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PROTEINE DI TRASPORTO Negli animali superiori il trasporto di O2 da parte di molecole ve5rici è una condizione imposta dalla BASSA solubiità dell’O2 in acqua. La sua efficacia è tale da portare la concentrazione di ossigeno nel sangue dai 5ml che sarebbero presenti per semplice solubilizzazione...

PROTEINE DI TRASPORTO Negli animali superiori il trasporto di O2 da parte di molecole ve5rici è una condizione imposta dalla BASSA solubiità dell’O2 in acqua. La sua efficacia è tale da portare la concentrazione di ossigeno nel sangue dai 5ml che sarebbero presenti per semplice solubilizzazione del gas a ben 250ml al litro L’emoglobina contenuta nei globuli rossi del sangue trasporta l’O2 dell’aria dai POLMONI ai TESSUTI. Grazie all’emoglobina la capacità di trasporto di un litro di sangue passa da 5 a 250ml di O2. L’Emogobina e la mIoglobina sono proteine conugate, cos=tuite cioè da una parte PROTEICA (la globina) e una parte PROSTETICA (l’Eme) che conferisce il =pico colore rosso del sangue. L’EME L’eme cos)tuisce il sito di legame con l’ossigeno, sia per la mioglobina sia per l’emoglobina. L’eme è una FERROPROTOPORFIRINA, un chelato dello ione ferroso (Fe2+) con la protoporfirina IX Le porfirine sono deriva, della PORFINA, composto ciclico formato da 4 anelli pirrolici lega, da pon, me,nici. Le protoporfirine si o>engono per sos,tuzione degli 8H con gruppi vari. I gruppi sos,tuen, sono: 4 me,li 2 vinili 2 propanoili Ques; gruppi possono avere 15 possibili combinazioni e formare quindi 15 possibili PROTOPORFIRINE La protoporfirina IX Nello spazio interno della protoporfina IX (spazio tetradentato) è sistemato uno ione ferroso Fe2+ legato a 4 azo= pirrolici da altreEan= legami coordina=vi. L'atomo di Fe ha 6 legami di coordinazione: 4 impegna) con gli atomi di N degli anelli tetrapirrolici dell'anello porfirinico, 1 impegnato con un atomo di azoto di una catena laterale di un atomo di His (is)dina), 1 impegnato nel legame dell'ossigeno; ques) ul)mi due legami di coordinazione sono perpendicolari al piano della porfirina. Gli atomi di N coordina) (che hanno un caraAere di donatori di eleAroni) impediscono la conversione del Fe(+2) dell'eme in Fe nello stato ferrico(+3). Il Fe2+ lega reversibilmente l'ossigeno, il Fe3+ non è invece in grado di legare l'ossigeno. Quando nella protoporfirina invece dello ione Fe2+ si sistema Fe3+ (ferrico) si ha l’EMINA , dotata di una carica posi,va e quindi esistente come ca,one La MIOGLOBINA La MIOGLOBINA Non dispone di legami –S-S- che conferiscono di solito compaEezza, tuPavia è una molecola estremamente compaPa perché stabilizzata da interazioni idrofobiche fra residui di AA APOLARI (valina, leucina, ecc.) all’interno della molecola. Sulla superficie ci sono invece AA POLARI che reagendo con l’acqua prevengono l’associazione con un’altra molecola di mioglobina, quindi è SOLUBILE IN ACQUA MA è IMPERMEABILE. MIOGLOBINA All’interno il ferro è legato con uno dei 6 legami coordina=vi ad un residuo di is=dina (Hys F8), chiamata ISTIDINA PROSSIMALE, l’altro legame lega una molecola di O2 nella mioglobina OSSIGENATA, mentre rimane libero in quella NON OSSIGENATA Qual è quindi la funzione della GLOBINA? 