DESIGN OF HEME-PROTEIN BASED BLOOD SUBSTITUTES
基于血红素蛋白的血液替代品的设计
基本信息
- 批准号:3366211
- 负责人:
- 金额:$ 12.82万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:1991
- 资助国家:美国
- 起止时间:1991-08-01 至 1995-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:acid base balance animal tissue anions autooxidation azides binding proteins biological models biomaterial development /preparation blood /plasma substitute carbon monoxide chemical association chemical binding chemical stability chimeric proteins conformation cyanides dimer gel filtration chromatography heme hemoglobin hemoprotein hemoprotein biosynthesis hemoprotein structure human tissue ion exchange chromatography ionic strengths mutant myoglobin oxygen transport point mutation serum albumin site directed mutagenesis spectrometry stop flow technique temperature
项目摘要
Our goal is to obtain the experimental data and mechanistic interpretations
required to design the heme pocket in protein-based blood substitutes for
optimal gas transport properties and maximum stability to autoxidation and
heme loss. Five important properties of potential blood substitutes are:
(1) cooperativity and moderately low )2 affinity; (2) discrimination
against CO in favor of )2 binding (i.e., KCO/KO2 <200); (3) large
association and dissociation rate constants for efficient gas transport in
the microcirculation; (4) low rate of autooxidation; and (5) high affinity
for heme and stability to denaturation. In another study, we have been
examining the 02 and CO binding properties of a series of genetically
engineered, heme pocket mutants of pig and sperm whale myoglobin and human
hemoglobin. In this project, we propose to measure the autoxidation and
heme stabilities of an expanded set of these mutant proteins. Because of
complexities due to alpha and Beta subunit differences, tetramer
dissociation into dimers, and quaternary conformational changes in human
hemoglobin, the myoglobins will be used as model systems to investigate the
relationships between oxygen binding parameters and those for iron
oxidation and heme loss. The effects of amino acid replacements at
positions 64(E7), 68(E11), 67(E10), 45(CD3), 43(CD1), 29(B10), 32(B13), and
107(G8) on the rates of autooxidation will be surveyed. Temperature, pH,
and O2 concentration dependences will be measured for native and selected
mutant proteins in order to determine the mechanism of this process.
Experiments will also be carried out to measure rates of heme binding and
dissociation for the same set of proteins. As a test of the utility of
this approach, we will then attempt to construct a synthetic myoglobin with
optimal O2 affinity, CO discrimination, ligand binding rate constants, and
stability to oxidation and heme loss. Autooxidation and heme binding
studies will also be carried out with mutants of human hemoglobin
containing His(E7) to Gly and Gln and Val(E11) to Ala, Leu, and Ile
substitutions in both the alpha and B subunits. the results of these
studies and those for myoglobin will be used to design heme pockets in the
alpha and B subunits of human hemoglobin with optimal O2 binding parameters
and minimal rates of autoxidation and hemin dissociation. The data for the
recombinant myoglobins and hemoglobins will also provide more complete
structural interpretations of naturally occurring hemoglobinopathies
associated with congenital Heinz body hemolytic anemia and elevated levels
of methemoglobin.
我们的目标是获得实验数据和机制解释
需要设计基于蛋白质的血液替代品中的血红素袋
最佳的气体传输特性和最大的自氧化稳定性
血红素损失。 潜在血液替代品的五个重要特性是:
(1) 协作性和适度低的 )2 亲和力; (2) 歧视
反对 CO 有利于 )2 结合(即 KCO/KO2 <200); (3)大
有效气体传输的缔合和解离速率常数
微循环; (4)自氧化率低; (5)高亲和力
用于血红素和变性稳定性。 在另一项研究中,我们
检查一系列基因的 02 和 CO 结合特性
猪和抹香鲸肌红蛋白和人类的工程血红素口袋突变体
血红蛋白。 在这个项目中,我们建议测量自氧化和
这些突变蛋白的扩展集的血红素稳定性。 由于
由于 α 和 β 亚基差异、四聚体而导致的复杂性
解离成二聚体,以及人类的四级构象变化
血红蛋白、肌红蛋白将用作模型系统来研究
氧结合参数与铁结合参数之间的关系
氧化和血红素损失。 氨基酸替代的影响
位置 64(E7)、68(E11)、67(E10)、45(CD3)、43(CD1)、29(B10)、32(B13) 和
107(G8)关于自动氧化速率的调查将被调查。 温度、pH、
将测量原生和选定的 O2 浓度依赖性
突变蛋白以确定这一过程的机制。
还将进行实验来测量血红素结合率和
同一组蛋白质的解离。 作为实用性的测试
通过这种方法,我们将尝试构建一种合成肌红蛋白
最佳 O2 亲和力、CO 辨别力、配体结合速率常数,以及
对氧化和血红素损失的稳定性。 自氧化和血红素结合
还将对人类血红蛋白突变体进行研究
包含 His(E7) 至 Gly 和 Gln 以及 Val(E11) 至 Ala、Leu 和 Ile
α 和 B 亚基均发生取代。 这些结果
研究和肌红蛋白研究将用于设计血红素口袋
具有最佳 O2 结合参数的人血红蛋白 α 和 B 亚基
以及最小的自氧化和血红素解离率。 数据为
重组肌红蛋白和血红蛋白也将提供更完整的
自然发生的血红蛋白病的结构解释
与先天性亨氏小体溶血性贫血及其水平升高有关
高铁血红蛋白。
项目成果
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