Mioglobina ed emoglobina

Struttura dell'eme

La parte in oro è lo ione ferroso, che si trova al centro della molecola planare aromatica. Struttura ad anello tetrapirrolico. La componente organica dell'eme, basata sulla struttura ad anelli tetrapirrolici, con i due gruppi carbossilici, appartiene alle porfirine e si chiama protoporfirina IX. Il ferro è legato con legami di coordinazione di quattro atomi di azoto. Lo ione ferroso può fare altri due legami di coordinazione che usa uno per ancorare l'eme alla covalente componente peptidica, e l'altro è usato per legare l'ossigeno in questa posizione, a livello dell'elica F, molecolare. Inoltre, si ha un residuo di istidina (F8) che è rivolto verso il ferro eminico e stabilisce un legame di coordinazione con il ferro, che è covalentemente legato con la catena laterale di questa elica. Se la proteina denatura, l'eme rimane ugualmente legato. Questa istidina si chiama anche istidina prossimale e si chiama F.

Anche così perché c'è un'altra istidina funzionalmente importante (E7), sulla faccia opposta dell'anello dell'eme, che si chiama gruppo imidazolico della istidina distale e il ferro è l'ossigeno. L'interazione istidina distale. Tra il sito di legame per L'effetto idrofobico è un effetto che consiste nell'esclusione dell'acqua da superfici non polari. Tra eme è duplice. Questo spostamento fa si che ci sia un incremento di entropia riguardo questa acqua che viene desolfatata. Ciò avviene tra gruppo prostetico e proteina, ed è dovuto all'allontanamento dell'acqua da questa cavità. Sia le forze di van der Waals si sommano per rendere più stabile il complesso. La proteina copre quasi completamente il gruppo eme, che si trova sepolto nella molecola proteica. Il ferro 2 libero è un riducente abbastanza forte, in particolare è fortemente

Soggetto ad essere ossidato da ossidanti come ossigeno molecolare, quindi in assenza di componente organica, questo ferro passerebbe facilmente da 2 a 3, non potendo più legare l'ossigeno. Anche l'eme libero viene ossidato rapidamente in presenza di ossigeno, che reagisce con l'ossigeno stesso ossidandosi. Questo è molto più lento nel caso della proteina perché essa crea un ambiente con caratteristiche chimico-fisiche tali da renderlo molto meno reattivo, quindi la velocità con cui il ferro si ossida, la reazione chimica tra ferro e ossigeno è estremamente più lento, e questa è una delle principali ragioni per cui è necessaria la presenza della proteina. Oltre a questo, all'interno delle cellule esiste anche un sistema enzimatico riducente che permette di ridurre nuovamente quelle molecole di globina che vengono accidentalmente ossidate da ossigeno o altri ossidanti. Ciò avviene anche se avviene lentamente.

Esse vengono riconvertite alla forma ridotta per certe vie metaboliche all'interno delle cellule. L'amioglobina e l'emoglobina che hanno subito questo processo di ossidazione sono chiamate metamioglobina e metaemoglobina. Per effetto del passaggio da Fe2 a Fe3, il colore cambia da rosso a marrone.

L'eme è in grado, oltre di reagire con ossigeno, può reagire con altre piccole molecole tra cui l'acqua ossigenata. Il gruppo eme reagisce e, in presenza di certe sostanze, è in grado di fungere da catalizzatore, e ciò si chiama attività perossidasica, che permette il test del luminolo per la rilevazione di macchie latenti il sito di legame dell'ossigeno di sangue. Oltre a interagire con acqua ossigenata, può legare anche altre piccole molecole, come monossido di carbonio, che competono con l'ossigeno. Il monossido di carbonio è un noto composto altamente tossico e il fatto è un'altra che si leghi al.

gruppo eme delle proteine è una ragione della sua alta tossicità. L'eme lega molto delle ragioni per cui è utile la presenza di proteine: in caso contrario, meglio il CO dell'ossigeno. Il rapporto tra le due costanti di equilibrio è di 20000 a favore di CO. È quindi in grado di saturare il gruppo eme. La presenza della proteina che forma un ambiente idrofobico tende ad escludere questo composto, abbassando l'affinità a 200. I MOVIMENTI MOLECOLARI Le catene laterali con i gruppi carbossilici sono quelli che sporgono, in quanto polari. Tutto il resto è sepolto. I vari elementi strutturali in quella posizione, ma c'è delle proteine non sono irrigiditi un certo grado di mobilità: tendono a ruotare ed oscillare, quindi tali movimenti fanno si che tutta la struttura oscilli, per cui si aprono delle cavità in cui l'ossigeno può infilarsi e legarsi. Quando l'ossigeno si lega all'eme, la

proteina cambia di colore, apprezzabile

Il legame è studiabile facilmente: anche ad occhio nudo. I saturimetri sono fotometri che sfruttano il diverso spettro di assorbimento di emoglobina e ossiemoglobina per stimare la saturazione della Hb nel sangue arterioso.

