Emoglobina

Cooperatività e cinetica di saturazione dell'emoglobina

O, questa si pone in posizione specularmente opposta all'isodina F8 (cioè al di sopra del piano dell'eme), costringendo il Fe a rientrare e a porsi lungo il piano dell'eme. Si tratta di uno spostamento piccolissimo dell'isodina F8, 0.4 angstrom, che impone, però, all'intera alfa elica a cui appartiene di scendere giù. Il primo terremoto molecolare che coinvolge la prima globina si ripercuoterà sulle altre come un effetto domino, consentendo alle altre subunità (ricordiamo le interazioni alfa beta / alfa beta e alfa beta e1 1 2 2 1 2 alfa beta) di legare l'ossigeno. L'effetto domino sta alla base della cooperatività (le globine si aiutano reciprocamente nel processo di ossigenazione).

La cinetica di saturazione dell'emoglobina è una funzione definita sigmoidale, in cui il punto esso della funzione corrisponde al P50 dell'emoglobina. (punto esso = punto nella funzione stessa in cui ci sono cambi di...

concavità; P50 = punto di pressioneparziale di ossigeno, al quale corrisponde il 50% di saturazione dell’emoglobina).La P50 dell’Hb è 26 volte maggiore rispe o alla Mb: nell’Hb è 26 Torr, mentre nell’ Mb è 1-2 Torr; questosigni ca che ci vogliono 26 volte di più di pressione parziale di ossigeno per garan re la emi-saturazionedella proteina e questo è ciò che garan sce la funzione di trasporto dell’Hb piu osto che di deposito;perché chiaramente l’Hb deve legare l’O in sede polmonare, ma lo deve anche rilasciare in sede ssutale.Ha, quindi, minore a nità per l’ossigeno rispe o alla mioglobina.Il signi cato siologico della curva sigmoidale è la coopera vità: le sbunità interagiscono tra loro, siaiutano reciprocamente nel meccanismo di ossigenazione e, quindi, anche di deossigenazione.A livello dei tessu metabolicamente a vi (pressione parziale di ossigeno di

20-30 Torr, sangue venoso),l'emoglobina e la mioglobina si comportano in maniera totalmente diversa (i loro gra ci spieganoperfe amente il loro comportamento): la mioglobina, a 20 Torr, rilascia solo il 7% di ossigeno (perche hagrande a nità con esso ed è una proteina di deposito); mentre l'Emoglobina, a 20 Torr, rilascia il 66% difi tt ti fi fl tiffi fi tti ti fi ffi tt fi ff tt ttiti tt ti tt fl ti ti ti ti tt ti ti tt ti tt ti titt fi fi ffi tiff ttossigeno (poca a nità con l'ossigeno, proteina di trasporto). -> ecco il signi cato della coopera vità, dellafunzione sigmoide che è propria dell'emoglobina e non della mioglobina.

Enzimi allostericiUna proteina allosterica è quella in cui il legame di un ligando ad un sito modi ca le proprietà di un altrosito della stessa molecola proteica. È quello che abbiamo visto con l'Hb: il legame di una globina con unamolecola di ossigeno fa aumentare

l'età delle altre globine per l'O2. Possiamo avere due tipi di interazioni: 1. Interazione omotropica: quando il ligando di una proteina allosterica è anche modulatore (es. l'ossigeno per l'emoglobina); 2. Interazione eterotropica: quando il modulatore è una molecola diversa dal ligando (es. gli enzimi). Gli enzimi allosterici hanno delle funzioni di cinetica enzimatica molto simili alla funzione sigmoidale dell'emoglobina. L'emoglobina è una molecola intelligente: riesce a percepire se un tessuto necessita di ossigeno oppure no ed è quindi in grado di rilasciarlo solo quando è necessario. Questo avviene grazie a dei modulatori (fattori allosterici), che si trovano a livello tessutale e interagiscono con la proteina legando altri siti dell'emoglobina (NON quelli che legano l'O2) condizionando il legame dell'emoglobina con l'ossigeno stesso. 2- Fattori allosterici negativi: sono quelli che legano.

