Biochimica: emoglobina e mioglobina

Gli ultimi due legami con l’ISTITINA si chiamano PROSSIMALE (quello più vicino) e DISTALE

(quello più lontano, quindi più DEBOLE) e questo può essere costituito con il legame con

l’OSSIGENO, il quale si va a intromettere tra ISTITINA DISTALE (più debole) e FERRO.

5 legami sono quindi legami STABILI, quello DISTALE invece no, è più debole, e può essere

sostituito con il legame di O2 che ha 6 elettroni sull’ultimo strato eneretico.

Perchè l’O2 per entrare deve avere una certa angolazione?

L’OSSIGENO entra tra FERRO ed ISTIDINA DISTALE e forma quell’angolo. Il legame dell’O2

avviene con più difficoltà dell’ISTIDINA, ma vabene così proprio perché non deve formarsi un

legame stabile siccome deve essere rilasciato, proprio perché l’EMOGLOBINA lega e poi rilascia.

Quindi l’EMOGLOBINA passa da OSSIGENATA a DEOSSIGENATA e la molecola in questa

transizione ha dei cambiamenti conformazionali.

MIOGLOBINA

La MIOGLOBINA è molto più semplice, ha un’unica subunità, quindi un unico gruppo EME, di

conseguenza lega un solo O2 e, a differenza dell’EMOGLOBINA che si trova nei globuli rossi, la

MIOGLOBINA si trova nei MUSCOLI (MIO = MUSCOLO), e ha la funzione di trasportare e

scambiare OSSIGENO dall’EMOGLOBINA ai MITOCONDRI. Un’altra funzione importante è

quella di RISERVA, ovvero colma il passaggio tra il rilascio di O2 da parte dell’EMOGLOBINA e

il ritorno dell’ANIDRIDE CARBONICA.

RECUPERO (tra due esercizi) → serve anche a far ricaricare di O2 la MIOGLOBINA.

DIFFERENZE TRA EMOGLOBINA E

MIOGLOBINA

**CARBOSSIEMOGLOBINA → il CO (monossido di carbonio) si mette al posto dell’O2 nel

legame con il FERRO, ma è 200 volte più forte.

COSA SUCCEDE QUANDO L’OSSIGENO SI LEGA AL GRUPPO EME?

Il FERRO non è allineato con l’EME quando si lega, ma è un po’ staccato, ecco perché l’O2 si deve

inclinare per legarsi. Quando si lega l’O2 il FERRO si allinea. Le subunità sono legate, e quello che

succede nella prima subunità si riflette nelle altre 3 che allineano già il FERRO sul piano dell’EME,

quindi le successive subunità saranno già allineate al momento del legame, di conseguenza l’O2 si

legherà più facilmente nella 2°, nella 3° ancora di più e nella 4° ancora di più. Quindi avremo

l’EMOGLOBINA in due diverse conformazioni:

• STATO “T” (tesa): affinità dell’emoglobina per l’O2 bassa, poiché la configurazione non è

adeguata → DEOSSIEMOGLOBINA;

• STATO “R” (rilassata): ha una maggiore affinità di legame → OSSIEMOGLOBINA.

Tutto questo è graduale, cioè mentre carica l’ossigeno man mano che si allontana dai polmoni

scarica l’ossigeno.

EFFETTI STRUTTURALI

Il cambiamento dalla conformazione T alla conformazione R si nota anche dal restringimento dello

spazio centrale tra le subunità.

Confronto delle cinetiche di legame dell’ossigeno di mioglobina e emoglobina

Il grado di saturazione (Y) dei siti di legame dell’O2 può variare da 0 (tutti i siti sono scarichi) fino

al 100% (tutti i siti sono carichi).

Il grafico di Y al variare della pressione parziale di O2 permette di studiare le cinetiche di legame

P50 è la pressione parziale di ossigeno (pO2) necessaria per ottenere la semisaturazione, ovvero il

50% dei siti totali legati all’O2. Quanto più è elevata l’affinità per l’ossigeno tanto minore è la P50

P50 mioglobina = 1 mmHg P50 emoglobina = 26 mmHg.

