Mioglobina e emoglobina

Dopo questo aumento lineare, la proteina diventa satura a circa 20 mmHg di

ossigeno. Quindi anche se mettiamo 200 mmHg di ossigeno non si modifica

nulla perché il numero dei siti di legame è sempre quello e quindi questo

ossigeno rimane in soluzione. Fisiologicamente, la pressione parziale

dell’ossigeno è circa 120 mmHg, nell’aria invece è circa 150 mmHg a livello

del mare (21% di 760 mmHg, nonché di 1 atm). Quindi, essendo 120 mmHg nel

sangue, la mioglobina non può fungere da trasportatore poiché è

satura, infatti la sua funzione è quella di conservare l’ossigeno. Invece se

andiamo a vedere la curva dell’emoglobina, è una specie di S (curva

sigmoidale) e ci dice che inizialmente la proteina è scarsamente reattiva nei

confronti dell’ossigeno ma, intorno a 20 mmHg vi è un punto di flesso dove, in

altri 20 mmHg si arriva quasi a saturazione. Questo perché l’accesso alla

tasca dell’eme da parte dell’ossigeno è difficile quando l’emoglobina è

nella forma desossi (ossigeno veicolato dai gruppi laterali degli amminoacidi

che formano una sorta di sentiero con un cancello chiuso: all’aumentare

dell’ossigeno, esso forza il cancello e l’ossigeno entra ecco spiegata la curva



sigmoidale). Questo cambio conformazionale ha fatto cambiare l’affinità alla

molecola e infatti le molecole di ossigeno che arrivano dopo si legano più

facilmente. Quindi in conclusione, la molecola di emoglobina cambia affinità

in base alla pressione parziale dell’ossigeno presente. Dunque non

siamo altro che in presenza di un equilibrio chimico dato dai due conformeri

(ossi e desossi) e la cui quantità cambia in base al ligando (ossigeno). Questi

due conformeri si chiamano T (teso) nel caso della desossi perché è più

chiusa e compatta, con la presenza di un ostacolo che non fa arrivare

l’ossigeno all’eme, mentre la forma ossigenata si chiama R (rilassata)

perché l’ossigeno raggiunge facilmente il sito di legame questo è il

meccanismo di Perutz: i l Fe2+ stato T è al di fuori del piano a causa del 5

legame di coordinazione fatto con istidina prossimale una volta che arriva

ossigeno il Fe viene riportato al centro del piano portando istidina prossimale al

di fuori del piano di circa 1 A . si nota anche cambiamento subunità aplha1-

beta2 che legano O2 portano rotazione dimero aplha2-Beta1 di 15 gradi ed

oltre a ciò ho le subunità beta più ristette

L’equazione di Hill descrive la curva di legame dell’ossigeno all’emoglobina.

Hill ipotizzò che l’emoglobina (Hb) potesse legare in una singola tappa n

molecole di ossigeno: cioè con una cooperatività infinità. Essa descrive il grado

di saturazione dell’emoglobina in funzione di pO .

2

Un cooperatività di legame infinita è fisicamente impossibile. Ugualmente, n

può essere considerato un parametro non integrale correlato al grado di

cooperatività tra le subunità dell’emoglobina che stanno interagendo. La

quantità n, la costante di Hill, aumenta con il grado di cooperatività di una

reazione e quindi fornisce una caratterizzazione della reazione di legame di un

ligando. Se n=1 l’equazione a lato descrive un’iperbole e la reazione di legame

dell’O viene detta non cooperativa. Se n>1, la reazione presenta una

2

cooperatività positiva, in quanto il legame dell’O aumenta l’affinità

2

dell’emoglobina per il legame di un altro ossigeno (la cooperatività diventa

infinita quando n=4, il numero di siti massimo di legame dell’emoglobina). Se

n<1, la reazione ha una cooperatività negativa, in quanto il legame di O 2

potrebbe ridurre l’affinità della proteina per il legame di un altro ligando.

La costante di Hill, n, e il valore di p , che meglio descrivono la curva di

50

saturazione dell’emoglobina, possono essere determinati graficamente

riarrangiando l’equazione seguente:

Il grafico lineare di log [Yo /(1-Yo )] in funzione di log di pO , il grafico di Hill, ha

2 2 2

una pendenza n e un’intercetta sull’asse della log pO corrispondente a log p .

2 50

Per la mioglobina la retta ha una pendenza di 1.

quando la prima molecola di ossigeno si lega fa modificare il conformero ad

alta affinità (facendo legare più facilmente gli ossigeni successivi) viene

definito effetto cooperativo, cioè come se le catene polipeptidiche

collaborassero per migliorare la performance (è un effetto caratteristico di tutte

le proteine multimeriche). Un’altra caratteristica delle proteine multimeriche è

quella che siccome sono composte da tante catene polipeptidiche, aumenta la

possibilità di far legare altre molecole oltre al substrato (che influenzano

l’equilibrio bassa-alta affinità), che si collocano in siti di legame diversi da

quello del substrato: queste proteine si chiamano anche proteine

allosteriche.

