sigmoidal curba de disociere a hemoglobinei (Hb) și cooperativity sunt foarte greu de înțeles concepte pentru elevii de biochimie în științe medicale (cum ar fi studenti, chimie și biologie pre-medical specializări). Predarea hemoglobinei servește mai multor scopuri în clasa de biochimie, printre care ilustrarea legării și stabilității proteinelor, transportului și cineticii., În acest sens, conceptul de origine a funcției proteice și reglarea acesteia în celulă este unul dintre punctele cheie ale secvențelor de curs inovatoare propuse bazate pe logica chimiei .faptul că molecula Hb este compusă din 4 subunități (α1,α2,β1,β2) facilitează oxigenarea, deoarece Hb devine mai saturat cu oxigen. Pentru a explica acest lucru, este important să ne amintim că interacțiunile hidrofobe, precum și ionice și de legătură de hidrogen între subunități determină structura cuaternară finală a unei proteine complexe., Mai exact, un număr de legături ionice (denumite clasic „punți de sare”) formate între aminoacizii foarte hidrofili sau încărcați (de exemplu, Asp, Glu, Lys, Arg) țin împreună cele patru subunități din structura cuaternară a Hb. Oxigenarea poate avea loc numai dacă legăturile ionice sunt rupte și polimerul trece de la o conformație „tensionată” (T) sau cu afinitate scăzută de oxigen la o formă „relaxată” (R). Când se întâmplă acest lucru, atomii de fier pot adopta poziția stereochimică optimă în planul porfirinei care permite legarea corectă a moleculei(moleculelor) de oxigen., Cu cât sunt rupte mai multe punți, cu atât este mai ușor (adică afinitatea de legare sau −ΔGo crește) pentru intrarea de noi molecule de oxigen, până la patru pe moleculă de Hb. Acest lucru a fost, în termeni simpli, un mecanism structural propus de M. F. Perutz în anii ‘ 70 că, deși contestat de unii anchetatori, este în mod substanțial corecte bazate pe noi dovezi experimentale .

De la prima sa ediție, Biochimie carte de L. Stryer a prezentat analogie între rupere de legături ionice și sfâșiind un bloc de patru timbre și o explicație a mecanismului de cooperativity., Am constatat că, chiar și folosind această analogie, elevii sunt încă confuzi, cel mai probabil pentru că „ruperea” (o ștampilă) este echivalată cu „legarea” (a oxigenului), două verbe care au semnificații intrinsec contradictorii, care nu duc în mod natural la formarea unei asocieri mentale a două idei abstracte.mai mult, predarea Hb se concentrează adesea exclusiv pe mecanismul molecular și nu se extinde la funcționalitatea sa în organism., Am aplicat cu succes analogia cu eliberarea oxigenului în loc de legare, făcând astfel o corelare eficientă a biochimiei (cooperativității) cu fiziologia chimică (disocierea oxigenului). Ca și în cazul tuturor echilibrelor, procesul este reversibil, iar curba sigmoidală poate funcționa oricum, așa cum considerăm axa X: de la stânga la dreapta pentru legarea oxigenului sau de la dreapta la stânga pentru disocierea acestuia (Fig. 1). În ultimul caz, tensiunea ridicată O2 a plămânilor (100 mmHg) asigură o saturație completă., Pe măsură ce sângele părăsește plămânii pentru țesuturile periferice, Hb își eliberează încărcătura și procentul de oxihemoglobină scade.

CLASICE de OXIGEN CURBA de DISOCIERE A HEMOGLOBINEI

forma de oxigen curba de disociere a Hb este sigmoidal, în timp ce alte oxigen-transportă molecule (cum ar fi Mioglobina) este hiperbolică. Numai curba sigmoidală este caracteristică procesului de cooperare prin care eliberarea unei molecule de oxigen modifică afinitatea pentru oxigenul rămas legat de celelalte subunități proteice., Aranjamentul subunității 4 în Hb (α1,α2,β1,β2) servește la îndeplinirea unei funcții specifice în organismul vertebratelor, deoarece se deplasează de la un gradient extrem de presiune parțială a oxigenului (sau tensiune de oxigen) de la plămâni la țesuturi hipoxice. Liniile diagonale punctate din figură indică faptul că moleculele de oxigen sunt legate de subunitățile α/β (la a șasea poziție de coordonare a ionilor Fe2+ pe planurile heme).,

