Infermieristica- Biochimica

Proteine

Le proteine sono polimeri di amminoacidi e sono le macromolecole più abbondanti nelle cellule, costituendo il 50% del peso secco. Sono presenti in tutte le cellule in migliaia di tipi differenti. Le proteine, come gli acidi nucleici DNA e RNA, sono molecole informazionali.

Funzioni delle proteine

Le proteine possono avere diversi ruoli: catalizzatori (enzimi), trasportatori (emoglobina), ormoni (insulina), anticorpi, elementi contrattili (actina, miosina), elementi strutturali (elastina, collagene), trasmettitori di segnali chimici (recettori di membrana), materiali di riserva (ovalbumina), modulatori genici.

Tipi di proteine

Le proteine possono essere semplici (catene di amminoacidi) o coniugate (amminoacidi + gruppo prostetico). In base alla forma, possono essere fibrose (struttura primaria e secondaria con forma allungata) o globulari (struttura terziaria e quaternaria, solubili in acqua).

Proteine fibrose

Le proteine fibrose sono insolubili in acqua e possono avere struttura ad alfa elica (es. alfa-cheratina, dove possono instaurarsi ponti solfuro), beta foglietto (es. beta-cheratina), o collagene (formato da 3 eliche che si riuniscono in tropocollagene e in seguito in fibrilla nel tessuto osseo e cartilagineo).

Denaturazione

La denaturazione è l'alterazione delle caratteristiche strutturali e funzionali di una proteina senza alterare la sua struttura primaria. Una proteina può essere denaturata e non essere più funzionale; la denaturazione può essere reversibile o irreversibile. La rinaturazione è il processo inverso. Nella denaturazione, non vengono rotti i legami peptidici, ma si rompono i ponti solfuro.

Albumina

L'albumina è una proteina globulare del sangue che costituisce il 50% delle proteine del sangue. Ha il ruolo di mantenere la pressione osmotica nel sangue e trasporta molecole importanti come acidi grassi, ormoni steroidei e farmaci.

Mioglobina

La mioglobina è costituita da una sola catena polipeptidica formata da 153 amminoacidi organizzati in 8 filamenti con struttura secondaria ad alfa-elica. Al centro vi è un solo gruppo prostetico ferroprotoeme, per cui può legare solamente una molecola di O₂. È una proteina terziaria coniugata costituita da una parte proteica (la globina) e un gruppo prostetico (eme legato ad un atomo di azoto e contenente uno ione Fe⁺⁺) che conferisce il colore rosso. È contenuta nel muscolo scheletrico e cardiaco e costituisce una riserva di ossigeno, rilasciandolo quando le cellule muscolari sono metabolicamente attive. Non dà allosterismo.

Emoglobina

L'emoglobina è una proteina quaternaria globulare coniugata formata da 4 catene polipeptidiche (2 alfa e 2 beta) legate tra loro da interazioni forti di natura idrofobica, tutte ad alfa-elica, ciascuna dotata di un gruppo ferroprotoeme. Possedendo in tutto 4 gruppi eme, può legare 4 molecole di O₂. Ogni sub-unità ha struttura secondaria ad alfa elica ed è costituita da una parte proteica (la globina) e un gruppo prostetico (ogni gruppo eme è legato ad un atomo di azoto e contenente uno ione Fe⁺⁺) che conferisce il colore rosso. È una proteina di trasporto reversibile dell'O₂ e CO₂.

L'emoglobina è allosterica perché passa da uno stato teso a bassa affinità con l'ossigeno ad uno stato rilassato ad alta affinità, e il fenomeno è reversibile quando l'Hb rilascia l'O₂. Sia nell'Hb che nella Mb, il ferro⁺⁺ forma un legame dativo covalente con un atomo di azoto di un'istidina prossimale F8, 4 legami dativi con i 4 pirroli dell'anello e un legame con l'O₂ che viene legato in modo reversibile.

Mentre le globine che circondano i gruppi eme impediscono all'eme di ossidarsi da Fe⁺⁺ a Fe⁺⁺⁺, inoltre creano un sito attivo idrofobico a cui si lega l'O₂ che è lipofilo e proteggono da legandi indesiderabili come la CO (che si lega con un legame lineare forte in caso l'eme fosse privato di globina; la CO ha inoltre un'affinità con l'eme senza globina di circa 25000 volte superiore a quella dell'O₂, quando però vi è la globina, la CO₂ è costretta a formare un legame angolato più debole ma con affinità sempre maggiore rispetto all'O₂ di circa 200 volte.

Curva di saturazione

La curva di saturazione della mioglobina è iperbolica, mentre quella dell'emoglobina è sigmoide. Le due curve sono diverse perché nell'Hb il gruppo eme delle 4 sub-unità di ogni molecola sviluppano un'affinità crescente: il primo eme è scarsamente affine per l'O₂ e determina alcune modificazioni strutturali che si trasmettono alle sub-unità vicine, comportando un aumento progressivo dell'affinità con le successive molecole di O₂, e vi è dunque un'interazione eme-eme con effetto cooperativo fra le sub-unità. La curva della Mb è più a sinistra di quella dell'Hb, indicando una maggiore affinità per l'O₂. Infatti, la P50 (parametro che esprime che il 50% dei siti è occupato da O₂) della Mb è di circa ½ torr, mentre quella dell'Hb è di 26 torr. Per questo, la Mb è presente nei muscoli come solubilizzatore perché ne facilita la diffusione. Le due curve possono anche essere viste, nel senso inverso, come curve di dissociazione dell'O₂.

Saturazione

Saturazione è un indice ematico che riporta la percentuale di Hb satura di O₂ rispetto alla quantità totale di Hb presente nel sangue. Alcuni effettori allosterici presenti negli eritrociti possono causare la diminuzione dell'affinità con l'O₂ da parte dell'Hb legandosi ai siti allosterici non attivi; questi sono chiamati modulatori allosterici negativi, come il 2-3-BPG, lo ione H⁺ (nei capillari polmonari) e la CO₂ che stabilizzano la forma T (tesa) rendendo inattiva la proteina. La reazione di ossigenazione di Mb e Hb è esotermica, cioè libera calore, quindi l'aumento di temperatura favorisce la dissociazione di O₂. Mentre una temperatura più bassa, come negli alveoli polmonari, favorisce l'ossigenazione.

H₂O + CO₂ → H₂CO₃ che dissocia in H⁺ e HCO₃^-, e H₂CO₃/HCO₃^- costituisce il principale tampone fisiologico che controlla il pH del sangue.

Enzimi

Enzimi sono proteine semplici e coniugate globulari che fungono da catalizzatori biologici. Sono denaturabili, non alterano l'equilibrio delle reazioni ma le accelerano, sono specifici per substrati e sono regolabili. La loro attività può essere innalzata o abbassata da variazioni di pH, temperatura, effettori allosterici positivi o negativi. La massima attività degli enzimi si ha a 40°C e a pH neutro.

Un esempio di enzima è la glicogeno fosforilasi che catalizza la lisi del glicogeno a glucosio, infatti legandosi all'AMP sposta l'equilibrio ad una forma rilassata e quindi attiva (dunque l'AMP è un modulatore allosterico positivo). Invece, l'ATP sposta l'equilibrio ad una forma tesa inattiva (e dunque è un modulatore allosterico negativo).

Un altro enzima è la chinasi che catalizza la fosforilazione, ovvero il processo di esterificazione.