Biochimica

Biochimica

Le proteine interagiscono con altre molecole in base al tipo di struttura che possiedono. La funzione delle proteine di

cellule e tessuti dipende da stabili interazioni quaternarie tra vari polipeptidi.

Le funzioni di molte altre proteine implicano interazioni con una varietà di diverse molecole.

La maggior parte di queste interazioni sono di breve durata, anche se può essere la base fisiologica di complessi

processi (es. trasporto di ossigeno, funzione immunitaria, la contrazione muscolare...).

Le funzioni di molte proteine coinvolgono il legame reversibile con altre molecole.

Ligiando = è una molecola che si lega in modo REVERSIBILE a una

proteina. Le interazioni proteina-ligiando sono fondamentali per la

vita, permettendo ad un organismo di rispondere rapidamente e Per esempio, il legame Enzima- Substrato, dove gli

reversibilmente al cambiamento ambientale e di circostanze Enzimi rappresentano un caso speciale della funzione

metaboliche. proteica.

Sito di Legame = è il sito presente sulla proteina, sul quale si lega Gli enzimi si legano e trasformano chimicamente altre

il ligando. È quindi complementare al ligando per dimensione, forma, molecole e catalizzano reazioni.

carica e carattere idrofobico o idrofilico. (Gruppi prostetici, non sono Substrati di Reazione (non Ligandi) = molecole che

proteine, ma ) hanno reagito su enzimi;

L’interazione è specifica Sito Catalitico o Sito Attivo

= la proteina è in grado di = il sito di legame-ligando.

discriminare le migliaia di molecole e di sceglierne “determinate”e

basta. Una stessa proteina può anche avere siti di legame separati Mioglobina

per differenti ligandi. Ossigeno

È associato a un gruppo protestetico (molecole

non proteiche) Eme.

Caratteristiche:

- poco solubile in soluzioni acquose;

- non può essere trasportato in maniera sufficiente ai tessuti se è

semplicemente sciolto nel siero del sangue;

- è in grado di attraversare i tessuti, solo per Diffusione e per

pochi chilometri;

- si lega fortemente ad alcuni metalli di transizione come ferro e

rame e appunto per questo gli organismi multicellulari sfruttano

le proprietà di metalli per trasportare l’Ossigeno. Tuttavia,

grandi quantità per esempio di Ferro, promuovono la formazione Prende il nome “mio-“ proprio perché è una proteina

di specie altamente reattive dell’ossigeno (R.O.S.) che possono che si trova nel muscolo. È la proteina più piccola, con

danneggiare il DNA e altre macromolecole (es. gruppo ossidrile struttura terziaria formata da 8 eliche A, B, C, D, E, F,

OH). Negli organismi pluricellulari, di solito il ferro è incorporato G, H, che di per sé sono amminoacidi e che quindi non

in un gruppo prostetico legato alle proteine chiamato eme. possono trasportare l’ossigeno, per questo ci pensa il

Gruppo Eme Gruppo Eme, inserito fra l’etica F ed E , formati da

amminoacidi fortemente idrofobici che vanno a

formare una “tasca”all’interno della quale il gruppo

Eme interagisce con la proteina stessa attraverso due

residui di Istidine (istidina sulla elica F è l’Istidina

prossimale, quella sulla E è l’Istidina Distale).

1. Alcune zone dei pirroli vengono sostituite

da gruppi vinilici, gruppi metilici e

Protoporfirina 9,

propionici, formando la

che inglobando lo ione ferroso si trasforma in

Gruppo Eme. A questo punto, il ferro, legato

alla Protoporfirina 9, forma l’emoglobina

È un gruppo formato da atomi e molecole legate fra loro da legami attraverso legami di coordinazione.

covalenti, che legano il Tetrapirrolo (4 gruppi pirrodici) che all’interno 2. La funzione dello ione ferroso è di

contiene lo ione del Ferro detto “ione ferroso”(grado di ossidazione trasportare la molecola dell’ossigeno. Questo

minore). È importante che il ferro mantenga questo stato di ossidazione, e avviene tramite un legame di coordinazione

ciò viene controllato da un sistema presente nei globuli rossi. fra lo ione ferroso e il piano del gruppo eme.

I legami che lo ione ferroso e la struttura pirrolica della emoglobina, sono

legami di Coordinazione (legami molto stabili).

