Biochimica 1 (DNA, RNA, cinetica enzimatica)

EMOGLOBINA

L'emoglobina è una proteina specializzata nel trasporto di ossigeno, si trova all’interno dei globuli

rossi del sangue ai quali conferisce il caratteristico colore rosso intenso. È una proteina globulare

composta da quattro catene proteiche: due catene alfa e due catene beta. Ogni catena contiene un

gruppo prostetico chiamato EME formato da un anello porfirinico che lega al centro un atomo di

2+

ferro sotto forma di ione Fe . 3+

È proprio l’atomo di ferro (senza ossidarlo a Fe grazie alla presenza di una tasca idrofobica) al

centro dell’anello porfirinico che lega la molecola di ossigeno in modo reversibile e la trasporta a

tutte le cellule del nostro corpo attraverso il sangue.

L’emoglobina (proteine globina specializzata) trasporta l’ossigeno ed è in grado di decidere quanto

ossigeno trasportare e quanto ossigeno rilasciare.

L’emoglobina è una proteina allosterica, ovvero presenta due tipi di interazioni: la prima è

l’interazione omotropica dove il legame ossigeno-emoglobina facilita il legame di un altro ossigeno

alla stessa emoglobina (legame cooperativo), la seconda iterazione è dovuta alle iterazioni

+

eterotropiche in cui il legame con H , CO e il 2-3 difosfoglicerato modificano l’affinità

2

dell’emoglobina con O 2

SITO LEGAME O NELL’EMOGLOBINA

2 +2

L’ossigeno si lega al 6° legame di coordinazione del Fe in modo non lineare a causa

dell’ingombro sterico della istidina distale con il vantaggio di rendere più difficile il legame Hb-CO

( NB: nell’eme libero CO è 25.000 più affine rispetto a O2 mentre nell’eme legato all’Hb è solo

250 volte più affine)

9

L’emoglobina esiste in due conformazioni in equilibrio:

 Stato T (Tesa): forma deossigenata a bassa affinità per O2 irrigidita da otto legami

ionici.

 Stato R (Rilasciata): forma ossigenata ad alta affinità per O2 senza legami ionici.

COOPERATIVTA’ TRA STATO T E STATO R

+2

Quando O si lega al Fe nel primo dei quattro siti, trova difficoltà per la presenza degli otto ponti

2 +2

salini. In seguito a questo legame il Fe entra nel piano dell’eme (diminuisce di dimensioni

passando da alto spin a basso spin) e trascina con sé la catena F a cui è legato tramite l’istidina

prossimale.

Questo spostamento provoca una modificazione della conformazione che rompe i ponti salini e

sposta l’equilibrio dallo stato T a quello R. Ciò favorisce l’ingresso successivo di O2 negli altri siti.

+

EFFETTO BOHR (ITERAZIONI ETEROTROPICHE TRA HB, H E CO )

2

Nei tessuti l’aumento della CO porta ad una diminuzione del pH secondo la formula:

2

La liberazione di H+ porta

alla formazione di coppie

ioniche che stabilizzano la

 - +

CO + H O HCO3 + H

2 2 forma T

TRASPORTO DI O E CO

2 2

La CO2 si lega direttamente ai Si diffonde per diffusione passiva come O2, viene eliminata insieme a

gruppi amminici liberi della CO2 grazie a emoglobina. Viene eliminata grazie all’attacco con i

Hb formando carbammati che terminali amminici e stabilizza ulteriormente la struttura T

stabilizzano ulteriormente la

forma T 10

INTERAZIONI ETEROTROPICHE TRA HB E 2,3 BISFOGLICERATO (BPG)

Il BPG (un intermedio della glicolisi nel globulo rosso) con le sue 5 cariche negative si lega, con



altrettante cariche positive fornite dalle due subunità in una zona centrale dell’Hb presente solo

nello stato T. Per il principio di Le Chatellier l’equilibrio si sposta verso lo stato T con conseguente

diminuzione dell’affinità dell’Hb per O .

2



Hb-O + BPG Hb-BPG + O

2 2

Lo spostamento dell’equilibrio verso l’emoglobina deossigenata, a causa del BPG che si lega solo

alla forma T, diminuisce affinità di Hb per O2 e aumenta sensibilmente l’efficienza del trasporto di

O2 come dimostrato dalla curva di saturazione Hb-O2 più sigmoide e spostata verso destra.

Aumentando la concentrazione di BPG nel sangue, aumenta ulteriormente l’efficienza del trasporto.

Quando si va in alta quota (>4000m) dopo poche ore aumenta la BPG per adattare la respirazione

alla minore pressione di ossigeno. Una situazione analoga si crea in soggetti che soffrono di ipossia

dovuta ad una minore ossigenazione dei tessuti periferici per un cattivo funzionamento dei polmoni

o del sistema circolatorio.

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EMOGLOBINA FETALE (HBF) E BPG

Ha la medesima struttura dell’adulto ma cambia in modo drastico il centro (cambia il sito di legame



della catena da istidina e serina) della molecola, ovvero non lega quasi per niente il BPG e ciò

garantisce più spostamenti e un trasporto-scambio più efficace.

Ne consegue che HbF del sangue fetale, avendo una affinità per O2 maggiore dell’HbA del sangue

adulto, “strappa” O2 al sangue materno attraverso la placenta.

ANEMIA FALCIFORME

Le proprietà di molte proteine possono variare in seguito a modificazioni non conservative della

sequenza amminoacidica con conseguenze negative (malattie) o positive (adattamento ambientale).

