Emoglobina

Emoglobina

Valore normale di emoglobina nel sangue:          15-16 g per 100 ml

Costituita da:

parte proteica(globina)costituita da 4 catene polipeptidiche:        2 catene a da 141 residui

2 catene b da 146 residui

le catene a e b contengono tratti di a-elica separati da ripiegamenti

ci sono pochi contatti  tra le catene a o tra le catene b,ma molti contatti che tengono insieme le coppie a₁b₁ e a₂b₂

4 Gr prostetici eme(uno per catena polipeptidica)con ciascuno un atomo di ferro allo stato ferroso [Fe(II)]

ciascun Gr eme è nascosto in una tasca contenente Gr R idrofobici:l'atomo di ferro allo stato ferroso[Fe(II)] al centro del Gr eme ha 6 legami di coordinazione di cui 4 nel piano della molecola organica anulare di protoporfirina con cui si lega a quest'ultima e 2 perpendicolari al piano della protoporfirina:uno è legato all'atomo di azoto di un residuo di istidina della catena polipeptidica in posizione 93,l'altro è il sito che lega una molecola di O₂

Avvelenamento da CO(monossido di carbonio)

La CO si lega circa 200 volte più saldamente dell'O₂ al legame aperto del Fe del Gr eme e quindi può competere con esso dando luogo a carbossiemoglobina e provocando quindi inibizione al trasporto di O₂ ai tessuti

Curve di saturazione da ossigeno esprimono la percentuale dei siti totali leganti ossigeno di una data proteina(emoglobina o mioglobina)che sono occupati dalle molecole di ossigeno quando soluzioni di queste proteine si trovano in equilibrio con differenti pressioni parziali di ossigeno nella fase gassosa

Pressione di O₂ nel sangue venoso: tra 10-40 mm di Hg

Pressione di O₂ nel sangue arterioso:                   tra 90-100 mm di Hg(a livello dei polmoni)

Pressione muscolo sotto sforzo                              10 mm di Hg

Pressione muscolo a riposo  40 mm di Hg

Più è bassa la percentuale di saturazione,più sarà l'ossigeno rilasciato alle varie pressioni

La pressione in mm di Hg di O₂ è indice della sua concentrazione locale

La mioglobina ha un'affinità molto alta per l'ossigeno che è rappresentata da una curva di saturazione iperbolica compatibile con la sua proprietà di conservare l'ossigeno nei muscoli

La curve iperbolica è data dal fatto che la mioglobina possiede solo un Gr eme può legare solo una molecola di ossigeno e quindi è immediatamente saturata

Saturata per il 50% a 1-2mm di Hg di O₂

Saturata per il 95%(max) da 10 a 100 mm di Hg di O₂

Saturata per il 90% a 10mm di Hg(muscolo sotto sforzo)

Saturata per il 95% a 40mm di Hg(muscolo a riposo)

Si deduce che la mioglobina scarica pochissimo O₂ anche a pressioni parziali di O₂ molto basse

L'emoglobina ha un'affinità variabile per l'ossigeno che è rappresentata da una curva di saturazione sigmoide compatibile con la sua proprietà di legare ossigeno nei polmoni e rilasciarlo nei tessuti periferici

La curva sigmoide è data dal fatto che l'affinità dell'emoglobina nel legare la prima molecola di O₂ è molto bassa e attiva un meccanismo di interazioni cooperative positive(possibile solo in proteine oligomeriche) che accrescono l'affinità per l'ossigeno dei restanti 3 Gr eme.

Saturata per il 50% a 26mm di Hg di O₂

Saturata per il 95%(max) da 95 a 100 mm di Hg di O₂

Saturata per il 10% a 10mm di Hg(muscolo sotto sforzo)

Saturata per il 75% a 40 mm di Hg(muscolo a riposo)

Interazioni cooperative

Cooperatività positiva:il legame di un ligante(molecola specifica) con una subunità dell'oligopolipeptide accresce la probabilità che ulteriori liganti vengano legati da altre subunità

Cooperatività negativa: il legame di un ligante(molecola specifica) con una subunità dell'oligopolipeptide diminuisce la probabilità che ulteriori liganti vengano legati da altre subunità

Effetto Bohr

L'emoglobina,oltre a trasportare ossigeno dai polmoni ai tessuti,trasporta il 20% del totale di due prodotti terminali della respirazione tissutale(H⁺ e CO₂)dai tessuti ai polmoni e ai reni per l'escrezione di questi.

Nelle cellule gli alimenti organici vengono ossidati dai mitocondri utilizzando l'ossigeno portato dai polmoni dall'emoglobina---si forma H₂O e CO₂ come prodotto di rifiuto del processo di ossidazione---la CO₂ viene idratata a H₂CO₃(acido debole)---si dissocia in H⁺ e HCO₃^-(bicarbonato)---l'aumento di concentrazione degli ioni H⁺ porta ad un'abbassamento del pH---a pH basso e ad alta concentrazione di CO₂ l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno diminuisce---l'emoglobina rilascia  ossigeno nei tessuti e lega ione H⁺ e CO₂ riportando pH e concentrazioni di CO₂ allo stato ottimale per lo svolgimento dei processi ossidativi---giunta nei polmoni dove la concentrazione di O₂ è alta,verrà rilasciato H⁺ e CO₂ e legato nuovamente O₂

Siti di legame emoglobina:

per O₂ : sesto legame di coordinazione dell'atomo di Fe del Gr eme---deossiemoglobina

per H⁺ : Gr R dei residui di istidina 146 nelle catene b ed a due altri residui nelle catene a

per CO₂:legame aminoterminale di ciascuna delle 4 catene polipeptidiche--carbaminoemoglobina

ogni emoglobina le:4 molecole di O₂,H⁺ e CO₂

Variazione struttura quaternaria:quando l'ossigeno è legato  ai Gr eme della deossiemoglobina (emoglobina senza O₂) le metà a₁b₁ e a₂b₂ della molecola,rimanendo comunque rigide,cambiano leggermente la loro posizione reciproca e si chiudono--ne risulta che l'ossiemoglobina(emoglobina con O₂) ha una struttura + compatta e cavità centrale + piccola;i due eme a si avvicinano e i 2 eme b si allontanano reciprocamente---questa modificazione porta i residui leganti H⁺ nelle catene a e b da un ambiente idrofilo a uno idrofobo e a diventare quindi acidi + forti con maggiore tendenza a perdere i loro H⁺ ---ciò spiega l'effetto Bohr di rilascio di ioni H⁺ nei polmoni dove la concentrazione di O₂ è maggiore

2,3-difosfoglicerato(DPG)

riduce notevolmente l'affinità dell'emoglobina per l'O₂ legandosi a ponte tra le due subunità  a₁b₁ e a₂b₂ nella cavità centrale aperta rivestita da Gr R carichi positivamente

L'emoglobina lega una sola molecola di DPG contro le 4 di O₂,CO₂ e H⁺

Il legame DPG-emoglobina è in relazione alla pressione parziale di ossigeno nei polmoni:

spostamento da livello del mare(pressione parziale maggiore)ad altitudini elevate(pressione parziale minore)---aumento DPG legata a emoglobina---affinità di legame per O₂ diminuisce---l'emoglobina rilascia O₂ più rapidamente

spostamento da altitudini elevate(pressione parziale minore)a livello del mare(pressione parziale maggiore)---diminuzione DPG legata a emoglobina---affinità di legame per O₂ aumenta---l'emoglobina rilascia O₂ più lentamente