Sintesi Gruppo Eme: Il gruppo Eme può essere sintetizzato nel nostro

organismo partendo da due molecole che si trovano in maniera

abbondante nel citoplasma, ovvero la Glicina e il Succinil CoA. L’unione di

questi amminoacidi, e una serie di reazioni portano alla formazione del 3. L’altro legame di

Gruppo Eme, se il ferro è inserito dentro il Tetrapirrolo. coordinazione rimane però

La sintesi di emoglobina è molto sensibile al Piombo (metallo pesante legato a un residuo di istidina,

altamente inquinante), il quale causa l’Anemia che porta a situazioni quindi quando si lega l’O2 allo

patologiche estremamente importanti. Il piombo è infatti un inibitore del ione ferroso, questo produce

Ammiloviluvinato Deidratasi (enzima) che bloccandola sintesi, blocca la una modificazione sterica della

formazione dell’ emoglobina e della mioglobina. La maggior parte di conformazione della struttura

questa produzione non è endogena (quindi fatta dal nostro organismo), del gruppo eme e quindi della

ma maggiormente la si produce tramite l’alimentazione e specialmente mioglobina.

con l’assunzione di carne rossa. Legge di Dalton pressioni parziali

delle afferma che:

“la pressione totale di una miscela di gas in un

recipiente è uguale alla somma delle pressioni

parziali, cioè delle pressioni che ciascun gas

eserciterebbe sulle pareti del recipiente se non

vi fossero altri gas presenti”

Il gruppo Eme sta nella “tasca”fra l’etica F ed E che

hanno 2 residui di Istidina: quello prossimi a rimane L'aria secca è composta da circa il 78 % di azoto, il 21 % di

sempre legato allo ione ferroso, mentre l’altro si stacca ossigeno e l'1 % di argon. Nell'aria è anche presente

quando arriva la molecola dell’Ossigeno, dandogli vapore acqueo, che costituisce una percentuale compresa

spazio, si ha un’intera modificazione della Proteina. tra lo 0,1 % e il 4 % della troposfera

dell'umidità dell'aria. La pressione parziale di ossigeno

nell'aria passa infatti da circa 160 mmHg a livello del

mare a circa 110 mmHg a 3000 m, portando la

saturazione di ossigeno nel sangue da 98% al 90%.

pressione Parziale

La produce una percentuale di ossigenazione

Curva Iperbolica,

della mioglobina che segue la cioè all’aumentare

della pressione parziale dell’ossigeno, il legame con la molecola di

Mioglobina aumenta molto velocemente, fino a raggiungere un certo

limite dove la saturazione (percentuale di legame) della mioglobina,

diventa stabile.

Questo è quello che avverrebbe al livello polomare, ma lì non vi è la

mioglobina, ma l’Emoglobina.

Emoglobina

L’emoglobina si trova all’interno dei globuli rossi (o

eritrociti). struttura Tetramerica,

È formata da una cioè 4

strutture proteiche associate assieme, ovvero 4

monomeri contenenti ciascuno un gruppo EME.

=> La mioglobina, che contiene un solo gruppo EME,

lega una molecola di Ossigeno;

=> l’emoglobina, che ha 4 gruppi Eme, lega 4

molecole di Ossigeno;

I 4 monomeri sono chiamati Alfa e Beta (2 e 2).

Infatti Parleremo di:

- HB alfa 1 e 2;

- HB beta 1 e 2; La struttura tetramerica comporta che alle pressioni parziali

di Ossigeno per la Mioglobina, la curva di saturazione non è più

la stessa. È una curva in cui, all’aumento della pressione

parziale dell’Ossigeno, inizialmente avremo una certa

resistenza al legame, dopo di che, la capacità di legare

all’ossigeno aumenterà fino a una completa saturazione

(questo dipende anche dai vari distretti in cui l’emoglobina si

Curva Sigmoidale

trova). Questa è detta proprio per la sua

forma ad “S” dovuta al legame cooperativo che l’ossigeno ha

con l’emoglobina.

- al livello tessutale si ha una pressione parziale molto bassa

(perché l’O2 viene consumato) e vi è sia l’emoglobina che la

Mioglobina;

- al livello polmonare si ha una pressione parziale molto alta e

si trova quasi esclusivamente l’emoglobina (ai polmoni arriva il

sangue).

Una volta arrivato l’ossigeno che si lega allo ione ferroso, si ha

uno spostamento della Istidina distale che modifica la

conformazione della struttura terziaria della proteina.

Esiste un’altra molecola molto insidiosa che si lega allo ione ferroso al posto dell’Ossigeno, ovvero il Monossido di Carbonio.

