Appunti completi di biochimica

Configurazione dell'emoglobina in presenza di ossigeno

Quando c'è poco ossigeno, è favorita la configurazione T dell'emoglobina. Quando c'è tanto ossigeno, è favorita la configurazione R. L'emoglobina si lega all'ossigeno attraverso lo spostamento verso l'alto del gruppo eme con Fe2+, che si porta dietro l'istidina. Questo sposta anche la catena amminoacidica a cui è legato. Si rompono legami salini e l'emoglobina passa alla configurazione R. L'ossigeno si lega uno alla volta, su una sola subunità, e l'ossigenazione avviene gradualmente. Quando tutte e 4 le molecole di ossigeno si legano all'emoglobina, si dice che l'emoglobina è saturata.

L'effetto Bohr indica che anche gli ioni idrogeno (H+) e il biossido di carbonio (CO2) possono ridurre l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, inducendo il rilascio a livello tissutale. A livello dei tessuti, aumenta sia la concentrazione di H+ che di CO2 a causa del metabolismo terminale. Entrambi si legano a residui delle catene laterali degli amminoacidi dell'emoglobina mediante legami H, rendendo ancora più stabile la forma T. Nei polmoni...

tutta l'emoglobina è ossigenata.

Il grafico descrive in maniera quantitativa il procedimento di legamento dell'O2 (uno alla volta, facilità crescente).

Curva sigmoide spiegata dall'effetto cooperativo: con poco O2, emoglobina T.

Valore 1: rapporto tra Hb e O2 1 quindi emoglobina saturata di O2. 60 di 284

La mioglobina: con la presenza di O2 si satura subito a causa della sua funzione.

Conseguenze del comportamento cooperativo del Hb

Nei polmoni la pO2 è alta e Hb è totalmente (98% dei siti) saturata con O2.

Quando Hb raggiunge i tessuti la saturazione scende al 32%, cioè l'Hb rilascia il 66% dell'O2 legato.

Nelle stesse condizioni la Mb rilascerebbe solo il 7% dell'O2 legato.

Il legame con l'O2 in una subunità induce variazioni conformazionali che permettono alle altre subunità di legare l'O2 con maggiore affinità a livello polmonare e rilasciarlo con maggiore efficienza a livello

perifericoDurante l'ossigenazione si rompono i legami saliniDeossiHb = stato T = bassa affinità per O2 -> presenza di numerosi legami ioniciall'interfaccia tra le subunità. Quando O2 si lega al Fe2+ del gruppo eme l'anello pirrolicova incontro a uno spostamento di 0.4A che determina uno spostamento della catena Fdell'Hb a cui appartiene l'istidina prossimale F8.La cooperatività positiva spiega il sempre più facile legame dell'Hb con l'ossigeno(l'emoglobina passa quindi dalla forma T, tesa alla R, rilassata) e questo avviene a livellopolmonare . L'Hb- [O2] entra quindi in circolo e va verso tutti i tessuti. A livello dei tessutiperò, l'HB deve rilasciare tutto l'ossigeno e deve quindi passare alla forma T, tesa. Per farquesto sono necessari alcuni metaboliti che spostano l'equilibrio verso la forma Tesa,permettendo il rilascio dell'ossigeno.Si tratta di un

metabolita della glicolisi, sposta l'equilibrio verso la forma T, rende Hb capace di rilasciare O2 ai tessuti. Permette la formazione di legami salini (è moltonegativo), si trova negli eritrociti. 61 di 284

Aumenta con l'altitudine: pressione parziale di O2 minore

Effetto del pH

Nei polmoni il pH fisiologico è intorno a 7.4; nei tessuti 7.2 e questa differenza porta ad avere un rilascio di O2 di circa 77% in tessuti in cui il pH è basso (quelli con maggiore attività metabolica.

La forma T è stabilizzata da un ponte salino tra Asp94 e His146. A valori di pH più alti, His non è più protonata, non si forma legame salino e si favorisce il legame con O2.

Quando pH diminuisce, His si riprotona, si forma il legame e si stabilizza la forma T.

Effetto della CO2

CO2 facilita il rilascio di O2 nei tessuti metabolicamente attivi, fino a circa 90%. Questo avviene perché CO2 reagisce con i gruppi NH2 terminali

Caratteristiche e

alterazioni struttura/funzione nell'emoglobina

Emoglobina fetale HbF• Affinché il feto possa acquisire O2 dalla madre, le subunità β sono sostituite da subunità γ. Il tetramero di HbF ha un'affinità molto bassa per il BPG e quindi un'alta affinità per l'O2.

Adattamento all'altitudine• In questo caso, si ha una aumentata produzione di 2,3-BPG che permette all'Hb di rilasciare ossigeno anche a pressioni parziali minori.

Effetto di sostituzioni amminoacidiche: l'anemia• falciformeQuesta malattia ereditaria è legata ad una particolare mutazione puntiforme che porta alla sostituzione di un singolo AA. Nella maggior parte dei casi una sostituzione AA non altera struttura/funzione, ma in questo caso si forma l'HbS con superfici idrofobiche inducono la formazione di aggregati insolubili di Hb portando all'alterazione della forma degli eritrociti. Nelle 2 catene β si ha la sostituzione di Glu6

Val (AA→idrofobico) 62 di 284

Protezione dall’avvelenamento da monossido di carbonio CO• Il CO si lega all’Hb 200 volte meglio di quanto nonfaccia l’O2, ma l’Hb purificata, in soluzione è ingrado di legare la CO con un’affinità 20000 voltemaggiore ..... Questo perché nell’Hb è presente l’HisE7 (distale) che per ingombro sterico impedisce alCO di legarsi con un legame perpendicolare algruppo eme.Il legame del CO con gruppo eme è reso difficiledalla struttura dell’Hb.Il CO si forma in piccola parte come sottoprodottodel metabolismo, ed in assenza di His distaleporterebbe ad avvelenamento.

