Biochimica descrittiva - schemi

CO.

Anemia falciforme: HbS (sickle: falce). La forma è quella di falce. Non si ha la

forma a disco biconcavo, ma forma a falce. Spesso è chiamata falcemia. Negli

eritrociti si hanno dei polimeri di Hb che formano delle fibre lunghe e precipitano

forzando la cellula a diventare lunga: i pazienti hanno una mutazione puntiforme.

L'aminoacido in posizione 6 da glutammato diventa valina: il primo è negativo, il

secondo non è carico. Quando Hb è ossigenata l'aminoacido di posto 6 è

nascosto, ma quando è desossigenato è posto sulla superficie. La valina esposta si

incastra in un sito con idrofobicità che si trova sulle catene alfa, la fenilalanina, e

che è così in seguito a desossigenazione, mentre il glutammato non interagisce

con fenilalanina. Per queste interazioni si ha una polimerizzazione di Hb e quindi

si hanno strutture a fibre che danno una forma di falce. Questo processo di

polimerizzazione avviene soprattutto in caso di desossigenazione e quindi

tipicamente nei tessuti. Quando HbA si desossigena non cambia la conformazione

dell'eritrocita, in caso di HbS si formano le fibre. Nei vasi periferici si formano

eritrociti a falce, fibrosi e piuttosto rigidi: impediscono la deformazione degli

eritrociti e vanno a formare trombi e quindi infarti tissutali (mancanza di apporto

di sangue a dei tessuti). Spesso i malati vanno incontro a necrosi dei tessuti a valle

del tappo e ad emolisi. La patologia è autosomica recessiva e il gene falcemico è

molto frequente: i portatori sani sono molto concentrati in Africa centrale (1/5).

Anche la malaria si distribuisce in modo simile. Chi è falcemico, come portatore

sano (ha anche HbA), può avere dei vantaggi: sta bene, quando è infettato da

plasmodium (malaria), poichè il batterio ha una replicazione meno buona. Infatti,

HbS causa piccoli danni sulla membrana della cellula che perde potassio e il

plasmodium prolifera bene solo se il potassio negli eritrociti è molto concentrato.

Talassemia: coincidenza con le zone con infezione da plasmodium. Manca o non

funziona uno dei due geni, alfa o beta. In Africa prevalgono le talassemie alfa. Nella

zona del mediterraneo prevalgono le beta. L'incidenza è di10 casi su 100000:

questo perché si ha screening (ai futuri genitori si fa un test per vedere se sono

portatori o meno del gene della talassemia). Anche se la sequenza è bassa si

hanno numerosi portatori. Le cause sono genetiche per delezione o mutazioni

puntiformi del gene con riduzione della trascrizione o instabilità di mRNA o

emoglobina che si degrada molto di più. Nei portatori sani non si hanno sintomi

(si parla di anemia microcitica): gli eritrociti hanno un diametro minore. Si ha

bassa produzione o assenza di catene beta e aggregazione di catene alfa, arrivando

anche a 4 alfa che sono molto instabili. Si ha bassa sintesi di Hb e quindi anemia.

Queste alfa4 possono fare danni perché si ha eritropoiesi inefficace. Le

conseguenze oltre ad anemia sono: iperplasia midollare eritroide e deformità

scheletriche. Si possono avere anche danni alla membrana e quindi emolisi

arrivando fino a splenomegalia.

PROTEINE FIBROSE E TESSUTO CONNETTIVO

Tessuto connettivo: una porzione di tessuto che serve da sostegno per tutti i

tessuti con funzioni svariate. Facendo una sezione di un tessuto, infatti, si trova un

primo strato di cellule con funzione specializzata in base al tessuto ed è la linea

dell'epitelio, poi, vi è una struttura di lamina (addensamento di collagene) e infine

una grossa porzione di tessuto con funzione di connessione e sostegno. In

quest'ultima vi sono i fibroblasti che producono le componenti del connettivo,

altre cellule del sistema immunitario e una componente acellulare (fatta di

mucopolisaccaridi, proteine, soprattutto quelle di sostegno). Il tessuto connettivo

appare con una serie di cavità delimitate da tralci di fibre che formano un

reticolo. Vi sono poi delle fibre che compongono l'impalcatura e sono fatte di

collageno. A seconda del tipo di connettivo vi sono disposizioni di diverso tipo:

uno non specializzato (fa da riempitivo e da impalcatura per organi: è una rete di

sostegno), forme in cui vi sono cellule di fibroblasto che sono sintetiche e

specializzate nella sintesi di proteine (hanno infatti un reticolo endoplasmico

molto sviluppato e una serie di vescicole che fanno andare le strutture

sintetizzate al di fuori) e al di fuori della cellula vi sono fasci di fibre di collagene,

con una intersezione di fibre con orientamento vario. Vi sono poi tessuti

connettivi con funzioni particolari (ossa, tendini e alcuni legamenti) dove le fibre

invece di disporsi a reticolo si dispongono secondo linee/direzioni fisse. Si hanno

una serie di canali (zone a cilindro), con una serie di strati, lungo cui ci sono delle

cellule, ovvero gli osteoblasti (sintesi del tessuto: sono fibroblasti specializzati che

sintetizzano collagene e i componenti dell'osso). Tutte le fibre di tali tessuti

formano la parete del cilindro e sono allineate lungo le linee di scaricamento della

forza di gravità poiché svolgono funzione di sostegno e scaricano il peso.