Il Monossido di Carbonio riesce a legarsi in maniera costante, cioè non è reversibile, inoltre ha

un’affinita’ molto maggiore, rispetto all’Ossigeno, di legarsi allo ione ferroso. Questa cosa crea

una situazione di mancanza di Ossigeno e quindi di Ipossia, con conseguenza mancanza di

energia, eccitazione di nervi e produzione di arresto cardiaco (e quindi morte).

Le catene Alfa e Beta dell’Emoglobina sono simil alle catene della mioglobina, quindi:

- essendo molecole simili, sono simili in quasi tutti gli organismi viventi;

- sono proteine che condividono fra loro l’origine genetica;

A seconda della presenza o assenza di Ossigeno, l’emoglobina può assumere due diverse strutture in base alla distribuzione

spaziale delle proteine all’interno di queste strutture tetrameriche:

- Struttura T = “Struttura Tesa”è la struttura che lega meno O2 (è più compatta);

- Struttura R = “Struttura rilassata”è la struttura che lega più facilmente l’ossigeno;

Queste strutture ci permettono di capire la Curva Sigmoide, perché passando dalla Struttura T alla R, si ha una struttura che

cambia nell’ affinità con l’ossigeno.

= è quella proteina in cui il legame di un ligando ad un sito, influenza le proprietà leganti di una

Proteina allosterica

molecola ad un altro sito sulla stessa proteina.

—> Emoglobina = allosterica;

—> Mioglobina = non allosterica;

Le proteine allosteriche sono quelli aventi “più forme" o conformazioni, indotte dal legame dei ligandi indicati come modulatori. I

cambiamenti conformazionali indotti dal modulatore interconvertono forme più attive e meno attive della proteina.

I modulatori allosterici per le proteine possono essere sia inibitori o attivatori.

- interazione omotropica = se modulatori identici;

- interazione eterotropica = se modulatore è una molecola diversa, e il legante è normale;

!!!Alcune proteine hanno due o più modulatori e quindi può avere interazioni sia omotropica e eterotopica.

di un ligando per una proteina multimerica (es. legame di O2 con l'emoglobina)= è una forma di legame

legame Cooperativo

allosterico spesso osservato in proteine multimeriche.

Il legame di un ligando ha effetti sulle affinità dei restanti siti di legame liberi, e O2 può essere considerato sia un legante che un

modulatore omotropico attivante.

C'è un solo sito di legame per O2 su ciascuna subunità, così gli effetti allosterici dando luogo a cooperatività sono mediati da

cambiamenti conformazionali trasmessi da una subunità all'altro interazioni subunità- subunità.

Una curva legame sigma (o sigmoide) è significativa di un legame cooperativo.

Esso permette una più risposta più sensibile alla concentrazione ligando ed è importante per la funzione di molte proteine con

più subunità.

L’Ossigeno si lega allo ione ferroso del gruppo EME, e tutte le volte che si ha un legame, la subunita’ alfa e beta dell’Emoglobina si

trasforma dalla forma T alla forma R.

All’aumentare del legame dell’Ossigeno con

l’emoglobina, si ha un aumento della facilità

dell’Ossigeno di legarsi e si ha anche

un’aumento all diminuzione della pressione

parziale di ossigeno ad essere rilasciato.

Al livello mitocondriale, l’O2 viene consumato e viene prodotta Anidride carbonica.

Trasporto co2 L’anidride Carbonica può tornare ai polmoni attraverso due meccanismi

fondamentali:

1) L’Anidride Carbonica si lega al gruppo amminico di un

residuo amminoacidico, formando una struttura

carboammino (con legame covalente) che si forma

all’aumentare di anidride carbonica.

Se ci fosse solo questo tipo di trasporto di anidride

carbonica, non ci sarebbe la possibilità di riportare tutta

l’andidride carbonica al livello polmonare.

2) L’anidride Crabonica prodotta nei capillari, insieme all’Acqua,

viene inglobata in un Acido Carbonico che forma del Carbonato.

In questo modo l’Andidre Carbonica si scioglie nell’acqua.

Il nostro organismo ha un sistema enzimatico chiamato Anidrasi

Carbonica, ovvero l’enzima che catalizza la reazione numero 2

sia quando la CO2 forma Acido Carbionico, che quando avviene il

contrario.