Il legame dell'ossigeno con la mioglobina è molto semplice: interazione proteina-ligando 1:1. La mioglobina deve essere in grado di desaturarsi se la pressione parziale è inferiore a tale valore (4 torr), che corrisponde alle vicinanze dei mitocondri. Per quanto riguarda l'emoglobina, si possono fare delle osservazioni: ha una struttura molto più complessa in quanto proteine multimeriche. Uomini hanno proteine tetrameriche. Perché serve una proteina così complicata? La differenza di concentrazione di ossigeno a livello delle cellule muscolari è notevole di almeno 10 volte, mentre tra il sangue che circola nei polmoni dove si scambiano i gas (100 torr), mentre sulla superficie

Siamo intorno a 30. Il rapporto è quindi di solo 3 volte. Quindi, si vuole una proteina a livello del sangue che sia fortemente satura in condizioni di 100 torr e che presenti un valore molto più basso alla pressione parziale di 30 torr. La curva di saturazione dell'emoglobina diventa una sigmoide grazie al fatto che essa lega quattro molecole di ossigeno: questo permette una altissima saturazione a 100 torr (polmoni) e una bassissima saturazione a 30 torr (cellule), permettendo un efficace trasporto dell'ossigeno all'interno delle cellule. Intervenendo sulla stechiometria di legame tra ossigeno e Hb si cambia la curva di saturazione in una sigmoide. Ciò permette di ottenere quello che serve alla Hb per lavorare bene, a partire da un sito con concentrazione alta ad un sito a concentrazione più bassa (3 volte). La curva permette una saturazione molto alta in pressione parziale di 100 torr e di rilasciare una quantità significativa a 30 torr.

Ciò non sarebbe possibile con una proteinatrasportatrice come la mioglobina. Una curva sigmoide permette di passare da una bassa ad un'alta frazione di saturazione di O2 (θ) in uno stretto intervallo di P.O2. La curva sigmoide approssima una curva iperbolica a bassa affinità per bassi valori di P.O2, mentre ne approssima una ad alta affinità per alti valori di P.O2.

Legame cooperativo: l'occupazione dei primi siti di legame dell'O2 aumenta l'affinità dei siti ancora liberi. Questa modalità di legame implica un'interazione tra siti di legame: i siti devono comunicare tra loro il proprio stato. Questa "comunicazione" è impossibile in una proteina fatta di molecole dotate di un unico sito di legame. È possibile in una proteina le cui molecole hanno più siti di legame. Il modo più semplice per ottenere una macromolecola con più siti di legame è realizzare una

Una globina antenata si è evoluta per far si che le singole catene polipeptidiche diventassero capaci di interagire e legarsi per dar luogo a una proteina tetramerica. È codificata da due geni diversi e ogni subunità è fatta in modo simile alla mioglobina: α e β.

Per costringere una proteina con più siti di legame a legare simultaneamente ci deve essere un meccanismo che accoppi l'occupazione di un sito di legame all'occupazione di un altro. Per farlo, si fa si che i siti di legame possano cambiare la propria affinità, ci deve quindi essere una sorta di comunicazione, così quando un sito è legato, l'affinità dell'altro aumenta.

L'equazione di Hill è una equazione che permette di linearizzare le curve di saturazione iperboliche e di analizzare visivamente le curve sigmoidi. Partendo dalle frazioni di saturazione, e passando ai logaritmi, si ottiene l'equazione:

æ öθ ( )= -ç ÷log log P log PO 50θè ø1 - 2

Se si considerano variabile indipendente la pressione parziale dell’ossigeno e come variabile dipendente il logaritmo, si ha una retta con pendenza 1. Nel caso della mioglobina la retta diventa quella blu.

Il grafico di Hill evidenzia come la curva sigmoide di saturazione dell’emoglobina (risultante dal legame cooperativo di O ) sia il risultato di una transizione da un processo di legame a bassa affinità (per l’occupazione dei primi siti di legame) ad uno ad alta affinità (per l’occupazione degli ultimi siti).

Lo 0 si ottiene con frazione di saturazione 0.5. Se si mette in grafico l’Hb si trova il grafico in rosso. Il legame dell’ossigeno, andando verso destra, comincia ad avere una stechiometria maggiore di 1, in quanto vengono legate più molecole di ossigeno. C’è cooperazione tra siti di legame, in quanto comunicano

l'aumento dell'affinità dei siti ancora liberi. A concentrazione molto alta di ossigeno la maggior parte dei siti di legame è occupata e rimangono solo alcuni siti di legame, quindi la stechiometria torna ad essere 1:1. Il punto dove la stechiometria è maggiore di 1 è interessante nel grafico: la pendenza indica la stechiometria del legame: dice qual è il numero di molecole di ligando che vengono legate alla proteina. Nel caso della mioglobina è pari a 1, quindi l'indice di cooperatività è 1, ma per l'Hb si ha una cooperatività pari a 3: vengono legati simultaneamente 3 molecole di ossigeno alla volta (non è esattamente uguale a 3, ma simile). Se n è il sito di legame presente s una molecola di proteina, la stechiometria al massimo può essere al massimo n. n è il coefficiente di Hill e indica la stechiometria effettiva del legame del ligando. Ess