Biochimica - Emoglobina Hb

Emoglobina e mioglobina

Gli eritrociti, dischi biconcavi formati nel midollo osseo, senza nucleo, con una emivita di 120 giorni, un diametro di circa 7,5 micrometri e uno spessore di circa 2 micrometri, contengono ciascuno circa 29 pg di emoglobina, proteina allosterica specializzata nel trasporto di O₂, CO₂ e H₂ nel sangue.

Nelle cellule muscolari è presente la mioglobina, proteina non allosterica, con la funzione di riserva di ossigeno. Per proteina allosterica si intende una proteina che subisce delle modifiche strutturali a contatto con un particolare ligando, in modo da cambiare le sue proprietà.

Sia nell'emoglobina che nella mioglobina è presente il gruppo prostetico eme. Il gruppo eme è costituito da un atomo di ferro allo stato ferroso (Fe²⁺), e la protoporfirina (la più abbondante è la IX), costituita da 4 anelli pirrolici, legati tra loro da ponti metilenici. Ad essa sono legati 4 gruppi metilici, 2 vinilici e 2 propionici.

Il ferro che lega l'O₂ si trova allo stato ferroso, potendo scegliere una configurazione paramagnetica o diamagnetica. In entrambi i casi l'orbitale 4s è libero ed è occupato solo nello stato ferrico. Lo stato ferrico è patologico. Si forma la cosiddetta metaemoglobina, che fisiologicamente è presente nel sangue allo 0,3-0,4%. L'enzima metaemoglobina reduttasi, mediante una molecola di NADH, riporta Fe³⁺ a Fe²⁺.

In soluzione acquosa un gruppo eme libero con Fe²⁺ lega l'O₂, ma per poco tempo, ossidandosi, poi a Fe³⁺. In questo caso, si forma anche un eterodimero eme-O₂-eme. La presenza dell'eme nella cavità della mioglobina e dell'emoglobina diminuisce la possibilità di formare questo eterodimero.

Alcune sostanze come l'acido acetilsalicilico possono indurre avvelenamento da metaemoglobina, poiché ossidano Fe²⁺ del gruppo eme. Come già detto, l'eme è presente in delle cavità della globina. Il gruppo eme è circondato da residui amminoacidi apolari, tranne in due porzioni distinte, perpendicolarmente al piano dell'eme, dove si trovano 2 residui di istidina altamente polari.

Il primo residuo, istidina prossimale, lega l'atomo di ferro. L'altro, istidina distale, non è legato all'atomo di ferro. La sua presenza devia l'asse di legame della molecola di O₂ rispetto al piano di circa 121°. L'atomo di ferro effettua 2 legami di coordinazione con l'istidina prossimale e la molecola di ossigeno.

Di grande importanza è il CO. L'eme ha affinità circa 20.000 volte superiore per CO rispetto all'O₂. Associata alla globina l'affinità scende solo a 250 volte. Il CO si legherebbe con un asse perpendicolare al piano dell'eme. L'istidina distale, però, forza questo legame "piegandolo". La molecola risulta instabile e ciò rende meno forte l'interazione con CO.

L'emoglobina è una proteina di circa 65.000 dalton, mentre la mioglobina ha un peso molecolare di circa 16.700. L'emoglobina è costituita da 4 catene polipeptidiche e ciascuna presenta un...