Emeproteine

CURVE DI SATURAZIONE ED EMOGLOBINOPATIE

L'emoglobina è in grado di trasportare CO2 dai tessuti ai polmoni (dove poi verrà rilasciata), quest'ultima si lega alle catene laterali di gruppi amminici della catena polipeptidica delle globine. Non c'è un trasporto della CO2 legata al ferro dell'eme, ma una certa percentuale di CO2 si può legare attraverso un legame chimico reversibile alle R dell'emoglobina degli aa basici dei gruppi amminici che si trovano nell'emoglobina. Questo punto interessa anche il controllo dell'equilibrio acido-base. Uno dei sistemi che ci permettono di controllare il pH del sangue è la conversione di CO2 prodotta dai tessuti in acido carbonico. Se aumenta la pressione parziale di CO2, scende il pH, dovuto alla liberazione di H+ dalla dissociazione dell'acido carbonico. Queste reazioni avvengono spontaneamente.

Se noi prendiamo della CO2 e la mettiamo in acqua si forma acido carbonico.

Abbiamo però all'interno degli eritrociti, anche un enzima che si chiama anidrasi carbonica, che catalizza l'associazione CO2 e acqua a formare acido carbonico e viceversa. È l'enzima con il più alto numero di turn over che noi abbiamo nelle nostre cellule, ovvero l'enzima più veloce a catalizzare la reazione. Grazie anche all'anidrasi carbonica presente negli eritrociti, gran parte della CO2 che noi produciamo nei tessuti viene trasportata in circolo sotto forma di bicarbonato. Una piccola parte legata all'emoglobina negli eritrociti, il grosso sotto forma di bicarbonato. Il bicarbonato che si forma negli eritrociti a livello dei tessuti viene comunque portato fuori, va all'esterno degli eritrociti scambiandosi con uno ione Cl- per controbilanciare le cariche dentro e fuori. Quando siamo a livello dei polmoni avviene la situazione inversa, entra il bicarbonato, esce il cloro, grazie all'anidrasi carbonica si forma CO2 che.poi diffonde nell'alveolo, dove ricordiamoci c'è una pressione parziale di CO2 che è più bassa rispetto a quella che abbiamo all'esterno nel sangue. Questo sistema è importante perché variando la respirazione, possiamo variare la quantità di anidride carbonica che viene eliminata e in questo modo grazie al tampone bicarbonato è possibile controllare il pH del sangue. Se si prova a inspirare in maniera profonda e prolungata stando fermi, si va in iperventilazione e comincia a girare la testa. Aumentando la respirazione di atti respiratori non necessari, si perde più CO2 e si va in una situazione di alcalosi respiratoria, il pH del sangue sale perché si perde troppa CO2 dovuto agli sforzi respiratori e questo comporta la perdita di ioni H+. CURVE DI SATURAZIONE: A seconda di dove ci troviamo, nei polmoni o nei tessuti, è presente un pH differente nei limiti fisiologici (7,25-7,35). Quando diciamo pH piùacido o più basico intendiamo un range di variazione del pH che può avvenire nel nostro organismo abbastanza limitato, come concentrazione di H+ però non è irrilevante perché il pH è una scala logaritmica, quindi tra 7,25 e 7,35, la variazione di concentrazione di H+ è significativa, il pH tra 6 e 7 cambia di 10 volte. Queste sono due curve di saturazione dell'emoglobina che mostrano il comportamento a pH 7,4 (che potremmo trovare nei polmoni) e a pH 7,2 quindi più acido (che potremmo trovare nei tessuti). La curva a pH 7,4 è una curva rosa, vedete che è spostata verso l'asse delle Y, vuol dire che l'emoglobina ha un'affinità maggiore con l'ossigeno. Basta una pressione parziale di ossigeno più bassa, qui prende il caso di 20mmHg, per avere una saturazione maggiore rispetto a quella che possiamo avere a pH 7,2. Quindi ogni volta che vedete lo spostamento della curva sigmoidea verso

l'asse delle Y vuol dire maggiore affinità, quando invece si sposta dall'altra parte vuol dire minore affinità, vale per l'emoglobina e anche per gli enzimi allosterici. Questa è una situazione vantaggiosa perché nei polmoni verrà ulteriormente stimolata l'ossigenazione dell'emoglobina, a livello dei tessuti verrà favorito il rilascio di O2 e sarà maggiormente favorito in quanto c'è un'alta affinità metabolica tissutale, il che vuol dire maggiore richiesta di O2 all'attività metabolica, maggiore produzione di CO2, quindi abbassamento del pH.