Pentru a lucra la „cooperativity în sens invers”, care este în realitate un funcțional, mai degrabă decât o structurale, analogie, am dat niște studenți patru post-office timbru bloc pătrat și spune-le că timbrele reprezintă cele patru molecule de oxigen legat de Hb în interiorul unui eritrocit în plămâni, (la acest punct, Am asigurați-vă că ei înțeleg că moleculele de oxigen în viața reală sunt obligate să hemoglobina subunități, nu alta). Apoi mă prefac că pornesc într-o călătorie spre țesuturile unde este nevoie de tot acest oxigen., În timp ce le spun să rupă prima ștampilă, fac acest lucru făcând două tăieturi, una orizontală și cealaltă verticală. Pentru a elibera a doua ștampilă este necesară o singură tăietură. Și cu o tăietură finală ultimele două timbre sunt separate. Apoi trec la graficul curbei de disociere (Fig., 2) și le-am spus că cooperativity înseamnă că eliberarea de fiecare oxigenul din Hb în regiuni ale corpului, mai departe și mai departe de plămâni, facilitează eliberarea ulterioară în fiecare moleculă, și cu mai puțină energie de fiecare dată (dacă 1 = 1 unitate arbitrară de energie, atunci pentru a separa prima, a doua, a treia și a patra de oxigen de care avem nevoie, respectiv, 2 unități 1 unitate, 1/2 unitate și 1/2 unitate).,

POȘTALE-TIMBRU ANALOGIE

În scopul de a elibera singur timbre dintr-un bloc de patru, avem de a face două tăieturi pentru a elibera prima ștampilă, o singură tăietură pentru a elibera cea de-a doua, și cu final cut vom lansa ultimele două timbre, astfel de fiecare dată când au nevoie de „mai puțină energie” pentru a face treaba. În mod similar, oxigenul rămâne strâns legat de hemoglobină (Hb) în plămâni, dar va fi eliberat progresiv pe măsură ce presiunea parțială a oxigenului scade în diferitele țesuturi ale corpului., Eliberarea unei a doua, și cu atât mai mult a treia moleculă de oxigen, necesită scăderi mai mici de presiune, deoarece eritrocitele purtătoare de Hb se deplasează mai departe spre plămâni. În analogie, Hb•4O2 există ca „patru timbre legate de subunitățile 4 Hb”; Hb•3O2 există ca „trei timbre legate + 1 subunități libere” și așa mai departe.o privire mai atentă asupra axei X arată că pentru eliberarea primului oxigen, tensiunea trebuie să scadă de la 100 la 40 mmHg. Cu toate acestea, pentru eliberarea celui de-al doilea, scăderea este mai mică, de la 40 la 26 mmHg (P50 normal pentru Hb)., Mai mult, eliberarea unei a treia sau a patra moleculă de oxigen necesită doar cea mai mică scădere a presiunii (cu toate acestea, în viața reală Hb nu își descarcă complet conținutul de oxigen). În acest moment, subliniez sensul funcțional de „a avea nevoie de mai puțină energie de fiecare dată” pentru a descărca oxigenul: doar mici picături de presiune parțială fac trucul în locul potrivit (țesuturi), dar nu în cel greșit (plămâni), unde avem nevoie de el strâns legat de purtător.,această analogie descrie pașii din mecanismul interacțiunii Hb / O2 și oferă un cadru pictural pentru a intra în povestea biochimică tradițională (adică trecerea acum la legarea oxigenului: de la stânga la dreapta în axa X din Fig. 1). Prin urmare, modelul este pus în contextul general al cooperativității prin faptul că prima moleculă legată provoacă modificări structurale care influențează legarea următoarei molecule., Această proprietate (împreună cu alosterismul) este o consecință directă a aranjamentului cuaternar al celor 4 polipeptide din Hb, asemănător „comunicării moleculare” care lipsește în alte molecule de legare a oxigenului, cum ar fi mioglobina (Mb). Forma curbei de disociere a oxigenului Hb este sigmoidală, în timp ce cea a Mb nu este (este hiperbolică); numai curba sigmoidală este caracteristică procesului de cooperare. Natura a venit cu două modele moleculare inteligente pentru scopuri deosebit de distincte în organism., HB transportă oxigenul în fluxul sanguin dintr-un gradient extrem de presiune parțială din plămâni (unde trebuie să rămână strâns legat) de țesuturi (unde trebuie eliberat cu ușurință), dar, pe de altă parte, Hb nu ar putea furniza tot oxigenul de care are nevoie celula într-o situație ridicată de solicitare a ATP (de exemplu, exercitarea). Mb, localizat în citoplasma celulară, eliberează oxigen în lanțul respirator al mitocondriilor, o organelă care folosește oxigenul mai repede decât gazul poate difuza în el., Deoarece afinitatea de legare a oxigenului la citocrom oxidază este de ~10 ori mai mare decât cea pentru Mb, o eliberare „hiperbolică” funcționează în această situație mai bine decât o eliberare „cooperativă”.,