- Al livello tessutale la CO2 forma del carbonato, quindi i capillari

sono leggermente più acidi;

- Al livello Polmonare l’Andirasi Carbonica ritrasforma il

Carbonato in Anidride Carbonica, e quindi si ritorna a una

situazione di ph più alcalina;

Secondo Effetto Allosterico:

Primo effetto allosterico:

Bohr scoprì un meccanismo in cui l’effetto di

produzione di un ambiente leggermente più acido

al livello tissutale, produceva una Curva di

Ossigenazione dell’Emoglobina, sempre sigmoide, Riguarda l’Acido 2-3-Bifosfoglicerico che ha la

ma leggermente diversa: a ph alcalini la curva è particolarità di legarsi alle catene alfa e beta

più alta che a ph più basici. Ciò significa, che dell’Emoglobina e modificarne la struttura. In questo

fisiologicamente, la differenza fra le curve di modo la modificazione strutturale facilita ancora di

Emoglobina e Mioglobina aumenta. più il rilascio dell’O2 da parte dei tessuti in presenza

L’emoglobina rilascia più O2 al livello tissutale dell’acido 2-3 Bifosfoglicerico.

per via di un livello di ph più acido. Allora, i La produzione di tale acido però avviene soltanto in

nostri tessuti sono facilitati nell’assorbimento situazioni in cui il metabolismo è costretto ad

l’ossigeno adattarsi a nuove situazioni, come la situazione di

bassa concentrazione di Ossigeno (es. in montagna

ad altitudini elevate).

EMOGLOBINOPATIE

Difetti congeniti ed ereditari della emoglobina possono globuli rossi

I (che conservano l’emoglobina) sono fatti

portare a differenti patologie che si distinguono in 2 classi: come un dischetto biconcavo, cioè al suo interno hanno un

Anemia Falciforme

- (HBS); avvallamento:

Talassemia

- (alfa - beta - gamma); - sono cellule in sopravvivenza, cioè che possono vivere per un

Alcune emoglobine modificate si possono trovare nel sangue numero di giorni massimo, che più o meno è di 120 gg, cioè 4

adulto, per esempio: mesi;

Emoglobina Glicosilata

- (HbA1C); - sono circondati da una membrana citoplasmatica contenente

Emoglobina Fetale

- (HbF); determinate proteine;

Tipologie di Emoglobine nel sangue adulto normale: - al loro interno hanno soltanto RNA;

emoglobina normale

- HbA = (90%); - mancano completamente di Nucleo e quindi del DNA;

emoglobina fetale

- HbF = (retaggio ontogenetico della nascita - sono cellule che non si possono dividere e non possono

del feto - <2%); crescere per divisione;

emoglobina legata a catene di tipo alfa e delta - gli eritrociti (o globuli rossi) vengono dal midollo osseo e

- HbA2 = provengono dagli eritroplassi: via via si sono differenziati e

(retaggio ontogenetico della nascita del feto - 2-5% ); man mano si sono liberati del nucleo, trasferendosi nel

l’Emoglobina Glicosilata,

- HbA1c = è cioè l’emoglobina sangue;

normale legata alla molecola del Glucosio (3-9% presente nelle - il loro compito è quello di trasportare ossigeno a tutti i

persone con diabete) ; tessuti;

Anemia Falciforme:

La malattia è causata da una mutazione puntiforme del gene

della catena β dell'emoglobina, che determina la sostituzione di

un'adenina con una timina (GAG GTG), che di conseguenza

→

si traduce in una mutazione E6V (l'Acido glutammico in

posizione 6, posizionato in superficie nella catena beta, diventa

una valina).

La sostituzione di un amminoacido idrofilo con uno idrofobico

abbassa la solubilità della proteina in configurazione deossi (la

valina interagisce con un sito idrofobico posto tra le eliche E-F

di una catena beta di un'altra molecola di HB); questo

determina la precipitazione dell'Hb con formazione di fibrille

nell'emazie.

Quando si presenta?

La falcizzazione dell'eritrocita non è costitutiva ma si

determina in particolari condizioni, quali ipossia, incremento

dell'acidità, innalzamento della temperatura e presenza di

acido 2,3 bisfosfoglicerico: tutte condizioni che si verificano nel

microcircolo.

Conseguenze:

Di conseguenza, i globuli rossi che contengono questo tipo di

emoglobina, prendono il nome di eritrociti Falciformi dato dalla

loro struttura a falcetto che essendo tale, gli impedisce di

percorrere fluidamente i vasi sanguigni, inoltre legano poco

l’ossigeno. REPLICAZIONE:

La tripletta di DNA normale che dà origine a una tripletta

sull’RNA messaggero Guanina, Adenina, Adenina, si

trasforma in un RNA Messaggero mutato che è Guanina,

Uracile, Adenina che codifica per la Valina.

La modificazione per l’emoglobina f