EMOGLOBINA : TRASPORTO DELL’OSSIGENO.

La transizione dalla vita anaerobica alla vita aerobica rese disponibile una grande riserva di energia.

In presenza di O2 è possibile estrarre dal glucoso una quantità di energia 18 volte maggiore, ed è possibile usare come fonte di energia anche lipidi e protidi.

I vertebrati hanno selezionato dei meccanismi per rifornire in modo adeguato tutte le cellule di O2 :

-- Un sistema circolatorio, indispensabile per organismi di dimensioni maggiori di un mm3.-- Molecole trasportatrici di ossigeno che permettono di aumentare la solubilità nell’acqua del gas (1 l di H2O solubilizza 5 ml di O2 , 1 l di sangue 250 ml) e di ridurre la produzione dei radicali liberi dell’ossigeno,molto dannosi per tutte le molecole biologiche.

CROMOPROTEINE

- Emoglobina

- mioglobina

- citocromi

- enzimi eminici

MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA SONO

PROTEINE CONIUGATE COSTITUITE

DA UNA PARTE PROTEICA (GLOBINA) E

DA UN GRUPPO PROSTETICO

(FERROPROTOEME) CHE E’

ALLOGGIATO IN UNA TASCA DELLA

GLOBINA E CHE LEGA

REVERSIBILMENTE L’OSSIGENO

LA MIOGLOBINA E’ UNA PROTEINA

MONOMERICA COSTITUITA DA UNA

SINGOLA CATENA POLIPEPTIDICA

LEGATA AD UN SINGOLO GRUPPO

EME

L’EMOGLOBINA E’ UNA PROTEINA

TETRAMERICA COSTITUITA DA

QUATTRO CATENE POLIPEPTIDICHE

CIASCUNA LEGATA AD UN GRUPPO

EME

LA MIOGLOBINA E’ COSTITUITA DA UNA CATENA DI 153 AMMINOACIDI (STRUTTURA PRIMARIA) CHE SI

SVILUPPA NELLO SPAZIO FORMANDO OTTO ELICHE (STRUTTURA SUPERSECONDARIA) ORGANIZZATE IN

UN UNICO DOMINIO (STRUTTURA TERZIARIA)

L’EMOGLOBINA HA UNA STRUTTURA QUATERNARIA. CONTIENE 4 CATENE GLOBINICHE: 2 (CON 141 AMMINOACIDICI) RIPIEGATE IN 7 REGIONI AD -ELICA) E 2 (CON 146 AMMINOACIDI) RIPIEGATE IN 8 REGIONI AD -ELICA). A CIASCUNA CATENA GLOBINICA E’ LEGATO UN FERROPROTOEME

IL GRUPPO EME ORIGINA DALLA PORFINA

IL FERROPROTOEME DERIVA DALLA PROTOPORFIRINA IX

L’OSSIGENO SI LEGA REVERSIBILMENTE AL FERRO DELL’EME

Il Fe (allo stato ferroso) forma sei legami di coordinazione:4 con gli N dell’anello porfirinicoIl 5° con l’His F8Il 6° con l’O2

COMPLESSO DELL’EME NELLA

MIOGLOBINA

STRUTTURA DELLA MIOGLOBINA

Le strutture della mioglobina, delle catene e di tutte le catene delle Hb di tutti i vertebrati sono molto simili nella struttura terziaria, anche se le strutture primarie sono differenti:LA CONFORMAZIONE E’ RESPONSABILE DELLA FUNZIONE

RUOLO DELLA GLOBINACrea un ambiente idrofobico che impedisce l’ossidazione del Fe++ a Fe+++;

His E7 (distale) diminuisce l’affinità del CO da 25.000 volte maggiore dell’O2 a solo 210 volte

L’Hb è un tetramero

Deossi Hb

Ossi Hb

Durante la vita si susseguono diverse emoglobine

Emoglobine embrionali Hb

Emoglobina fetale HbF

Emoglobine dell’adulto HbA

HbA2dell’emoglobina totale)

L’Hb è un tetramero in cui ogni subunità ha una struttura tutta ad -elica.