EFFETTO BOHR: L'effetto del pH sull'affinità dell'emoglobina dell'ossigeno rientra in quello che viene chiamato effetto Bohr. L'effetto Bohr è l'influenza del pH e dell'anidride carbonica sull'affinità dell'emoglobina sull'ossigeno.

Influenza del pH:

L'abbassamento del pH (entro i limiti fisiologici) promuove la protonazione delle R degli aa, inducendo un cambiamento conformazionale e riducendo l'affinità di Hb per l'ossigeno nei tessuti. Viceversa accade a livello polmonare.

Il pH è in grado di influenzare l'affinità di Hb perché sposta l'equilibrio dalla forma deossigenata T alla forma ossigenata R, causando un cambiamento nella conformazione tridimensionale.

Se il pH scende, spostiamo l'equilibrio verso la forma deossigenata T. Se invece il pH sale, si sposta l'equilibrio verso la forma con maggiore affinità per l'emoglobina. Questo avviene grazie alla capacità che hanno alcune R delle globine della catena polipeptidica di essere più o meno protonate.

Qui c'è una lisina di una catena alfa che interagisce con un C terminale di una catena beta attraverso un legame ionico. Se non modifichiamo il legame ionico, cambia

Il pH, cambierà la possibilità di avere illegame. In più abbiamo un'istidina che ha una pka intorno a 6, è l'aa che più facilmente si protona e deprotona quando cambiamo il pH, e quando è protonato può reagire con un aspartato che si trova in una posizione abbastanza distante nella catena polipeptidica. Se non è più protonata non potrà avvenire questa interazione e questo facilita il cambiamento conformazionale tra le due forme dell'emoglobina. Se il pH si abbassa, aumenta la concentrazione di H+ e questo permette di far protonare meglio alcuni aa.

Nei polmoni pH più basico e Hb maggiore affinità, nei tessuti pH più acido e Hb a minore affinità.

Influenza della CO2: contribuisce a far cambiare il pH. L'anidride carbonica si può legare ai gruppi amminici, in particolare si lega molto bene all'estremità N-terminale, formando quella che si chiama la carbaminoemoglobina.

Questa reazione è spontanea e reversibile, quindi quando aumenta la quantità di pressione parziale di CO2 è favorito il legame, quando ci troviamo a livello dei polmoni scende la pressione parziale di CO2 e questo gruppo carbossilico che si è formato si stacca. L'interazione tra CO2 e i gruppi amminici N-terminali dell'Hb induce un cambiamento conformazionale che abbassa l'affinità dell'Hb per l'ossigeno. Più il tessuto è metabolicamente attivo, minore sarà il pH e maggiore la quantità di CO2, il tessuto ha bisogno di O2. Se il pH è più acido, l'affinità di Hb per l'ossigeno è minore quindi verrà rilasciato più ossigeno. L'effetto Bohr è quindi l'effetto di regolazione dell'affinità per l'emoglobina dell'ossigeno mediato da pH e CO2. L'anidride carbonica ha un doppio effetto diretto interagendo con

le catene laterali dei gruppi amminici e indiretto perché comunque influenza il pH. Esiste un altro sistema di ossigenazione di Hb, mediato da un metabolita che si chiama 2,3-bifosfoglicerato. È una molecola a 3 atomi di C che si forma da una via collaterale della glicolisi che avviene negli eritrociti. Il primo C lega un gruppo carbossilico, gli altri due fosfati. È negativa. È un modulatore allosterico di Hb, si lega in una tasca che si forma tra due catene beta. Gli aa rappresentati sono tutti basici e si legano bene a 2,3-bifosfoglicerato. Hb viene spinta nella forma deossi, bassa affinità per O2. Modulatore negativo per l'affinità con l'ossigeno.

