Emoglobina: un mondo da conoscere

Il ferro può esistere in due stati di ossidazione: 2+ e 3+

Il 3+ non può legare l'ossigeno. Quando l'emoglobina si ossida perde la capacità di legare l'ossigeno.

Come funziona l'emoglobina

L'emoglobina si carica di ossigeno nei polmoni (dove è presente in maggiore quantità), lo trasporta fino ai tessuti periferici e, qui, lo rilascia, in modo che tutti i tessuti periferici abbiano un'adeguata ossigenazione.

L'emoglobina che si trova nel circolo arterioso si chiama ossi-emoglobina, perché ha legato l'ossigeno. Dopo aver rilasciato l'ossigeno, che serve alle cellule per la respirazione cellulare, l'emoglobina torna, tramite il circolo venoso, ai polmoni, dove può ricominciare il ciclo di trasporto.

Qual è il principale prodotto di scarto?

Uno dei prodotti di scarto del metabolismo cellulare, nonché il principale, è l'anidride carbonica (CO2), che deve essere

eliminata.Ci sono diversi modi per eliminare CO2.Il più importante è tramite la respirazione polmonare. In questo percorso inverso l'emoglobina lega la CO2 tramite la parte proteica (cioè attraverso le estremità -N terminali delle proteine). Le proteine hanno una estremità -N terminale (che rappresenta il loro inizio) ed una estremità C terminale. La CO2 reagisce con le estremità -N terminali e forma un composto che si chiama residuo carbammino terminale: così essa viene legata in maniera covalente dalla parte proteica dell'emoglobina. Si possono legare 2 molecole di CO2 per molecola di emoglobina. In questo modo la CO2, tramite il torrente venoso, torna ai polmoni e la reazione si inverte: l'emoglobina rilascia la CO2 che viene eliminata tramite la respirazione.

Quante funzioni ha l'emoglobina? L'emoglobina ha due funzioni diverse:

1. trasporto di ossigeno dai polmoni ai tessuti periferici, grazie al ferro e al gruppo

-eme;2) trasporto di CO2 ai polmoni, che avviene attraverso i legami sopra detti. Questa volta però il sito è diverso: il trasporto di CO2 non avviene attraverso il legame con l'eme, ma con la parte proteica dell'emoglobina.

L'emoglobina determina la saturazione dell'ossigeno, nonché la quantità di O2 legato all'Hb rispetto alla quantità di O2 presente nell'ambiente circostante.

La quantità di ossigeno presente nell'organismo è detta pressione parziale di ossigeno, ed è la concentrazione di ossigeno presente in un particolare distretto cellulare dell'organismo. Si esprime con la lettera p minuscola (pO2) e ci indica quanto ossigeno è contenuto in quel particolare distretto.

Il polmone è il distretto in cui c'è la maggior quantità di ossigeno, proprio perché è il punto di contatto tra l'aria che respiriamo e il nostro organismo. Nel sangue venoso la

quantità scende fino a 30 (tra i 20 e i 30). Dove c'è molto ossigeno, l'emoglobina lega quasi tutto l'ossigeno possibile. Mano a mano che l'emoglobina percorre il nostro organismo e passa dai polmoni ai tessuti periferici, la quantità di ossigeno che troviamo nell'ambiente diminuisce e di conseguenza diminuisce anche la quantità di ossigeno legata all'emoglobina. Questa diminuzione segue un andamento sigmoide. Significa che non c'è proporzionalità diretta (altrimenti vedremmo una retta), e l'Hb, quando la pressione passa da 100 a 60, continua ad avere legato ancora tanto ossigeno, sebbene nell'ambiente l'ossigeno sia diminuito di quasi la metà. Quando siamo arrivati a 60 mmHg abbiamo invece una rapida diminuzione della quantità di ossigeno legato all'Hb. Passando da 60 a 40 mmHg la quantità di ossigeno ceduto è molto maggiore (dopodiché si arriva fin quasi a zero).

tessuti periferici). Anche quando ci troviamo nei tessuti periferici, l'emoglobina non è mai completamente scarica, magari continua a portarsi legata una molecola di ossigeno. Ma come è possibile tutto questo? Questo tipo di legame viene definito legame cooperativo, ovvero l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno è regolata dalla quantità di ossigeno che l'emoglobina porta legata. Un'emoglobina senza ossigeno ha bassa affinità per l'ossigeno, cioè fa più fatica a legarlo. La prima molecola di ossigeno si trova in una situazione in cui ha difficoltà a legarsi, ci vuole tanto affinché possa legare la prima molecola di ossigeno. La seconda molecola di ossigeno fa meno fatica, perché l'emoglobina si trova in una situazione di maggiore affinità. A mano a mano che le molecole di ossigeno si legano all'Hb, più facilmente questa legherà le molecole

