proteine e enzimi

Dipendenza delle rette descritte

Le Proteine

determina una modificazione conformazionale che viene comunicata alle subunità adiacenti, rendendo più facile l'interazione con altre molecole di ossigeno. Si ha quindi la transizione dallo stato T a R, stato che presenta la massima affinità per il ligando.

Per spiegare l'interconversione dello stato T e R dell'emoglobina sono stati proposti due modelli: simmetrico e sequenziale. Quindi l'emoglobina è una proteina allosterica. Questa parola deriva dal greco allos (altro) e stereos (sito).

In una proteina allosterica, il legame del ligando ad un sito specifico viene influenzato dal legame di un altro ligando, detto effettore o modulatore, a livello di siti diversi nella proteina. Se i ligandi sono identici, il fenomeno viene detto effetto omotropico, mentre se i ligandi sono diversi, viene detto effetto eterotropico.

L'emoglobina presenta sia effetti omotropici che eterotropici:

• Il legame dell'ossigeno all'emoglobina determina un...

effetto omotropico positivo in quanto aumenta l'affinità dell'emoglobina per l'O₂ + la CO, l'H e il BPG sono modulatori eterotropici negativi del legame dell'O₂ all'emoglobina, in quanto diminuiscono la sua affinità per l'O₂ (negativi) e sono chimicamente diversi dalla stessa O₂ (eterotropici).

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Il 2,3-bisfosfoglicerato

La funzione dell'emoglobina è regolata anche dal 2,3-bisfosfoglicerato (BPG), il quale è presente in alte concentrazioni nei globuli rossi.

Lo stato T dell'emoglobina è molto instabile, tanto da spostare fortemente l'equilibrio verso lo stato R, non permettendo così il rilascio dell'ossigeno in condizioni fisiologiche.

Risulta quindi necessario l'intervento di un meccanismo che stabilizzi lo stato T.

Ciò è dato dal 2,3-bisfosfoglicerato (BPG). Questo composto fortemente anionico è presente nei globuli rossi ad una concentrazione di 5

millimolare a livello del male, approssimativamente pari a quelladell'emoglobina.Il 2,3-bisfosfoglicerato influenza fortemente l'andamento sigmoide della curva di saturazione dellamioglobina: se si eliminasse completamente il 2,3-BPG dagli eritrociti, la curva di saturazionedell'emoglobina si avvicinerebbe ad una curva iperbolica.In assenza di 2,3-BPG l'emoglobina sarebbe infatti un trasportatore di ossigeno estremamente inefficiente,poiché sarebbe in grado di rilasciare nei tessuti soltanto l'8% del suo carico di ossigeno.Il 2,3-bisfosfoglicerato, essendo una molecola con molte cariche negative, si lega all'emoglobina a livello delcanale centrale che decorre lungo tutta la molecola. Questo canale è caratterizzato dalla presenza di moltiresidui con cariche nette positive al pH fisiologico. Si lega una molecola di bisfosfoglicerato ogni tetramerodi emoglobina.L'effetto Bohr +I tessuti a rapido metabolismo, come il muscolo in contrazione,

producono ioni idrogeno (H⁺) e biossido dicarbonio (CO₂) in notevole quantità. L'emoglobina è in grado di rispondere prontamente a livelli elevati di questi due composti, in modo da rilasciare più ossigeno proprio dove ve ne è più bisogno.

Lo ione idrogeno e il biossido di carbonio sono effettori allosterici, che si legano alla emoglobina in siti distinti dai siti di legame dell'ossigeno.

L'azione esercitata dai protoni e dall'anidride carbonica sull'affinità dell'ossigeno per l'emoglobina, va sotto il nome di effetto Bohr, dal nome del fisico danese Christian Bohr, che per primo lo descrisse nel 1904.

L'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno diminuisce al diminuire del pH, a partire dal valore fisiologico di 7,4. Più l'emoglobina raggiunge distretti in cui il pH è basso, più la sua tendenza a rilasciare ossigeno aumenta.

Per esempio, il trasporto

Dell'ossigeno dai polmoni, dove il pH è 7,4 e la pressione parziale dell'ossigeno è di 100 mmHg, al muscolo in contrazione, dove il pH è 7,2 e la pressione parziale dell'ossigeno è 20 mmHg, produce un rilascio di ossigeno pari al 77% della capacità di trasporto totale. Se non vi fosse variazione di pH, la capacità di trasporto si ridurrebbe al 66%.

