Ferro

Ferro

Il ferro è allo stato 2+, quindi ione ferroso. Il numero atomico del ferro è 26, allo stato ferroso ha perso 2 elettroni, lasciando 6 elettroni nell'orbitale 3d, con un po' di energia si riarrangiano formando 6 orbitali ibridi d2sp3 e tre orbitali 3d pieni. Non solo grazie alle istidine prossimali e distali, ma grazie anche a circa 80 interazioni non covalenti tra le catene laterali degli amminoacidi circostanti e gli atomi di carbonio dell'anello tetrapirrolico, nel complesso questa struttura che sorregge il gruppo eme si chiama tasca idrofobica. Anche se lo vediamo fermo nell'immagine, il gruppo eme esegue, ogni nanosecondo, dei piccoli movimenti molecolari formando delle cavità transitorie che permettono all'ossigeno di entrare e uscire nella proteina e legarsi. Tra le varie specie le sequenze amminoacidiche delle catene globiniche sono molto variabili, ma restano costanti le istidine prossimali e distali, il che indica quanto siano importanti per la stabilizzazione di questa struttura. Il piano dell'anello tetrapirrolico del gruppo eme non è perpendicolare rispetto al legame con l'istidina, ma è inclinato, tutto questo se non è legato l'ossigeno, mentre quando si lega all'ossigeno diventa perfettamente perpendicolare.

Posizione del ferro

Questo riposizionamento influenza il rapporto dell'ossigeno con l'altro residuo di istidina, ovvero l'istidina distale (E7), infatti quest'ultima contribuirà a formare un ponte idrogeno con l'ossigeno per stabilizzarlo. Solo il ferro ferroso può legare reversibilmente l'ossigeno, il ferro ferrico no. Quest'ultimo si forma quando il gruppo eme non è legato alla proteina, quindi si trova in soluzione, e lega l'ossigeno, in questo caso il ferro ferroso si ossida a ferro ferrico. Tutto ciò avviene molto più difficilmente quando il gruppo eme è legato alla proteina perché i legami di coordinazione rendono più difficile la perdita dell’elettrone. Questo tipo di emoglobina prende il nome di metaemoglobina e fisiologicamente circa l'1,7% dell'emoglobina totale è in questa forma. Un quantitativo maggiore è sintomo di metaemoglobinemia. Esistono sistemi enzimatici per aggiustare il ferro ferrico a ferroso i quali coinvolgono gli enzimi: NADPH, metaemoglobina reduttasi, superossido dismutasi e glutatione reduttasi.

Intossicazione da monossido di carbonio

Esiste l'intossicazione da monossido di carbonio, questo perché il gruppo eme è in grado di legare anche esso, impedendo il trasporto di ossigeno. Separando il gruppo eme dalla proteina, il legame tra esso e CO è 250K volte più potente di quello con l'ossigeno, legato alla proteina l'affinità si abbassa a 250 volte quella dell'ossigeno. Le due proteine ricordiamo che hanno una struttura diversa che determina la diversa funzione. L'emoglobina ha una struttura quaternaria e fa sì che sia una proteina allosterica, ovvero può subire cambiamenti conformazionali per mezzo di un ligando, detto effettore allosterico, in questo caso l'ossigeno, che ne cambia anche la funzione. Lo si può notare anche paragonando le curve di legame dell'ossigeno di mioglobina ed emoglobina. La mioglobina ha un'unica catena polipeptidica con 6 una struttura terziaria. Sull'asse delle ordinate si riporta la saturazione relativa, mentre sull'asse delle ascisse indichiamo la pressione parziale dell'ossigeno.