I contatti tra le subunità - sono di due tipi:

-- Le associazioni e sono contatti estesi ed importanti per l’impacchettamento delle subunità (non si modificano quando l’Hb lega l’O2).

-- Le regioni di contatto e sono chiamate regioni di scorrimento

Ponti salini tra subunità differenti della Hb. Sono interazioni elettrostatiche, non covalenti, che vengono rotte in seguito all’ossigenazione.

Curve di saturazione della Mb e della Hb

p50 Hb = 26 torr

p50 Mb = 2,8 torrpO2 = pressione parziale di O2 YO2 = saturazione frazionale

Il legame dell’effettore alle subunità non avviene in maniera indipendente perché l’affinità dei singoli protomeri verso lo stesso effettore può essere diversa (aumentata o diminuita) in relazione allo stato della conformazione quaternaria dell’enzima.

L’effetto cooperativo deriva dalle interazioni tra protomeri.

EFFETTO COOPERATIVO

EFFETTO COOPERATIVO POSITIVO

L’affinità dell’oligomero verso l’effettore aumenta quando una o più subunità dell’oligomero stesso hanno già legato l’effettore.

EFFETTO COOPERATIVO NEGATIVO

L’affinità dell’oligomero verso l’effettore diminuisce quando una o più subunità dell’oligomero stesso hanno già legato l’effettore.

La maggior parte degli enzimi allosterici sono regolati dallo stesso substrato con effetto omotropico positivo, cooperativo positivo.

Modifiche conformazionali dell’Hb conseguenti all’ossigenazione

Blu forma T deossiHbRossa forma R ossiHb

Movimenti dell’interfaccia durante la transizione T R

MODELLO SIMMETRICO DI MONOD

MODELLO SEQUENZIALE DI KOSHLAND

EFFETTORI ALLOSTERICI NEGATIVI

-pH

-CO2

-2,3 bisfosfoglicerato

EFFETTO BOHR

L’affinità dell’Hb per l’O2 aumenta all’aumentare del pH.

TRASPORTO CO2

Ruolo dell’Hb nel trasporto

della CO2

Effetto del BPG e della CO2 sulla curva di dissociazione dell’Hb

Il BPG è presente nel sangue alla stessa [Molare] della Hb.In assenza di BPG la p50 dell’Hb è 1 torr. In presenza di BPG sale a 26 torr. Quindi abbassa l’affinità dell’Hb di 26 volte.

L’EMOGLOBINA FETALE CONTIENE DUE

CATENE E DUE CATENE

LE CATENE LEGANO IL

2,3-DIFOSFOGLICERATO MENO

SALDAMENTE DELLE DUE CATENE

CINETICA DI OSSIGENAZIONE DELL’EMOGLOBINA FETALE

EMOGLOBINA S

ANEMIA A CELLULE FALCIFORMI

L’EMOGLOBINA S DIFFERISCE

DALL’EMOGLOBINA NORMALE

PERCHE’ NELLE CATENE (IN

POSIZIONE 6) AL POSTO DELL’ACIDO

GLUTAMMICO E’ PRESENTE LA

VALINA

La polimerizzazione della HbS attraverso le interazioni tra le catene laterali idrofobiche delle Val in posizione 6 e le tasche idrofobiche nei ripiegamenti EF delle

catene in molecole adiacenti di Hb

Ossi HbA Deossi HbA Ossi HbS Deossi HbS La deossiHbS polimerizza formando dei filamenti

FORMAZIONE DI FIBRE DI DEOSSIEMOGLOBINA A CAUSA DELLA VALINA MUTATA

FORMAZIONE DI FIBRE DI DEOSSIEMOGLOBINA

ERITROCITI NORMALI

ERITROCITI A FALCE