Gli ioni H non si legano allo stesso sito a cui si lega l'ossigeno (il gruppo eme), ma interagiscono con le catene laterali di alcuni residui amminoacidici delle proteine. La formazione di questi legami stabilizza lo stato T, favorendo in tal modo il rilascio dell'ossigeno.

Il biossido di carbonio, invece, è in grado di attraversare la membrana del globulo rosso e penetrare nella cellula. La CO favorisce il rilascio dell'ossigeno mediante due meccanismi:

1. La presenza di elevate concentrazioni di biossido di carbonio provoca una diminuzione del pH nei globuli

rossi: la CO reagisce con l'acqua all'interno degli eritrociti e forma acido carbonico H₂CO₃. L'acido carbonico, essendo moderatamente acido, si dissocia per formare HCO₃- e H⁺. Ne deriva un abbassamento del pH, che stabilizza lo stato T dell'emoglobina.

Il secondo meccanismo comporta un'interazione diretta tra il biossido di carbonio e l'emoglobina, che stimola il rilascio dell'ossigeno. La CO stabilizza la deossiemoglobina (stato T) reagendo con i gruppi amminoterminali e formando 2 residui di carbammato carichi negativamente. Questo processo costituisce anche un meccanismo per il trasporto del biossido di carbonio, ma solo per il 14% della CO totale trasportata.

La maggior parte della CO raggiunge i polmoni sotto forma di HCO₃, all'interno degli eritrociti.

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Emoglobinopatie

Diversi tipi di emoglobine

Le principali emoglobine fisiologiche sono:

• emoglobina A, contenuta nei globuli rossi di un uomo adulto formato da due

catene α e due catene β- emoglobina F, che è sintetizzata durante la vita fetale ed è composta da due catene α, e due catene γ- emoglobina A , che è formata da due catene α e due catene δ2- le emoglobine embrionali, o fetali, che sono la Gower I, formata da quattro catene ε, e la Gower II,costituita da due catene α e due catene ε. Le catene α, β, γ, δ delle emoglobine umane hanno sequenze amminoacidiche simili, e condividono proporzioni di sequenze interamente identiche:

• catene α e γ 39%
• catene α e β 42%
• catene β e γ 71%
• catene β e δ 96%

Oltre a quelle elencate si conoscono numerosi altri tipi di emoglobine, nelle quali si hanno alterazioni nella sequenza amminoacidica di una delle quattro catene polipeptidiche da cui è composta la molecola emoglobinica. Queste emoglobine anomale sono responsabili di quadri morbosi più o

Meno complessi. Le malattie che ne derivano vengono definite emoglobinopatie. Queste osservazioni hanno portato al concetto di malattia molecolare secondo cui la formazione di una molecola diversa dal normale per caratteristiche chimico-fisiche, può determinare alterazioni più o meno gravi nelle funzioni che deve svolgere. Queste anormalità ereditarie o acquisite possono essere causate da:

• modifiche del gene che controlla la biosintesi della globina
• sostituzione di un amminoacido con un altro, all'interno della struttura primaria delle catene globiniche
• sostituzione di intere catene, in questo caso la mutazione riguarda il gene regolatore piuttosto che il gene strutturale

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Anemia falciforme

La presenza di una emoglobina anormale fu descritta per la prima volta da un medico di Chicago di nome Herrick che visitò un giovane studente di 20 anni ricoverato per febbre, tosse, debolezza, vertigini e mal di testa. Dall'esame clinico

risultò che il paziente aveva avuto uno sviluppo pressoché normale. L'esame del sangue evidenziò però che egli era fortemente anemico.

OSSERVATA	VALORI NORMALI	Differenze
Conta eritrociti	2,6*10^6 /ml	4.6-6.2*10^6 /ml
Contenuto emoglobina	8g/100ml	14-18g/100ml
Conta leucociti	15,250/ml	4000-10000/ml
Ossiemoglobina	7,09	6,87	0,22
Deossiemoglobina	6,91	6,68	0,23

In questa tabella sono riportati i valori normali per quanto riguarda alcuni parametri clinici e i valori osservati nel paziente. I valori degli eritrociti osservati nel giovane paziente sono la metà del normale e anche il contenuto in emoglobina all'interno dei globuli rossi, che normalmente è di circa 315 g per 100 millilitri, era notevolmente inferiore. Il medico inoltre, descrisse la presenza nel sangue di questo paziente di globuli rossi con forma anomala, allungata, sottile, a forma di falce e per quest...