Emoglobina glicata e diabete• Il glucosio, presente nel sangue ad alte concentrazioni in casodi diabete, può legarsi alla catena β dell’emoglobina,formando appunto l’emoglobina glicata (HbA1c).E’ una nuova proteina, più ingombrante e meno agile, chenon è in grado

di trasportare l'ossigeno con la stessa efficacia dell'emoglobina. Ciò causa una minore ossigenazione dei vari organi e tessuti. Il test dell'emoglobina glicata rappresenta uno strumento ideale per monitorare il controllo glicemico del paziente affetto da diabete mellito e permette di conoscere la quantità di glucosio che è stata presente nel sangue nei due-tre mesi precedenti al test. Oltre il 90% dell'emoglobina presente nei globuli rossi è rappresentata dall'emoglobina A (HbA), che è formata da due catene di amminoacidi: alfa e beta. Il glucosio presente nel sangue è in grado di legarsi in modo irreversibile. PROTEINE DI MEMBRANA TRASPORTATORI E RECETTORI Ogni distretto cellulare ha membrane con una particolare composizione in lipidi e proteine. Negli eucarioti le proteine rappresentano il 30-40% del peso secco; i fosfolipidi il 25-30% e gli steroli la % restante. I composti idrofilici non possono passare per la.membrana a causa del doppiostrato fosfolipidico. Per questi solventi polari (acqua, ione sodio, ione potassio…) hanno bisogno delle proteine di membrana, che permettono la comunicazione. Gli acidi grassi riescono a passare (si fondono con la membrana e poi vengono rilasciati. Una proteina deve avere la conformazione ad alfa elica per attraversare la membrana, perché all'interno dell'elica ci sono i gruppi CO e NH (legami a H) e all'esterno catene degli amminoacidi (che devono essere idrofobici per stare bene nella membrana). Esempio: Glicoforina, glicoproteina della membrana degli eritrociti. Esempio: Batteriodopsina, utilizza l'energia della luce per generare un gradiente protonico che verrà poi utilizzato per sintetizzare ATP. La membrana è un mosaico fluido. La fluidità dipende dalla composizione in acidi grassi (lunghezza della catena e insaturazione). Lunga catena e saturi: valore > di Tm; Insaturazione: impaccheamento.

^Tm↓ ↓Sulle membrane esistono dei microdomini: «raft» lipidici che sono più compatti e piùordinati e potrebbero avere la funzione di concentrare particolari proteine di membrana.

Caveolina e il sistema postaleLa caveolina è una proteina periferica localizzata a livello deidraft lipidici e che ha il ruolo di far incurvare il doppio stratolipidico formando delle «caveole» sulla superficie della cellula.

La caveolina collabora con altre proteine per formare le invaginazioni di membrana, mododella cellula per portare le informazioni da un punto ad un altro.

Le vescicole sono come dei “pacchetti”, che entranella cellula ed è trasportata da un’altra parte.

Altre proteine partecipano a questi processi di curvatura efusione di membrane generando vescicole coinvolte innumerosi processi: formazione di vescicole nel Golgi, esocitosi,endocitosi, fusione di endosoma e lisosoma, infezione virale,separazione di membrane

durante la divisione cellulare....Queste proteine sono chiamate proteine di fusione. Ad esempio, le proteine SNARE e SNAP25 sono responsabili della fusione a livello delle sinapsi tra vescicole piene di neurotrasmettitori e la membrana plasmatica. Il complesso SNARE/SNAP25 è il bersaglio della tossina botulinica che è una proteasi che idrolizza i legami peptidici di queste proteine bloccando la neurotrasmissione. Questo "sistema postale" che sfrutta un processo chiamato "fusione delle membrane" e regola l'apertura e la chiusura delle "porte" di una cellula per l'ingresso di proteine, ormoni e altre molecole. I vincitori hanno descritto il meccanismo con cui una vescicola e il suo contenuto si preparano alla spedizione. Prima formano una protuberanza sulla membrana esterna della cellula. La protuberanza diventa sempre più grande fino a quando la vescicola, come una goccia, si stacca dalla membrana e intraprende il suo viaggio.all'interno del corpo umano. Il "sistema postale" delle cellule permette, oltre a regolare il rilascio di insulina nel sangue dopo un pasto o la comunicazione tra i neuroni, anche di capire cosa succede quando un virus riesce a forzare le porte di accesso di una cellula per infettarle. Proteine di membrana: 1. Periferiche (esempio: caveolina) 2. Intrinseche - Recettori (ogni ormone ha il suo recettore, esempio: insulina) - Trasportatori - Proteine di membrana intrinseche, trasportatori Esempio: struttura e funzione del recettore β-ADRENERGICO, formato da 7 eliche trans-membrana. Di questo tipo di recettore ne esistono più varianti, a seconda dei tessuti: nel fegato questo recettore è specifico per l'ormone polipeptidico glucagone.