successive. Quindi un'Hb senza ossigeno ha bassa affinità per l'ossigeno, più invece lega ossigeno, più aumenta l'affinità e lo terrà maggiormente legato. Se l'Hb, quando si trova nei polmoni, legasse l'ossigeno e lo rilasciasse subito, l'ossigeno continuerebbe a rimanere nei polmoni. Invece nei polmoni essendo che c'è tanto ossigeno, le molecole si legano all'Hb che si carica e continua a tenere legato l'ossigeno. Quando esce dai polmoni continua ad avere legato l'ossigeno. Mano a mano che si sposta, passa da una situazione dove abbiamo tanto ossigeno a situazioni in cui l'ossigeno è sempre di meno, quindi l'ossigeno comincia ad essere rilasciato: una molecola, poi due fino a che l'Hb scarica tutto l'ossigeno che ha legato ma, finché ne ha tre, anche se ne perde una, continua a tenere abbastanza saldamente legato il resto dell'ossigeno. Questo processo fa sì chel'ossigeno venga rilasciato dove serve, perché se fosse rilasciato a mezzavia, l'Hb arriverebbe ai tessuti periferici senza O2. Al contrario, quando arriva ai tessuti periferici, dove già di per sé l'ossigeno è scarso, allora l'emoglobina rilascia tutto l'ossigeno possibile, cosicché le nostre cellule hanno l'ossigeno necessario. È importante che, una volta scaricato l'ossigeno, l'Hb diminuisca la sua affinità per l'ossigeno, perché altrimenti lo lascerebbe, ma lo ri-legherebbe, riportandoselo via. L'affinità dell'Hb per l'ossigeno è regolata direttamente dalla quantità di ossigeno presente nell'ambiente, per cui la cooperatività di legame consiste proprio nel fatto che meno ossigeno c'è, meno facilmente l'Hb lega ossigeno. Sono due meccanismi che si aiutano l'un con l'altro. Il livello di pressione parziale di ossigeno.

(pO2) sarà il primo sensore che dice all'emoglobina cosa deve fare. Ma cosa vuol dire alta o bassa affinità? Cos'è che aiuta l'emoglobina a rilasciare o a tenere l'ossigeno? Fondamentale è la conformazione della nostra molecola: le proteine hanno una struttura primaria (la loro sequenza di amminoacidi); una struttura secondaria (es: alfa-elica); una struttura terziaria (corrisponde al ripiegamento di eifogliettia a gomitoli) e, in molecole complesse come l'Hb che hanno più di una parte, l'assemblaggio delle parti porta a una struttura tridimensionale: la struttura quaternaria. L'emoglobina, quindi, è costituita da 4 parti diverse che possono disporsi nello spazio in modo diverso una rispetto all'altra. L'emoglobina ne possiede due diverse conformazioni: T, che sta per tesa; e R, che sta per rilassata. Per legare o rilasciare l'ossigeno, l'emoglobina deve formare o rompere dei legami (legame

ferro-ossigeno). La capacità di legare in maniera più forte o meno forte l'ossigeno è determinata dalla conformazione dell'Hb (tesa o rilassata). Fin qui tutto chiaro? Cercando di semplificare, sappiamo dunque che l'Hb è costituita da due subunità alfa e due beta. Ma come sono organizzate queste quattro subunità nella molecola di Hb? Essa si forma prima di tutto legando i dimeri per associazione di due subunità, cioè si formano i dimeri alfa-beta 1 e alfa-beta 2. I legami che tengono insieme i dimeri sono interazioni forti di natura idrofobica e i due dimeri si associano l'uno all'altro tramite legami ionici e legami drogeno. Qui abbiamo la conformazione T che è quella che assume l'Hb senza ossigeno e si chiama deossiemoglobina. Quando poi l'ossigeno si lega al ferro, legato al gruppo -eme, il quale, a sua volta, è legato alla parte proteica dell'emoglobina, provoca una sorta di stiramento

Di ogni subunità, le quali cambiano leggermente forma. Quando tutti gli ossigeni sono legati, i due dimeri cambiano disposizione l'uno rispetto all'altro e ruotano. Parte dei legami idrogeno e ionici si rompono e la struttura risulta più rilassata e più larga, perché ci sono meno legami che tengono uniti i due dimeri.

Ma perché il primo ossigeno fa fatica a legarsi, poi il secondo ne fa meno e così via? Le quattro subunità dell'Hb sono tutte collegate tra loro, quindi, quando si lega il primo ossigeno, la prima subunità tende a cambiare forma ma fa fatica. Poi si lega il secondo ossigeno e anche la seconda subunità comincia a cambiare. Quindi adesso ci sono due punti di tiraggio e la proteina comincia a cambiare forma. Più tira e più cambiano forma le due subunità che hanno legato l'ossigeno. Questi legami si tirano dietro anche le altre subunità legate anche se non hanno ancora

l'ossigeno legato e si dirige verso i tessuti. Man mano che l'Hb si avvicina ai tessuti, l'ossigeno viene rilasciato e l'Hb torna nella sua forma tesa, pronta a legare nuovamente l'ossigeno nei polmoni. In sintesi, l'ossigeno svolge un ruolo fondamentale nel processo di trasporto dell'Hb. L'Hb si apre e si chiude a seconda della presenza di ossigeno, permettendo il legame e il rilascio dell'ossigeno nei tessuti.