Biochimica I – Proteine

FUNZIONE DI MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA

Nel mitocondrio si svolgono le ossidazioni biologiche, reazioni dove l'ossigeno molecolare reagisce con una serie di substrati ridotti SH2 → ½O2 + SH2 → 2S si ossida e l'ossigeno si riduce, dando origine ad acqua, l'O2 è usato come carburante e SH2 come combustibile, avviene combustione e si sviluppa energia.

L'O2 per arrivare al mitocondrio compie un viaggio. Parte dall'ambiente esterno dove è presente a una concentrazione del 20%, quindi la pressione parziale dell'ossigeno nell'atmosfera sarà di 152 mmHg (20 X 760 mmHg).

Mentre arriva agli alveoli polmonari diminuisce la pressione parziale, a livello alveolare è di 100mmHg. L'ossigeno diffonde. Passa nell'eritrocita e si lega all'emoglobina (ossiemoglobina). Ogni gruppo eme può legare una molecola di O2 quindi ogni eritrocita lega 4 molecole di O2. Per saturare completamente l'emoglobina

È sufficiente una pressione di 100mmHg. Percorre la circolazione arteriosa per raggiungere i tessuti, a livello dei capillari c'è lo scambio dei gas. La pO qui varia da tessuto a tessuto ma è circa 20-40 mmHg. Se la pO diminuisce sollecita il rilascio dell'ossigeno dall'emoglobina.

Dall'interstizio passa per diffusione nel citosol dove c'è una pressione di 10mmHg. Sempre per diffusione passa nella matrice mitocondriale dove la pO è di 1mmHg, qui verrà utilizzato.

L'emoglobina ora è deossigenata e ritornata ai polmoni è pronta ad una nuova ossigenazione.

La mioglobina, nei mitocondri quando arriva l'ossigeno va incontro a questa reazione: Mb + O <====> MbO2

Da mioglobina e ossigeno otteniamo la mioglobina ossigenata.

La quantità di ossigeno che si legherà dipende dalla pressione parziale dell'ossigeno e dall'affinità della mioglobina nei suoi confronti.

Grazie a questi parametri si può estrapolare una curva di dissociazione che ci permette di valutare il grado di saturazione della mioglobina. La curva che otterremo è di tipo iperbolico, quando essa raggiunge la saturazione significa che tutti i gruppi eme hanno legato una molecola di ossigeno. Si osserva il valore della p50, cioè la pressione parziale a cui la proteina è al 50% ossigenata. La p50 della mioglobina è di circa 2,8 mmHg.

Se la mioglobina si confronta con l'ossigeno alla pressione parziale di 2,8 mmHg si sature al 50%. Sapendo che nel citosol la pO2 è di 10 mmHg, nella cellula muscolare la mioglobina, trovandosi a questa pressione, sarà quasi completamente ossigenata. Nel momento in cui la cellula muscolare debba far fronte ad una immediata e vigorosa attività fisica, il mitocondrio opererà più velocemente e preleverà più ossigeno dal citosol, ma essendo un passaggio per diffusione la pressione parziale scenderà.

Questo abbassamento di pressione farà rilasciare l'ossigeno. Ad esempio se la pressione scende a 4mmHg l'emoglobina sarà saturata al 65% e il restante 35% sarà rilasciato.

La mioglobina ha dunque delle caratteristiche che la rendono una proteina di deposito.

Questa reazione si può analizzare attraverso la costante di dissociazione (K):

K = [Mb] [O2] / [Mb ∙ O2]

La costante di dissociazione è il reciproco della costante di associazione (Kass):

Kass = [MbO2] / [Mb] [O2]

Più basso è il valore della costante di dissociazione, più alta è l'affinità tra la proteina e il ligante. Più alto è il valore della costante di associazione, più elevata è l'affinità.

La costante di dissociazione è usata per conoscere il valore frazionario della percentuale di saturazione (Y).

Siti occupati Y =

---

Siti totali

Il valore massimo di questo rapporto è 1, quando il valore del numeratore è uguale al denominatore e quindi tutti i siti dell'eme sono occupati.

Il valore minimo è 0 quando il numeratore è uguale a 0.

Y dipende:

direttamente dalla pressione parziale di ossigeno (+ aumenta + cresce la probabilità di saturare i vari siti) pO2

inversamente dalla costante di dissociazione + pO2, K + pO2.

dis 2

Y = ---K + pO2

dis 2

Questa è l'equazione di un iperbole equilatera in cui le variabili sono Y e la pO2. Costruiamo un grafico in cui poniamo la variabile dipendente sulle ascisse (pO2) e la variabile indipendente sulle ordinate (Y).