Merge înapoi la „cooperativity în sens invers” ilustrat de 4-timbru bloc analogie, așa cum este descris mai înainte, am găsit că învățarea unui concept dificil este facilitată când educatorul folosește aici cele trei modele principale de învățare: de asociere, de descoperire și de îndrumare, după cum urmează:

  • în Primul rând, prin compararea molecule de oxigen pentru a posta timbre putem trece de la abstract la concret., Prin evocarea imaginilor în mintea elevului aproape de domeniul vieții de zi cu zi, procesul de asociere este pus în mișcare (teoria comportamentală a lui Pavlov și Skinner). Profesorul spune povestea, pictând imagini și transportând elevii în scenarii de sunet, forme și culori și, făcând acest lucru, oferă fără probleme ideea de a fi comunicată. Acest lucru este ca trimiterea unui e-mail text (conceptul) cu un fișier imagine „atașament” (imaginea asociată).în al doilea rând, elevii sunt implicați într-o mică activitate practică., În modelul de dezvoltare și descoperire (bazat pe teoria experiențială a lui Piaget), elevii experimentează, ating, simt, pun întrebări despre lumea exterioară și încearcă să extragă singuri răspunsurile corecte. Deoarece cursantul folosește simțurile într-o căutare a răspunsurilor corecte, educatorul servește aici ca facilitator, iar studentul le asimilează în experiența sa sau în lumea interioară.,în al treilea rând, dacă educatorul Împărtășește cu clasa cum s-a simțit atunci când a întâlnit pentru prima dată acest concept dificil, va stabili o relație de mentorat (bazată pe Bandura), în care profesorul și elevii împărtășesc experiențe împreună. Acest lucru ar fi practic doar dacă o clasă mare este împărțită în grupuri mici și, chiar și așa, unii educatori s-ar putea simți reticenți în a îmbrățișa o abordare care ar putea fi percepută ca „expunând” slăbiciunea în fața elevilor.,cu toate acestea, există încă o altă posibilitate de a învăța un concept abstract și dificil: ghidându-i să descopere adevărul de la sine. „Metoda socratică” a fost realizată unu-la-unu, a implicat învățarea activă, a fost centrată pe elev și facilitată de profesor. Întrebările abile, formulate corespunzător, care vizează cunoașterea, înțelegerea și aplicarea disciplinelor dificile pot spori eficient abilitățile cognitive ale studenților din diferitele profesii de sănătate .,în exemplul nostru de curbă de disociere a hemoglobinei, ne putem imagina mergând alături de discipol pe verdele Campusului Universitar. Profesorul ar putea pune întrebarea: „să spunem că oxigenul este legat de hemoglobină în plămân-va fi o legătură strânsă?”Studentul ar răspunde:”posibil, din moment ce nu vrem să pierdem nimic chiar acolo”. Profesorul, atunci: „acum să ne imaginăm că eritrocitele se deplasează mai departe de plămâni”; „este timpul să-l eliberăm”; „Da, dar ce s-ar întâmpla dacă este eliberat imediat ce presiunea oxigenului scade ușor?,”; „Ei bine, presupun că nu va mai rămâne nimic pentru cele mai ascunse țesuturi scăldate în CO2”; „exact”; „atunci îmi imaginez că eliberarea ar trebui să fie treptată, dar, așteptați un minut, ar trebui să existe un mecanism pentru asta!”; „Într-adevăr. Să numim acest mecanism „cooperativitate”deocamdată”. Și așa mai departe.

    deși nepractic, aceasta ar fi metoda de învățare la alegere, iar utilizarea îndrumării interactive online se apropie de acest obiectiv. Între timp, abia aștept să încep un nou trimestru și să văd fețele studenților strălucind atunci când descoperă secretele livrării de oxigen cu ajutorul unui „dispozitiv”de 4×33 cenți.,