1. La funzione è quella di creare aPorno all’eme un ambiente rigorosamente IDROFOBICO tale da preservare il ferro nello stato ridoEo (fe2+) tale da rendere duraturo sebbene sia reversibile il legame con l’ossigeno. InfaP l’eme esposto all’acqua viene ossidato ad emina (fe3+) incapace di tenere legato l’ossigeno FUNZIONE MIOGLOBINA Trasferire l’ossigeno portato al muscolo dall’emoglobina alla citocromo ossidasi mitocondriale Per questo la mioglobina ha una affinità per l’ossigeno maggiore dell’emoglobina e minore della citocromo ossidasi mitocondriale. In altre parole l’emoglobina cede spontaneamente l’O2 alla mioglobina e questa alla citocromo ossidasi. Nello stesso tempo la mioglobina funge da deposito dll’O2 nelle fibre muscolari.  COME MIOGLOBINA…. All’interno il ferro è legato con uno dei 6 legami coordina=vi ad un residuo di is=dina (Hys F8), chiamata ISTIDINA PROSSIMALE, l’altro legame lega una molecola di O2 nella mioglobina OSSIGENATA, mentre rimane libero in quella NON OSSIGENATA Nell'emoglobina adulta vi sono due subunita' alfa e due subunita' beta. Le subunita' alfa sono cos:tuite da 141 aminoacidi e le subunita' beta da 146. Legame con la catena alfa: con l'is:dina in posizione 87 (is:dina prossimale) e un residuo is:dinico in posizione 58 deGo is:dina distale. Legame con la catena beta: legame prossimale con l'a.a in posizione 92 e distale con a.a in posizione 63 L' eme con:ene ferro in forma ferrosa Comportamento ALLOSTERICO OMOTROPO POSITIVO: il ligando (substrato) è l’OSSIGENO, questo legandosi induce modificazioni nella conformazione non solo della sub-unità che lo lega ma anche in quella più prossima, facilitando il legame con la successiva molecola di O2 PERCENTUALE DI SATURAZIONE: emoglobina e mioglobina svolgono due ruoli profondamente diversi una dall'altra: la prima preleva e trasporta l'ossigeno, la seconda invece lo preserva da deterioramento fino al suo utilizzo nella cellula. Le due molecole presentano di fatto curve di saturazione molto diverse MIOGLOBINA: presenta una curva di satura- zione molto ripida, anche a pressioni parziali molto basse la mioglobina risulta saldamente legata alla molecola di ossigeno.P50% = 1mmHg EMOGLOBINA: presenta invece una curva di saturazione molto meno ripida, risulta sa-tura unicamente a pressioni parziali di ossigeno molto elevate.P50% = 26mmH  PERCENTUALE DI SATURAZIONE: Questo grafico mostra molto bene la differenza a livello funzionale fra le due proteine: alivello venoso e capillare, dove la pressione parziale dell'ossigeno è molto bassa (da unapressione parziale in un muscolo a[vo di 10mmHg a una di 40 :pica del tessuto adiposo),l'emoglobina avrà difficoltà a traMenere l'ossigeno nella sua struGura, mentre la mioglobina, che già a 15mmHg risulta completamente satura, ci riuscirà perfeGamente; erquesto mo:vo l'ossigeno a livello :ssutale viene traGenuto dalla mioglobina che lo ricevespontaneamente dalla emoglobina Confrontando le due curve mioglobina (iperbolica) ed emoglobina (sigmoide) si può rilevare che la mioglobina ha una maggiore affinità per l’O2 rispeKo all’emoglobina) , questo si evince confrontando le percentuali di saturazione rispeAo alla pressione parziale. La mioglobina è saturata al 50% a pressione di 1mmHg mentre l’emoglobina a pressione di 26mmHg. TUTTO QUESTO HA UN SIGNIFICATO FISIOLOGICO FONDAMENTALE….. L’ossigeno nell’aria è presente al 20% ed esercita una pressione di 150mmHg; Nei polmoni la pressione diminuisce a 100mmHg sia per la presenza di CO2 sia per il suo mescolamento con l’aria