2

4Y0 pO2

FUNZIONE DI TRASPORTO DELL'EMOGLOBINA

L'emoglobina con l'ossigeno va incontro ad una reazione reversibile:

Hb + 4O2 ⇄ Hb ∙ 4O2

In realtà le quattro

Dell'emoglobina non ha andamento iperbolico come la mioglobina, ma ha un andamento sigmoideo.

Confronto delle cinetiche di legame dell'ossigeno di mioglobina e emoglobina.

Per saturazione relativa si intende la frazione di siti totali che lega l'ossigeno; P è la pressione parziale di ossigeno (pO2) necessaria per ottenere la semisaturazione, ovvero il 50% dei siti totali legati all'ossigeno.

Quindi in realtà l'emoglobina:

A livello polmonare l'emoglobina si satura al 100% (Y=1);

Nei capillari dove la pO2 è in media di 30mmHg, il valore di Y scende a 0,5.

La metà dei siti libererà ossigeno.

In un tessuto più attivo metabolicamente (cervello, cuore, muscoloscheletrico...), che consuma più rapidamente ossigeno, la pO2 nei capillari sarà di 20mmHg e il valore di Y scende a 0,3, il 70% dei siti cederà ossigeno.

L'andamento sigmoideo è il risultato tra la struttura

dell’emoglobina el’ambiente in cui opera.L’emoglobina si trasforma da una molecola ad alta affinità per l’O negli alveoliad una a bassa nei capillari. Per permettere ciò si verifica un cambioconformazionale della proteina. Le proteine quaternarie modulano la lorofunzione in risposta a variazioni strutturali.La pO dell’emoglobina è pari a 26mmHg.2La mioglobina è molto più affine dell’emoglobina all’ossigeno. Per questol’ossigeno che viene rilasciato dall’emoglobina viene preso dalla mioglobinache ha più affinità, e quando questa l’avrà ceduto lo prenderanno le proteinemitocondriali ad affinità ancora maggiore. 26I 4 monomeri dell’emoglobina nelle fasi di sviluppoNella vita di un individuo l’emoglobina non è la stessa. Distinguiamo una vitaembrionale, fetale, adulta.EMOGLOBINA NELLE VARIE FASI DI SVILUPPOVITA z e z a a e2 2 2 2 2 2EMBRIONALE GOWER

I PORTLAND GOWER IIVITA FETALE a g a b2 2 2 2Hb F (fetale)98% Hb A (adulta)1-2 %VITA ADULTA a b a g a d2 2 2 2 2 2Hb A (adulta)97-98% Hb F (fetale) Hb A21,5 % 2-3 %

L'emoglobina è un tetramero già nella vita embrionale, dove è costituito da 2 catene di tipo α, le catene sono di tipo ζ.

Nella vita fetale il gene delle catene α viene disattivato e viene attivato il gene ζ delle catene α. Alle catene α si associano delle catene α di tipo γ. Quindi troveremo un tetramero composto per il 98% da 2 catene α e 2 catene γ e il restante da emoglobina adulta (2 catene α e 2 catene β).

Al momento della nascita ci sarà un 50% di emoglobina fetale e 50% di emoglobina adulta.

Gia 4 mesi dopo la nascita troviamo l'emoglobina che troviamo in un individuo adulto, cioè composta 97% da emoglobina adulta, un 1% che rappresenta un retaggio dell'emoglobina fetale, e un 2% di un nuovo tipo di emoglobina di tipo α δ2.

2L'emoglobina fetale ha una funzione specifica. Il feto prende l'ossigeno attraverso la circolazione materna, strappandolo all'emoglobina materna, questo richiede che l'emoglobina fetale abbia un'affinità più alta di quella materna per l'O. Se quest'emoglobina persistesse nella vita adulta creerebbe problemi perché sarebbe riluttante a cedere O a livello capillare. Va ricordato che esistono circa 200 varianti di emoglobina adulta.

Cambiamento conformazionale dell'emoglobina. Il cambiamento conformazionale che garantisce all'emoglobina lo svolgimento della sua funzione di trasportatore deve essere indotto da qualcosa: il valore di pressione parziale dell'O. Una prova che ci dimostra che va incontro a cambi conformazionali è realizzata coi cristalli di emoglobina.

1. Si fanno scoppiare gli eritrociti in una soluzione ipotonica, liberando l'emoglobina;
2. Si centrifuga;
3. Quello che resta delle membrane

cell.(fantasmi) precipita, l'emoglobina rimane in soluzione;

4) Si tratta con Sali, solfato di ammonio;

5) Si mette in frigorifero per 24-48 ore e si formano i cristalli di emoglobina.

Se realizziamo questi in assenza di ossigeno vedremo che una volta esposti all'O i cristalli si frantumeranno proprio in seguito al cambio conformazionale da deossiemoglobina a ossiemoglobina.

Una molecola di emoglobina proveniente dai tessuti che ritorna a livello polmonare si trova in una conformazione a bassa affinità, ma la pre