Nell’anemia falciforme la sostituzione non conservativa di un residuo di Glu: -(CH ) -COO- con

2 2

Val: -CH(CH ) in entrambe le posizioni 6 delle catene dell’Hb ha portato ad un vantaggio. Gli

3 2

individui con un solo allele di HbS hanno una maggior resistenza alla malaria (il plasmodio ha più

difficoltà a nutrirsi e riprodursi nel globulo rosso con HbS).

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Un approccio terapeutico consiste nel mantenere l’equilibrio TR verso la forma R non

polimerizzante (aumento del pH del sangue con bicarbonato e ossigenazione dei polmoni).

MIOGLOBINA

Proteina muscolare relativamente piccola, la sua funzione è quella di immagazzinare l’ossigeno e di

facilitarne la diffusione nei muscoli in rapida contrazione. A differenza dell’emoglobina la

mioglobina prende l’ossigeno in eccesso dell’emoglobina e lo rilascia nei muscoli in caso di

occorrenza. È costituita da 153 amminoacidi, di cui è nota la sequenza, e da un solo gruppo eme, lo

stesso presente nell’emoglobina. -

Lo scheletro della molecola della mioglobina è globulare, composto da otto segmenti di eliche,

.

interrotte da ripiegamenti, alcuni dei quali sono ripiegamenti

Il gruppo eme è confinato in una infossatura/tasca. L’atomo di ferro posto al centro del gruppo eme

ha due legami di coordinazione perpendicolari al gruppo eme. Uno di questi si lega al residuo R di

un gruppo di istidina, l’altro legame si trova in prossimità del sito in cui viene a legarsi l’ossigeno.

In questa tasca l’accessibilità del gruppo eme al solvente è molto limitata, in quanto se la tasca del

gruppo eme non fosse idrofobica il Fe 2+ si ossiderebbe a Fe 3+ che non è più in grado di legare

l’ossigeno e la proteina perderebbe la sua funzione.

COMPONENTI MOLECOLARI DEL SISTEMA IMMUNITARIO

Il sistema immunitario presenta delle proteine sulla membrana plasmatica ancorate con struttura

-elica.

secondaria generalmente ad

Esternamente presentano una struttura secondaria o una catena singola stabilizzate dai ponti

disolfuro.

LEGAME TRA ANTIGENE ED ANTICORPO

 Antigene (Ag, Antibody generator): molecola o parte di molecola in grado di indurre una

risposta immunitaria;

 Anticorpo (Ab, Antibody): proteina che riconosce specificamente un antigene.

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L’anticorpo per legarsi ha bisogno di flessibilità, esattamente come gli enzimi nei confronti dei

contaminanti.

Gli anticorpi hanno una sola porzione fissa che serve per la trasmissione del segnale.

IgG: immunoproteina più importante e abbondante del sistema immunitario.

La molecola di IgG è molto flessibile per adattarsi ai diversi determinanti antigenici presenti

sulla superficie dell’antigene e formare aggregati facilmente riconoscibili dai macrofagi.

Per avere risposta immunitaria di piccole molecole (apteni) si aggiunge un coadiuvante.

INTERAZIONI PROTEINE PER ENERGIA CHIMICA NEL MUSCOLO

La tropomiosina e le troponine T, I, C, sono proteine accessorie strettamente associate ai filamenti

sottili di actina.

La tropomiosina, una molecola disposta lungo le scanalature dell’elica dell’actina, quando è legata

con la troponina I maschera il sito di legame della miosina con l’actina.

Quando la troponina C si lega a Ca2+, va incontro ad un cambiamento conformazionale che si

trasmette alla tropomiosina, inducendola a staccarsi dalla troponina I e a muoversi verso il centro

dell’elica del filamento sottile di actina. I siti di legame sull’actina, grazie all’idrolisi dell’ATP, si

legano con la testa della miosina, provocando lo scorrimento dei filamenti di miosina sull’actina.

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I tubuli T (Trasversi) trasmettono il potenziale d’azione, innescato da uno stimolo del SNC, che

apre in pochi millisecondi i canali del Ca 2+ sul reticolo sarcoplasmatico. L’ingresso del Ca 2+ nel

2+

citosol è temporaneo perché dopo circa 30 msec è pompato indietro dalla pompa Ca -ATPasi.

ENZIMI E CINETICA ENZIMATICA

Visto che si ha a che fare con molecole grandi un semplice urto non è efficace per far avvenire una

reazione. Per fare in modo che due o più molecole reagiscano tra di loro in base alle nostre esigenze

funzionali è necessario l’utilizzo di enzimi.

Gli enzimi sono catalizzatori biologici che fanno avvenire più velocemente reazioni che

normalmente non avverrebbero.

Le molecole per reagire tra di loro devono incontrarsi nel modo giusto e alla giusta distanza, l’urto

tra queste molecole deve essere efficace e deve essere guidato: questa azione viene svolta dagli

enzimi.

L’enzima si occupa di abbassare l’energia di attivazione, ovvero favoriscono la rottura e formazione

di legami. L’enzima interviene nei legami interni alle molecole, li rompe e ricondivide una coppia di

elettroni.

PROPRIETA’ DEGLI ENZIMI

Sono altamente specifici (meccanismo chiave-serratura)

o Sono catalizzatori biologici (modificano la velocità della reazione ma non l’eq)

o Sono proteine con massa compresa tra 12000 e 1000000.

o

NB: L’attività catalitica di un enzima è legata all’integrità della conformazione nativa (ovvero la

sua struttura terziaria funzionale): se vado a modificare la struttura nativa vado a modificare anche

l’attività catalitica dell’enzima.

Sito attivo di un enzima: regione specifica (tasca) nella struttura dell’enzima che interagisce con il

reagente e si lega con il substrato.

Substrato: molecola di reagente che si lega al sito attivo dell’enzima.

E + S = ES

COMPOSIZIONE CHIMICA ENZIM