NB: PRESSIONE PARZIALE DI O2 perché è aria, non ossigeno puro.

Il grafico sovrastante illustra la saturazione dell’ossigeno in relazione alla pressione parziale di

ossigeno, per EMOGLOBINA e MIOGLOBINA. Come possiamo notare la saturazione

nell’EMOGLOBINA sale molto più gradualmente perché inizialmente ha bassa affinità e piano

piano aumenta. Nella MIOGLOBINA invece il GAP è molto più repentino perché ha solo un

gruppo EME e di conseguenza l’affinità non aumenta gradualmente. Maggiore è la PRESSIONE

PARZIALE di O2 e maggiore è la percentuale di EMOGLOBINA ossigenata e viceversa.

** negli ALVEOLI POLMONARI abbiamo il 100% di emoglobina ossigenata (stato R).

Quindi uno dei fattori che controlla la capacità di legame dell’emoglobina è la PRESSIONE

PARZIALE DI O2, maggiore è questo valore e più l’emoglobina si troverà nella conformazione R.

La CO2 è un altro fattore, ma è il contrario, maggiore è la sua pressione e più l’emoglobina si

troverà nella configurazione T, quindi è favorito il rilascio di ossigeno e la capacità di legame con la

CO2. Un altro fattore è il pH (nei tessuti che lavorano è leggermente più acido): l’abbassamento di

pH dai tessuti ai polmoni favorisce lo stato R poiché il tessuto ha bisogno di O2.

Poi la TEMPERATURA (più alta nei tessuti a lavoro, poiche la fosforilazione ossidativa produce

anche calore), quindi più è alta e più è favorita la configurazione T, poiché serve ossigeno ai tessuti.

L’ultimo fattore è la concentrazione del 2,3 BIFOSFOGLICERATO (derivante dall’1,3

BIFOSFOGLICERATO della glicolisi) il quale ha molte cariche negative e si mette nello spazio

vuoto tra le 4 subunità dell’emoglobina, e quando si lega ad essa forma legami ionici e blocca

l’emoglobina nello stato T. Il legame con il 2,3 BIFOSFOGLICERATO consente all’emoglobina di

legare O2.

ALTA QUOTA → c’è una bassa concentrazione di O2 e l’EMOGLOBINA non lo legherebbe,

quindi aumenta il 2,3 BIFOSFOGLICERATO così l’emoglobina ha una bassa affinità e lega

quell’ossigeno, poi piano piano con il tempo aumenta EMOGLOBINA e GLOBULI ROSSI. Questo

adattamento prende il nome di ADATTAMENTO A BREVE TERMINE.

RIPASSO

Ciascuna subunità dell’emoglobina si chiama GLOBINA e contiene un gruppo EME il quale deriva

dalla PROTOPORFIRINA che contiene il FE2+ che viene equilibrato con l’azoto N.

Il rifornimento di O2 deve essere costante, poiché è necessario alla FOSFORILAZIONE

OSSIDATIVA e viene supportato dalla MIOGLOBINA, la quale funge da scambio tra

EMOGLOBINA e MITOCONDRIO, e da riserva di O2 poiché lo cede solo quando è richiesto.

L’EMOGLOBINA rilascia piano piano, gradualmente, l’OSSIGENO mentre si allontana dai

polmoni e si avvicina ai TESSUTI che ne necessitano, e che poi gli restituiscono la CO2.

Po2 → cambia dai polmoni verso i tessuti: maggiore è la pO2 e maggiore quindi è l’AFFINITA’

dell’emoglobina.

Conc. Di CO2 → maggiore è questa concentrazione e minore sarà l’affinità dell’emoglobina.

EME → è una PROTOPORFIRINA con il FE2+ al centro.

Nella struttura a rombo della PROTOPORFIRINA ci sono 4 N che bloccano il FERRO al centro e 2

residui amminoacidici (2 gruppi R) che fanno formare altri 2 legami con l’ISTITINA

PROSSIMALE e DISTALE (il ferro si lega all’AZOTO contenuto in esse).

