmusának lépéseit, és képi keretet biztosít a hagyományos biokémiai történetbe való bejutáshoz(azaz most az oxigén kötéséhez: balról jobbra az X-tengelyen. 1). A modellt ezért a kooperativitás általános kontextusába helyezzük, mivel az első molekula kötött szerkezeti változásokat okoz, amelyek befolyásolják a következő molekula kötődését., Ez a tulajdonság (az alloszterizmussal együtt) a Hb-ben lévő 4 polipeptid kvaterner elrendezésének közvetlen következménye, hasonlóan a “molekuláris kommunikációhoz”, amely más oxigénkötő molekulákban, például a mioglobinban (Mb) hiányzik. A HB oxigén disszociációs görbéjének alakja sigmoid, míg az Mb alakja nem (hiperbolikus); csak a sigmoid görbe jellemző a kooperatív folyamatra. A természet két okos molekuláris tervvel állt elő, amelyek különösen különböző célokra szolgálnak a testben., A Hb oxigént szállít a véráramba a tüdőből származó parciális nyomás szélsőséges gradienséből (ahol szorosan kötődnie kell) a szövetekhez (ahol könnyen fel kell szabadítani), de másrészt a Hb nem tudna biztosítani minden oxigént, amelyre a sejtnek szüksége van egy magas ATP-igényes helyzetben (pl. edzés). Az Mb, amely a sejt citoplazmájában található, oxigént bocsát ki a mitokondrion légzési láncába, egy organelle, amely gyorsabban használ oxigént, mint a gáz, diffundálhat benne., Mivel az oxigén kötődési affinitása a citokróm oxidázhoz ~10-szer magasabb, mint az Mb-hez, a” hiperbolikus “felszabadulás ebben a helyzetben jobban működik, mint egy” kooperatív ” felszabadulás.,
vissza a “cooperativity fordított” szemlélteti a 4-bélyeg blokk analógia leírt előtt, azt találtam, hogy a tanulás, a nehéz koncepció további elősegítette, mivel a pedagógus használja itt a három fő modell a tanulás: egyesület, a felfedezés, illetve mentori a következőképpen:
-
Első, összehasonlítva molekulák oxigén posta bélyeget tudjuk mozgatni az absztrakt a beton., A mindennapi élet birodalmához közeli tanuló elméjében lévő képek felidézésével az asszociációs folyamat elindul (Pavlov és Skinner viselkedési elmélete). A tanár elmeséli a történetet, festi a képeket, és a hallgatókat hang -, alak-és színvilág-forgatókönyvekbe szállítja, és ezzel zökkenőmentesen eljuttatja a közlendő ötletet. Ez olyan, mint egy szöveges e-mail küldése (a koncepció) egy “melléklet” képfájllal (a kapcsolódó kép).
-
második, a diákok részt vesznek egy kis gyakorlati tevékenység., A fejlődés és a felfedezés modelljében (a Piaget tapasztalati elmélete alapján) a diákok kísérleteznek, érintenek, éreznek, kérdéseket tesznek fel a külvilággal kapcsolatban, és megpróbálják önmagukban kivonni a helyes válaszokat. Mivel a tanuló az érzékeket a helyes válaszok keresésekor használja, a pedagógus itt segítőként szolgál, a hallgató pedig a saját tapasztalatába vagy a belső világba asszimilálja őket.,
-
harmadszor, ha a pedagógus megosztja az osztályral, hogyan érezte magát, amikor először találkozott ezzel a nehéz koncepcióval, mentori kapcsolatot hoz létre (Bandura alapján), amelyben a tanárok és a diákok közösen osztják meg tapasztalataikat. Ez csak akkor lenne praktikus, ha egy nagy osztályt kis csoportokra bontanak, és ennek ellenére egyes oktatók vonakodnak elfogadni egy olyan megközelítést, amelyet a diákok előtt “gyengeségnek” lehet tekinteni.,
azonban még van egy másik lehetőség, hogy tanítani egy absztrakt és nehéz fogalom: irányítja őket, hogy felfedezzék az igazságot a maguk. A” szókratészi módszer ” egy-egy volt, aktív tanulással, tanulóközpontú volt, és a tanár megkönnyítette. A nehéz tudományágak megismerését, megértését és alkalmazását célzó ügyes, megfelelően megfogalmazott kérdések hatékonyan javíthatják a különböző egészségügyi szakmák tanulóinak kognitív képességeit .,
a hemoglobin disszociációs görbéjének példáján elképzelhetjük, hogy a tanítvány mellett sétálunk az egyetemi campus zöldjén. A tanár felvetheti a kérdést: “tegyük fel, hogy az oxigén kötődik a tüdőben lévő hemoglobinhoz-ez szoros kötés lesz?”A hallgató válaszolna:” valószínűleg, mivel nem akarjuk elveszíteni egyiket sem”. A tanár, akkor: “most képzeljük el, hogy az eritrocita távolabb halad a tüdőtől”; “itt az ideje, hogy felszabadítsuk”; ” igen, de mi történne, ha felszabadulna, amint az oxigénnyomás kissé csökken?,”; “Nos, azt hiszem, nem marad semmi a CO2-ben fürdött leginkább rejtett szövetekre”; “pontosan”; ” akkor gondolom, hogy a felszabadulásnak fokozatosnak kell lennie, de várjon egy percet, ehhez mechanizmusnak kell léteznie!”; “Valóban. Nevezzük ezt a mechanizmust “kooperativitásnak ” egyelőre”. És így tovább.
bár nem praktikus, ez lenne a választott tanulási módszer, és az online interaktív oktatás használata egyre közelebb kerül ehhez a célhoz. Alig várom, hogy új negyedet kezdjek, és lássam, ahogy a diákok ragyognak, amikor felfedezik az oxigénszállítás titkait egy 4×33 cent “eszköz”segítségével.,
Vélemény, hozzászólás?