Proteine globulari: mioglobina ed emoglobina

Proteine globulari e la loro struttura tridimensionale

Sono chiamate così perché la loro struttura tridimensionale ha forma sferica grazie alle catene polipeptidiche che si avvolgono l'una sull'altra: così gli amminoacidi idrofobici si trovano rivolti verso l'interno e quelli idrofili verso l'esterno, dando alle proteine proprietà idrofile. Come strutture secondarie hanno sia α-eliche che β-foglietti. Le proteine globulari sono rappresentate dagli enzimi, le immunoglobuline, le proteine di trasporto e regolatrici. Fra le proteine globulari troviamo la mioglobina e l'emoglobina, appartenenti alla famiglia delle globine. La mioglobina è deputata a legare l'ossigeno nei tessuti muscolari per facilitarne la diffusione, per questo motivo è molto abbondante in quegli animali che devono immagazzinare ossigeno per immersioni in acqua prolungate (foche, balene). Ha una singola catena polipeptidica di 153 amminoacidi ripiegata ad α-elica; questi amminoacidi sono.

legato al ferro che viene rilasciato da esso (ciò avviene principalmente nell'emoglobina). Nella miosina, oltre ad avere amminoacidi idrofobici, vi sono 2 residui idrofili (polari) che sono l'istidina prossimale e l'istidina distale, fondamentali per il legame del ferro con l'ossigeno (O2). L'istidina prossimale o His F8, è legata covalentemente all'atomo di ferro, mentre l'istidina distale o His E7 si trova al lato del gruppo eme dove può legarsi con l'ossigeno, ma non col ferro. Quando l'eme è inserito nella tasca idrofobica, l'istidina distale, formando un legame idrogeno con l'O2, ostacola il legame O=C al ferro dell'eme: questo è un processo molto importante in quanto il monossido di carbonio CO è prodotto dal nostro metabolismo ma è comunque tossico, per cui la sua formazione deve essere bloccata. Senza l'His E7 il CO avrebbe un'affinità di 20.000 volte

Verso l'eme, che invece grazie alla sua presenza viene abbassata asole 200 volte.

Emoglobina

Quasi tutto l'ossigeno che viaggia nel corpo è legato all'emoglobina, situata negli eritrociti o globuli rossi, delle cellule biconcave; gli eritrociti hanno perso gli organelli citoplasmatici in seguito all'evoluzione e per questo sono incapaci di replicarsi, infatti sopravvivono nell'organismo solo per 120 giorni circa.

L'emoglobina ha il compito di trasportare l'ossigeno nel sangue dai polmoni ai tessuti periferici (a differenza della mioglobina che lo trasporta solo nei muscoli). Quando l'ossigeno arriva ai polmoni l'emoglobina nel sangue arterioso ne è satura al 96 %, mentre nel sangue venoso, cioè quello che arriva al cuore, ne è satura solo al 64%. L'emoglobina è una proteina tetrametrica, vale a dire che è formata da 4 catene polipeptidiche, nell'emoglobina A degli adulti ne troviamo due.

α da 141 residui ciascuna e due β da 146 residui ciascuna, che le danno una forma quasi sferica. Per ciascuna subunità vi è un gruppo eme (4 in totale). L'emoglobinaha due differenti conformazioni: stato R o rilassato e stato T o teso. Nella conformazione R si avrà un'ossiemoglobina, cioè un'emoglobina legata all'ossigeno mentre nella conformazione T dove l'emoglo​ binanon si lega all'ossigeno si avrà una deossiemoglo​ bina. La forma T è stabilizzata da ponti salini (legamiionici) e per poter passare allo stato R si rompono questi ponti. L'ossigeno ha una maggiore affinità per lostato R che si forma quando alla proteina in stato T viene aggiunto l'ossigeno.Proteine allostericheL'emoglobina è una proteina allosterica, vale a dire una proteina in cui il legame di un modulatore (oligando) a un sito modifica le proprietà di un altro sito sulla stessa molecola proteica;

ciò modifica anche la conformazione della proteina stessa. I siti prendono il nome di siti di regolazione e siti funzionali. Quindi i modulatori si legano ai siti regolatori e inducono la modificazione della conformazione della proteina che si trasmette al gruppo funzionale. Esistono due tipi di modulatori: positivo, se legandosi al sito funzionale rende la proteina funzionalmente attiva, o negativo, se legandosi al sito funzionale rende meno attiva o completamente inattiva la proteina. Nelle proteine allosteriche una particolare proprietà che permette loro di attivare i siti funzionali è la cooperatività: l'attività di un sito funzionale influenza l'attività degli altri siti funzionali. Più precisamente, il primo legame dell'ossigeno col primo gruppo eme facilita i legami successivi, come fosse una reazione a catena. Solo nell'emoglobina vi è una cooperatività, mentre nella mioglobina dove c'èsintesi proteica avviene nel citoplasma e coinvolge diversi passaggi: la trascrizione del DNA in RNA messaggero (mRNA), la traduzione dell'mRNA in una catena polipeptidica e infine il ripiegamento della catena polipeptidica per formare la proteina funzionale. Durante la traduzione, l'mRNA viene letto dai ribosomi, che sintetizzano la catena polipeptidica aggiungendo un amminoacido alla volta. Gli amminoacidi sono i mattoni fondamentali delle proteine e sono collegati tra loro da legami peptidici. Una volta completata la sintesi della catena polipeptidica, questa può subire modificazioni post-traduzionali come l'aggiunta di gruppi chimici o il taglio di parti della catena. Queste modificazioni sono importanti per la funzionalità e la localizzazione della proteina. Infine, la proteina viene indirizzata alla sua destinazione cellulare, che può essere il citoplasma, il nucleo, la membrana plasmatica o altre strutture cellulari. Questo avviene grazie a segnali di localizzazione presenti nella sequenza di amminoacidi della proteina. In conclusione, la sintesi proteica è un processo complesso che coinvolge diversi passaggi e regolazioni per garantire la corretta formazione e funzionalità delle proteine all'interno delle cellule.

CO2 viene idratata a bicarbonato tramite la reazione:​

CO2 + H2O = H+ + HCO3-

Questa reazione è catalizzata dall'anidrasi carbonica e da qui poi gli ioni H+ liberati stabilizzano l'adeossiemoglobina:

H+ + HbO2 = HHb + O2+

Liberando molti ioni H+, il pH si abbassa e la curva di saturazione dell'emoglobina si sposta a destra. Quindi l'emoglobina ha una minore affinità per l'ossigeno. Questo effetto, che mette in relazione pH, ossigeno, CO2 ed emoglobina, è detto effetto Bohr.

L'equilibrio della reazione dell'emoglobina con l'O2 è rappresentato dalla reazione:

Hb + O2 = HbO2

Il 2,3-bifosfoglicerato abbassa l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. Un'altra reazione che descrive il rapporto fra emoglobina e ossigeno in base alla presenza di 2,3-bifosfoglicerato è:

HBPG + O2 = HbO2 + BPG

Un esempio di azione del BPA lo si ha in alta montagna dove...

c'è bassa pressione: l'aumento della concentrazione del BPG negli eritrociti consente un uguale trasporto di ossigeno ai tessuti periferici. Il BPG stabilizza lo stato T dell'emoglobina, mentre in assenza di esso, è lo stato R a stabilizzarsi di più. Un altro ruolo importante del BPA si ha nell'emoglobina fetale HbF che lo lega meno saldamente dell'HbA, e quindi l'O2 può essere trasferito più facilmente dalla madre al feto.