Collagene: Le fibre di collagene sono fibre fatte da un bandeggio con zone più

dense e zone meno dense. Ogni fibra è fatta dall'allineamento di più fibrille e

all'interno di una fibra le fibrille si orientano tutte nella stessa direzione. Ogni

fibrilla è fatta dalla giustapposizione di più molecole di collagene e ogni molecola

di collagene è un super-avvolgimento elicoidale di 3 catene. Le singole catene di

collagene non sono allineate ma si ha una sfalsatura rispetto alle catene di

collagene della fibrilla contigua di 1/4 della molecola. Si ha un'interruzione e

questi punti corrispondono a dove si ha la catena nelle fibrille sottostanti. Vi sono

zone in cui ci sono sempre solo fibre (bandeggio scuro) e altre in cui vi sono dei

buchi (bandeggio chiaro). All'interno di ogni molecola di collagene si può

identificare un estremo amino e uno carbossiterminale. Ogni catena di collagene

ha un peso di circa 300 kDa, proteina molto grande. La composizione dei residui

dimostra un'abbondanza di una serie di residui molto piccoli: Gli, Pro e Hyp. Si

ripete molto questo tripeptide. L'elica del collagene non è quindi una alfa-elica

poiché la prolina la destabilizza e quindi è un'elica particolare. Le singole catene

si arrotolano in modo levogiro, ma la superelica ha un avvolgimento destrorso.

L'angolo tra due residui contigui è di circa 120 gradi: il numero di residui per giro

è di 3,3. Un aminoacido su tre è di glicina (33%), segue il gruppo di Pro e Hyp

(22-27%) e poi altri tipi di residui (Ala:11% e altre piccole percentuali).

Legami di stabilità delle catene di collagen: Non è una elica canonica e non si

hanno i legami H longitudinali tra le spire tipici di un'alfa elica. Le interazioni per

stabilizzare le eliche in questo caso sono legami H trasversali tra le tre catene e

non intra-catena. Grazie alla sfalsatura si trovano sullo stesso piano le proline

delle tre catene. Queste formano dei legami H tra il gruppo H dell'aminogruppo e

l'ossigeno del gruppo carbossilico della prolina della catena contigua. Fra tutte le

3 proline che giacciono su un'unica zona del piano si hanno delle stabilizzazioni

trasversali. La prolina è abbondante come lo è anche la Hyp (gruppo ossidrilico su

C4 o raramente sul 5): il fatto che ci sia un gruppo OH in più aumenta la

possibilità di formare dei ponti H. L'abbondanza di prolina porta a un aumento

della curvatura e al tempo stesso stabilità grazie ai legami trasversali. La presenza

di Hyp garantisce ancora più stabilità: un OH in più garantisce ponti H addizionali

con maggior compattezza. Senza le Hyp il collagene che si forma è molto meno

compatto.

Da Pro a Hyp e glicosilazione: La prolina può essere convertita in Hyp con una

prolil-idrossilasi: come cosubstrato (secondo reagente) si ha alfa-chetoglutarato

(ha 5C e su uno dei C un gruppo chetonico). In presenza di ossigeno, questo

enzima lega ossigeno sul gruppo prostetico che ha ferro (ma non è un eme) e

successivamente si ossida il ferro a 3+ così che risulta instabile e O2 viene scisso

in due atomi O. Uno degli O va a legare il carbonio chetonico dell'alfa-

chetoglutarato formando un C instabile (legato a due O e a un CO) che elimina

un carbossilato (sotto forma di CO2) e lega stabilmente uno degli O che si è

generato formando un gruppo carbossilato. L'alfa-chetoglutarato si è trasformato

in succinato (acido dicarbossilico a 4C). Rimane un O che viene attaccato dalla

prolil-idrossilasi sul C4 della prolina (raramente sul C5 o sul C3). L'enzima ha ora

Fe3+ che non può interagire con ossigeno. Per questo la reazione per tornare a

Fe2+ ha bisogno di acido ascorbico: un riducente e cofattore fondamentale per

dare all'enzima la sua forma attiva. Analogamente si ha anche la lisil-idrossilasi:

idrolizza le lisine del collagene (il 5%) di tutte le strutture sul C5 e serve come

punto di attacco delle catene glicosilate del collagene con una percentuale

variabile di glicidi. Le catene di glicidi si legano con un legame O-glicosidico sul

gruppo ossidrilico attaccato al C5 delle lisine del collagene. Queste sono poche

ma con una funzione di aggiungere e attaccare glicidi. Le catene glicidiche sono

corte e l'innesco è fisso: ad attaccarsi per primo è il beta-galattoso, poi un alfa-D-

glucoso che si lega con un legame 1-->2. Le glicosilazioni servono ad aumentare

le zone polari e la solubilità delle fibre, consentendo l'idratazione. I geni che

codificano per il collagene sono circa 30 e a seconda del tessuto vi sono degli

abbinamenti di diverso tipo.

Tipi di collagene: Ogni collagene ha 3 alfa-strutture (non eliche) identificate dai

geni alfa1,2 e 3. Ci sono collageni fatti da catene dello stesso tipo, altri con una di

un tipo e due di un altro. Il collagene 1 ha tre catene alfa1 tipiche del collagene di

tipo 1 e forme fatte da due catene alfa1 e una catena alfa2 tipica del collagene1. Il

collagene 2 ha 3 catene alfa1 tipiche del collagene di tipo 2 (tipico: vi sono

modificazioni post-traduzionali che variano tra collagene di tipo 1 o 2 per

esempio). Nel collagene di tipo 1 si hanno poche Hyp e scarsa glicosilazione: le

fibrille sono molto compatte e quindi sono tipiche di tendini, strutture

scheletriche (dove le fibre sono ordinate, parallele e compatte) in corrispondenza

della dentina, della cute, dei legamenti, della cornea e dove si hanno strutture

tutte ordinate allo stesso modo. All'opposto, il collagene di tipo 2 forma fibrille

meno compatte e più solubili: la catena alfa1 tipica del collagene di tipo due ha

molte più Hyp e glicidi. È