L'emoglobina è una proteina presente nei globuli rossi del sangue che ha la capacità di legare l'ossigeno e trasportarlo ai tessuti del corpo. Esistono alcuni fattori che influenzano l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, inducendola a rilasciarlo.

I fattori allosterici negativi che influenzano l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno sono:

1. Protoni (pH): la concentrazione di ioni idrogeno in un mezzo rappresenta il pH.
2. Biossido di carbonio (anidride carbonica CO2).
3. 2,3-bifosfoglicerato: una molecola che deriva dalla glicolisi all'interno dei globuli rossi.

I protoni e l'anidride carbonica sono strettamente correlati tra loro e il loro effetto sull'ossigenazione viene chiamato effetto Bohr. Entrambi promuovono il rilascio di ossigeno, diminuendo l'affinità dell'emoglobina con esso.

Quando questi fattori aumentano (concentrazione di ioni idrogeno, CO2, concentrazione di 2,3-bifosfoglicerato), la curva sigmoidale della cinetica di saturazione si sposta verso destra, consentendo un maggiore rilascio di ossigeno nei tessuti.

L'ossigeno, invece, è un fattore positivo perché è il ligando biochimico fisiologico della proteina.

Protoni (pH) e CO2: quando l'emoglobina si ossigena, rilascia protoni.

Quando l'ossiemoglobina arriva nel torrente ematico e trova un muscolo in cui sono elevate le concentrazioni idrogenioniche (perché è un tessuto metabolicamente attivo e produce sempre cataboliti), e quindi un pH leggermente più acido, gli ioni idrogeno (che potrebbero provenire dalla dissociazione dell'acido lattico nel muscolo) legano la molecola di emoglobina costringendola a rilasciare l'ossigeno. L'affinità per l'O2 diminuisce al diminuire del pH (che diminuisce all'aumentare della concentrazione idrogenionica): per esempio, una diminuzione del pH da 7.4 a 7.2 produce un maggiore rilascio di O2 da parte dell'emoglobina, viene rilasciato il 77% dell'ossigeno (contro il 100% di O2 rilasciato a pH fisiologico, cioè 7.4). Quindi, saranno gli idrogenioni stessi, prodotti dal metabolismo cellulare (vedi l'acido lattico nel muscolo), a legare l'emoglobina e questo legame indurrà l'Hb a passare dallo stato R (ossigenato) allo stato

stato T (deossigenato).tt ti tt tt fftiti tt ffi titt ti fi tt ttiti ti ti tti ffi tt ti ti tiffi ti ti ti tt tti fi ff fi tt fi ffi ti tti fi ti ti tt

L’e e o del Ph sul legame e sul rilascio dell’ossigeno è de o e e o Bohr: O ed H si legano all’Hb ma con+2a nità opposte:

- Quando la pressione di O è elevata, come nei polmoni, l’Hb lega l’O e rilascia protoni;2 2

- Quando la pressione di O è bassa, come nei tessu periferici, l’Hb lega H e rilascia O .+2 2

A questo proposito, idrogenioni e anidride carboni sono stre amente interconnessi tra loro: i processimetabolici producono anidride carbonica. Essa si lega alle molecole di H O, grazie all’enzima anidrasi2carbonica, e si forma l’acido carbonico (reazione di condensazione), il quale si dissocia in idrogenioni ebicarbonato. Il bicarbonato passa dai tessu ai polmoni a raverso il torrente ema co. Gli idrogenioni,invece, legano l’emoglobina ossigenata e,