Fisiologicamente, la pressione parziale dell’ossigeno nel sangue venoso è

di circa 30 mmHg e, vedendo il grafico, l’emoglobina è saturata per circa il

55%, quindi ha perso il 45% e questa perdita è data solo dal fatto che nel

sistema è diminuita la pressione parziale dell’ossigeno. Ma questo non è l’unico

parametro che fa differenziare il sangue arterioso da quello venoso. Da un

punto di vista chimico, infatti, cambia la quantità di anidride carbonica. La

reazione tra lo ione bicarbonato HCO e i gruppi amminici N-terminali delle

3-

catene beta formano carbammato (R-NH-COO ) e liberano una molecola

-

d’acqua. Questo legame tra lo ione bicarbonato con la catena beta

dell’emoglobina tende anch’esso a stabilizzare la forma a bassa affinità. L’altra

cosa che cambia tra sangue dei polmoni e quello dei tessuti periferici è la

temperatura: il sangue arterioso ha qualche grado in meno rispetto a quello

venoso che è sempre di 37°C poiché fuori la temperatura è minore rispetto a

quella del nostro corpo e quindi l’aria inalata è fredda e raffredda il sangue che

passa dagli alveoli (sangue arterioso). Le cellule con l’ossigeno producono ATP

che serve per produrre energia.

L’esperimento dell’emoglobina fatto precedentemente in provetta è stato fatto

a pH 7,4 (neutralità).

Come possiamo vedere da questo grafico, con la stessa pressione parziale di

ossigeno, l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno diminuisce al diminuire del

pH e aumenta all’aumentare del pH. Così capiamo la differenza di affinità al

livello dei polmoni (dove il pH è un po’ più alto di 7,4) e al livello dei tessuti

periferici (dove il pH è un po’ più basso): questo fenomeno è chiamato effetto

Bohr. L’effetto di bohr è fondamentale per il legame della CO2 nei capillari . La

maggior parte della CO nel sangue viene trasportata sotto forma di

2

bicarbonato.

Nei capillari, dove la pressione parziale di ossigeno è bassa, gli ioni H +

genarati dalla dissociazione del bicarbonato vengono legati dall’emoglobina,

che forma di conseguenza le coppie ioniche tipiche dello stato T e viene

stimolata a rilasciare l’ossigeno legato. Questa assunzione di ioni H facilita

+

inoltre il trasporto della CO promuovendo la formazione di bicarbonato. Nei

2

polmoni, in cui la pressione parziale di ossigeno è elevata, il legame

dell’ossigeno da parte dell’emoglobina rompe le coppie ioniche dello stato T,

formando lo stato R e rilasciando i protoni implicati nell’effetto Bohr, che a loro

volta si legano al bicarbonato inducendo la liberazione di CO2. L’effetto di Bohr

consente di rifornire di ossigeno i muscoli che si stanno contraendo. Questi

muscoli creano acido lattico così velocemente che portano ad abbassamento

del ph del sangue che passa attraverso di loro.

Quindi abbiamo detto che l’emoglobina è una proteina allosterica, ma cosa si

intende per interazione allosterico. Le interazioni allosteriche avvengono

quando il binding di un ligando (L2) ad un sito specifico viene influenzato dal

binding di un altro ligando (L1) detto effettore o modulatore allosterico a livello

di siti diversi nella proteina:

se i ligandi sono identici si parla di effetto omotropico;

• se i ligandi sono diversi si parla di effetto eterotropico;

• questi effetti sono detti negativi o positivi a seconda che il ligando L1

• diminuisca o aumenti l’affinità del binding per il secondo ligando L2 alla

proteina.

Nell’emoglobina, inoltre, troviamo anche una molecola, il 2,3-bis-

.

fosfoglicerato (BPG) presente solo in essa. Esso si va a posizionare nella

tasca del bifosfoglicerato, che si trova tra le catene beta in una zona ricca di

amminoacidi carichi positivamente e va a stabilizzare la conformazione

tesa spostando l’equilibrio verso lo stato T e quindi abbassa l’affinità

dell’emoglobina per l’ossigeno. Quindi, considerando tutti questi parametri,

in conclusione si ha la curva del sangue è spostata verso destra rispetto

all’emoglobina pura, quindi tutti questi fattori (effetto Bohr, 2-3 BPG, ecc.)

hanno come finalità di far aumentare la quantità di ossigeno ceduta.

Se noi misuriamo le emoglobine circolanti nel nostro sangue, non troviamo solo

quella normale (HbA), ma c’è una piccola percentuale di HbF, ovvero

dell’emoglobina fetale, che è sempre un tetramero ma formata da 2 catena

alfa e 2 catene gamma. Essa viene sintetizzata durante il concepimento

insieme alle catene alfa, poi, a poche settimane dalla nascita, il gene che

sintetizza le catene gamma si inizia a spegnere ed è quasi completo a 4-5 mesi

dalla nascita .

La caratteristica di questa emoglobina fetale è che, non essendoci le catene

beta, non lega il 2-3 BPG: quindi, facendo finta di avere l’emoglobina fetale

senza ossigeno e quella normale con l’ossigeno, mettendole insieme, quella

fetale ruba l’ossigeno a quella normale perché l’HbF è più affine

all’ossigeno rispetto all’HbA (che ha il 2-3 BPG).

Altro tipo di emoglobina è Emoglobina S essa possiede un gruppo Val al posto

di Glu nella sesta posizione di ciascuna catena Beta. Una delle catene laterali di

Val si inserisce in una tasca idrofobica di una catena beta di un’altra

emoglobina questi contatti consento emoglobina di formare polimeri lineari. 14

polimeri formano fibre che si estendono in tutto eterocita.

(da studiare le 2 foto)

Emoglobine patologiche:

le mutazio