L’OSSIGENO si inserisce tra FERRO e ISTITINA DISTALE, angolandosi, e una volta che la prima

molecola di O2 si è legata alla PRIMA SUBUNITA’, l’emoglobina da T passa ad R e la seconda

molecola di O2 si trova già la 2° subunità con il FERRO già allineato, quindi trova già lo stato R, e

così via fino ad essere completamente con tutte le subunità allo stato R. Questa situazione la

troviamo in prossimità degli ALVEOLI POLMONARI, mentre nei TESSUTI troviamo la situazione

opposta, quindi da R a T.

Accade quindi una vera e propria trasformazione della struttura dell’emoglobina.

Nella MIOGLOBINA, avendo una sola subunità, non c’è alcuna difficoltà di legame con

l’OSSIGENO.

A livello dei capillari la MIOGLOBINA è SATURA quasi al 100% mentre l’emoglobina è SATURA

solo al 50%. Il concetto è che la MIOGLOBINA deve saturare al massimo in ogni condizione,

mentre l’emoglobina satura a seconda delle condizioni (pH, temperatura, Po2, …).

La curva dell’emoglobina è più lenta poiché deve trascinare tutte le altre GLOBINE, mentre la

MIOGLOBINA ha una sola subunità quindi già riesce a saturare subito al massimo.

• L’emoglobina è satura al 97% quando lascia i polmoni

• In condizioni di riposo è satura al 75% quando torna ai polmoni

LEZIONE

L’anidride carbonica (CO2) si lega ai gruppi NH terminali delle GLOBINE, formando un composto

che prende il nome di CARBAMMATO, e questo avviene nei tessuti, quindi facilita il distacco di

O2 da parte dell’emoglobina.

Nei tessuti metabolicamente attivi c’è un’alta concentrazione di CO2 che si lega agli NH

dell’emoglobina, e ciò crea PROTONI che vanno a modificare il Ph.

TRASPORTO DELL’ANIDRIDE CARBONICA

Quella che diventa CARBAMMATO non è tutta la CO2, quella restante del CAPILLARE entra nel

GLOBULO ROSSO, reagisce con l’ACQUA e diventa ACIDO CARBONICO, il quale si dissocia e

perde un PROTONE (H+) formando 2 IONI, HCO3- + H+. ** HCO3- è lo IONE

BICARBONATO che poi fuoriesce dal globulo rosso. Quindi la CO2 che viaggia nel sangue

viaggia come IONE BICARBONATO, che è uno dei più importanti sistemi tampone del sangue,

poiché HCO3- può legare i protoni in eccesso che trova in giro, poiché ha carica negativa. L’enzima

che regola la reazione tra H20 e CO2 si chiama ANIDRASI-CARBONICA.

Il viaggio della CO2 termina negli ALVEOLI POLMONARI, quindi il HCO3- rientra nel globulo

rosso e fa il percorso contrario reagendo con un H+ e diventando di nuovo CO2 e H20 (grazie

sempre allo stesso enzima).

Il globulo rosso perde CO2 e PROTONI (poiché servono alla reazione appena detta) quindi

l’emoglobina non ha più CO2 e di conseguenza è favorita la forma R, quindi legherà l’O2 rilasciato

dagli alveoli polmonari.

REGOLAZIONE DEL 2,3 BIFOSFOGLICERATO

Questo prodotto viene sottratto dalla

GLICOLISI sotto forma di 1,3

bifosfoglicerato, e il globulo rosso ha

solo la GLICOLISI per ricavare ATP,

poiché avviene nel citoplasma e

ricordiamo che il globulo rosso non

ha ne nucleo ne organelli

citoplasmatici. Il 2,3

BIFOSFOGLICERATO serve a

diminuire l’affinità, quando non c’è

più questa esigenza allora viene

rilasciato.

Questa molecola si va a inserire nello spazio centrale che si forma tra le 4 subunità dell’emoglobi