essendo un fa ore allosterico nega vo, diminuirà il Ph del tessutoe, quindi, l'emoglobina rilascerà anidride carbonica e legherà gli idrogenioni (si comporta da sistematampone). A questo punto, l'emoglobina protonata passa a raverso il torrente ema co e arriva ai polmoni,così come il bicarbonato. In sede polmonare si ripercorre lo stesso excursus ma in senso opposto: l'Hbrilascia H e assume O , perché a livello polmonare la pressione parziale di ossigeno è elevata (100 Torr); gli+ 2idrogenioni rilascia dall'emoglobina saranno ricapta dallo ione bicarbonato e si riforma l'acido carbonico,questo, grazie all'enzima anidrasi carbonica, che lavora all'equilibrio (in entrambe le direzioni), checatalizzerà la reazione in maniera opposta, cioè rilascerà H O e CO . L'acqua se ne andrà via con la2 2ven lazione so o forma di vapore acqueo. Dunque, gli idrogenioni el'anidride carbonica dipende fortemente l'uno dall'altra e possono condizionare la deossigenazione e l'ossigenazione dell'emoglobina, ecco perché insieme costituiscono l'effetto Bohr. Inoltre, abbiamo scoperto che una terza funzione dell'emoglobina è quella di sistema tampone del nostro sangue e gli amminoacidi che garantiscono questa funzione sono le istidine. Protoni e ossigeno non si legano allo stesso sito: l'ossigeno si lega al Fe dell'eme, mentre i protoni si legano ad alcuni amminoacidi della proteina. L'anidride carbonica prodotta a livello tissutale si diffonde e arriva all'eritrocita, all'interno del quale avviene l'anidrasi carbonica: una parte della CO2 si lega all'Hb sotto forma di carbaminoemoglobina (solo il 10%); la maggior parte di anidride carbonica (85%) andrà incontro alla reazione di condensazione, catalizzata dall'anidrasi carbonica, e si formerà il bicarbonato. La CO2 si lega

All'estremità ammino-2terminale di ogni globina e viene trasportata in sede ema ca;- Il restante 5%, invece, viene disciolto nel plasma.Se aumenta la pressione parziale di CO , grazie all'anidrasi carbonica, aumenterà velocemente l'acido2carbonico che dissocerà in modo altre anto veloce in ione bicarbonato e idrogenioni (e e o Bohr). Inoltreidrogenioni e anidride carbonica stabilizzano lo stato T.Nei sogge fumatori la pressione parziale di CO è più levata, ma più di questa è maggiormente elevata la2concentrazione parziale di CO, il quale è un veleno. Il legame del CO con l'Hb è circa 250 volte più forte dellegame che l'Hb ha con l'O Dunque, l'emoglobina ha maggiore a nità per il monossido di carbonio che per2.l'ossigeno. Tra l'altro è un legame irreversibile, perche si lega proprio al ferro ferroso dell'eme al postodell'ossigeno.2,3

bsifosfoglicerato (BPG): de o anche 2,3-bisfosfoglicerico, il su sso bis indica che è fosforilato due voltein posizione 2 e 3. L'acido fosfoglicerico è un intermedio della glicolisi ed è cos tuito da 3 atomi di carbonio.

Se l'emoglobina lo incontra all'interno del globulo rosso, lo lega a se favorendo il rilascio di ossigeno. Iffi ff ti tt tti tt ti ti ti tt tt tt ff titt tt ti ti fiff ti tt ttti tt tt tt ff ffi ttffi tt ti ti ti ti ff tt ti

globuli rossi non sono delle vere e proprie cellule, presentano solo il citoplasma, l'emoglobina, qualche ciclometabolico e una grande quan tà di sistema an ossidan . L'unico processo metabolico che consente alglobulo rosso di acquisire energia è proprio la glicolisi, cioè la distruzione del glucosio in sede citoplasma cae una molecola che si forma durante questo processo è l'1,3-bisfosfoglicerato, che poi l'enzima mutasi,trasformerà in

o enzima fosfofruttochinasi-1 per formare fruttosio-1,6-bisfosfato. Questa reazione è fondamentale nella glicolisi, il processo metabolico che converte il glucosio in energia nelle cellule. Il fruttosio-1,6-bisfosfato sarà poi ulteriormente metabolizzato per produrre ATP, la principale fonte di energia utilizzata dalle cellule.