La quantità di ossigeno che può rilasciare a livello dei tessuti è estremamente limitata. Quando l'emoglobina si trova nei globuli rossi deve sempre essere presente 2,3-bifosfoglicerato, quando abbiamo una quantità di ossigeno elevata come avviene a

livellodei polmoni prevale l'ossigeno e si stacca 2,3-bifosfoglicerato, man mano che diminuiscela pressione parziale di ossigeno prevale 2,3-bifosfoglicerato e quindi si lega a lui inqualche modo e si favorisce il rilascio dell'ossigeno da parte dell'emoglobina. Lasigmoidicità come l'abbiamo vista finora è caratteristica dell'emoglobina, ma si può averesoprattutto perché è presente 2,3-bifosfoglicerato.Il 2,3-bifosfoglicerato è stato scoperto quando è iniziata l'era trasfusionale. Si è visto che ilsangue conservato anche a 4°C, dopo poco tempo la sua emoglobina diventavainefficace, era in grado di ossigenarsi molto bene nei polmoni ma non era in grado dirilasciare ossigeno a livello tessutale. Inizialmente il sangue veniva conservato in assenzadi glucosio e questo metabolita è un intermedio, si forma da una via collaterale dellaglicolisi. In assenza di glucosio esterno gli eritrociti

anche a 4°C continuano a consumare glucosio e si consumano anche 2,3-bifosfoglicerato, progressivamente questo andava a diminuire la concentrazione. Questo non succede più perché è stata scoperta l'importanza del 2,3-bifosfoglicerato e nei centri trasfusionali il sangue viene conservato in soluzioni apposite che contengono tutto quello che serve agli eritrociti per sostenere il loro metabolismo. EMOGLOBINA MATERNA E FETALE: Il ruolo del 2,3-bifosfoglicerato ci spiega anche la differenza tra il comportamento tra l'emoglobina materna e l'emoglobina fetale. Ci spiega perché abbiamo bisogno di cambiare il tipo di emoglobina durante le diverse fasi dello sviluppo. Hb fetale non ha le subunità beta. Si lega con minore affinità al 2,3-bifosfoglicerato perché gli aa basici sono diversi rispetto alla Hb dell'adulto. Hb fetale è quindi molto più affine per l'ossigeno. Hb ruba quindi l'O2 a quella dellaù bassa rispetto al sangue arterioso. Questo permette all'ossigeno di diffondersi dai capillari sanguigni ai tessuti circostanti. Allo stesso modo, il sangue venoso, che contiene anidride carbonica e altri prodotti di scarto, viene trasportato dai tessuti ai polmoni, dove viene eliminato attraverso la respirazione. Durante la gravidanza, la placenta svolge un ruolo fondamentale nel fornire ossigeno e nutrienti al feto in via di sviluppo. Attraverso la placenta, il sangue materno e quello fetale si scambiano sostanze, consentendo al feto di ricevere ciò di cui ha bisogno per crescere e svilupparsi. La placenta è costituita da una rete di vasi sanguigni che collegano il feto alla madre. Questi vasi sanguigni consentono il passaggio di sostanze tra il sangue materno e quello fetale. L'ossigeno e i nutrienti presenti nel sangue materno vengono trasferiti al sangue fetale, mentre i prodotti di scarto vengono eliminati nel sangue materno. La placenta svolge anche un ruolo importante nel mantenere il feto al sicuro da sostanze nocive presenti nel sangue materno. Attraverso la placenta, il feto è protetto da agenti patogeni e da sostanze tossiche che potrebbero danneggiarlo. Inoltre, la placenta produce anche ormoni che sono essenziali per il mantenimento della gravidanza. Questi ormoni aiutano a regolare il flusso sanguigno verso la placenta e a mantenere l'equilibrio ormonale necessario per il corretto sviluppo del feto. In conclusione, la placenta svolge un ruolo vitale nel fornire ossigeno, nutrienti e protezione al feto durante la gravidanza. Senza una placenta sana e funzionante, lo sviluppo del feto sarebbe compromesso.