presente negli alveoli più povera di O2. Nei capillari si abbassa ancora 90mmHg. A questa pO2 l’emoglobina è tuMa ossigenata, quindi nei tessu: periferici dove la pO2 è pù bassa 30mmHg l’emoglobina rilascia l’ossigeno. Nelle stesse condizioni la mioglobina rimane quasi tuGa ossigenata. Questo significa che se l’emoglobina avesse lo stesso comportamento della mioglobina cederebbe ai tessu) quan)tà irrilevan) di O2 e perderebbe la sua funzione di trasporto. La curva di saturazione della emoglobina è comprensibile completamente unicamente prendendo in considerazione il modo in cui il legame con l'ossigeno modifichi la molecola A livello molecolare questa proprietà è stata spiegata per l’esistenza di due sta= tridimensionali della molecola STATO RILASSATO (R) maggiore affinità STATO TESO (T) minore affinità. 1) L’affinità di Hb per O2 dipende dal pH Il pH del sangue nei polmoni è 7.6 e nei tessuti scende a 7.2 ALCALOSI: la saturazione in percentuale aumenta, quindi la molecola è saturaprima, ma difficilmente a pressioni parzialidi ossigeno basse rilascia la molecola. ACIDOSI: la molecola si comportain modo opposto, la sua saturazionediminuisce, la molecola tende a nonacquisire ossigeno e a rilasciarlo più facilmente. FISIOLOGICO: il livello di saturazioneè normale, funziona in ogni caso Alte [CO2] e [H+]sono caraGeris:che dei tessu: ad elevato metabolismocome il muscolo che si contrae A)Nei tessu) periferici una diminuzione del pH da 7,4 (curva rossa) a 7,2 (curva blu) determina il rilascio di O2nei capillari. Anche l’aumento della pressione parziale di CO2 da 0 a 40 mmHg(curva viola) favorisce il rilascio di O2 B)Nei capillari alveolari si ha l’effeGo opposto: l’aumento di [O2] fa staccare H+ e CO2. L’insieme di A) e B) si chiama EFFETTO BOHR VARIANTI FISIOLOGICHE Hb La Hb-E 0 Emoglobina embrionale è la forma prevalente dell’embrione umano dalla 4-10 se8mane comprendono: Gower (ζ2ε2), Gower II (α2ε2), e Portland (ζ2γ2), prodoGe nelle prime se8mane dal concepimento. La Hb-E (a2g2) 0 Emoglobina fetale è caraGerisIca del feto dal 3-9 mese. NON lega il 2,3 BPG quindi ha una AFFINITa’ per l’o2 maggiore rispeGo a quella adulta. Questo consente il passaggio dell’O2 dal sangue materno a quello fetale. La Hb-A1 (a2b2) cosItuisce più del 90% dell’emoglobina totale durante la vita postnatale. Insieme alla Hb-A2 (a2d2) presente al 2,5%. Variazioni FISIOLOGICHE delle catene cos)tuen) l’emoglobina nel sangue dell’uomo nelle varie fasi dello sviluppo intra-extra uterino La Hb-E (a2g2) - Emoglobina fetale Ma non è tuGo: ques: strani eritroci: risultano meno resisten: e dunque, oltre a provocare anemia, possono ostruire i vasi capillari e causare trombosi. Inoltre, qualsiasi a[vità che compor: una richiesta di ossigeno può peggiorare la situazione, poiché i globuli rossi non riescono a soddisfarne la domanda. Il mancato trasporto di ossigeno nelle quan)tà indispensabili per l'organismo e la formazione di coaguli nei vasi scatenano la comparsa di intensi dolori addominali e il respiro affannato.  Si traEa di una malaPa gene=ca che per manifestarsi necessita l'omozigosi recessiva. I figli devono ricevere il gene anomalo da entrambi i genitori I portatori manifestano una forma "blanda" di anemia. I mala: hanno crisi dolorose post-sforzo, fiato corto, sta: confusionali, debolezza e problemi cardiaci. L'Hb è la metà del valore normale (15 g/100 mL).