MIOGLOBINA E EMOGLOBINA

Question 1

Cos’è la mioglobina?

Answer 1

Proteina a struttura terziaria costituita da un’unica catena polipeptidica lunga circa 145 aa. È molto ricca di alfa-eliche e si trova principalmente nei muscoli. Appartiene alla famiglia delle globine, cioè la famiglia di proteine che legano l’ossigeno. Questa proteina ha un esterno idrofilico e un interno idrofobico, in cui c’è una tasca che contiene il gruppo eme (gruppo prostetico).
La mioglobina è considerata un immagazzinatore di ossigeno, in quanto non si svuota mai completamente da esso.

Question 2

Com’è fatto il gruppo eme?

Answer 2

È dato da una protoporfirina-9.
È una molecola planare data da un sistema aromatico costituito da 4 anelli pirrolici condensati, a cui si legano 2 gruppi propionato, 4 gruppi metilici e 2 gruppi vinilici. È presente una simmetria di disposizione di questi gruppi nella molecola. Questa proporfirina-9 lega uno ione Fe2+ (ferro ferroso).
Il gruppo eme è attaccato all’istidina in posizione 5, non è libero di muoversi. Il ferro dell’eme è attaccato alla porzione proteica mediante un legame dativo di un residuo di istidina. Questa istidina si definisce PROSSIMALE.

Question 3

Qual è il ruolo dell’istidina prossimale?

Answer 3

Tenere fissato il gruppo eme alla proteina.

Question 4

Dove si lega l’ossigeno nella mioglobina e emoglobina?

Answer 4

L’ossigeno si lega nella sesta posizione di coordinazione del Fe2+ che è dalla parte opposta rispetto al piano dell’eme.

Question 5

Qual è il ruolo dell’istidina distale?

Answer 5

Non lega L’eme e si trova lì per fare ingombro sterico, così che l’affinità per il monossido di carbonio diminuisca. Il legame con il CO risulta piegato e questo favorisce una destabilizzazione in quanto la sovrapposizione degli orbitali non è così efficace. Ricordiamo che l’affinità per il monossido di carbonio è molto elevata. Le due istidine sono da parti opposte del piano dell’eme.

Question 6

Parla dell’affinità per il CO

Answer 6

Quando è presente eme libero con monossido di carbonio notiamo che ha un’affinità elevatissima per esso. Questo significa che se è presente anche solo una molecola di CO e 25.000 molecole di O2 L’eme legherà il CO. Quando invece L’eme è nella proteina l’affinità è minore, seppur sempre elevata, ma dipende anche dalla concentrazione di ossigeno. Infatti se c’è molto più ossigeno che CO andrà a legarsi più probabilmente con l’O2.
La mioglobina legata al CO non è più in grado di legare O2 perchè il legame è irreversibile.

Question 7

Cosa succede quando il Fe2+ si ossida?

Answer 7

Se il Fe2+ legato all’emoglobina e alla mioglobina si ossida e diventa Fe3+ (ferro ferrico) l’ossigeno legato si riduce ad acqua. Quindi il ferro ferrico non trasporta ossigeno e non è funzionale. Nel nostro organismo c’è una piccola parte di emoglobina ossidata, la Met-Emoglobina, che non è funzionale e indica un forte stato di stress ossidativo.

Question 8

Cos’è l’emoglobina?

Answer 8

Proteina a struttura quaternaria costituita da quattro subunità, due alfa e due beta, che tra di loro si differenziano per la sequenza di amminoacidi, ma appartengono tutte alla famiglia delle globine. Questo significa che si assomigliano molto fra di loro, sia nel ripiegamento che nel tipo di amminoacidi. Le quattro subunità instaurano tra loro dei legami deboli. La funzione dell’emoglobina è quella di trasportare ossigeno, infatti si carica e si scarica completamente.

Question 9

Quali sono le due caratteristiche importanti delle subunità dell’emoglobina?

Answer 9

L’Hb in quanto proteina tetramerica possiede quattro siti dell’eme e ciascuno di essi è equivalente e non indipendente dagli altri. Equivalente significa che i siti attivi sono identici; non indipendenti significa che ciò che accade in un sito si trasmette all’intera molecola.

Question 10

Cos’è un cluster di geni?

Answer 10

È un gruppo di porzioni di DNA che codificano per la stessa proteina o per proteine simili tra loro. Nell’essere umano il cluster di geni che codifica per le globine è sul cromosoma 11 e sul cromosoma 16.
Osservando le sequenze delle globine e le somiglianze è possibile affermare che derivano da un progenitore ancestrale comune.

Question 11

Parla dell’emoglobina adulta.

Answer 11

L’emoglobina adulta esiste in diverse forme, per il 98% è in forma α2β2 e per il restante 2% è in forma α2δ2 che è molto simile e non ha influenza sulle proprietà di scambio di ossigeno.

Question 12

Come è strutturato il grafico della curva di associazione/dissociazione?

Answer 12

È un grafico che ha sull’asse x la pressione parziale di O2, cioè la variabile dipendente. Sull’asse y troviamo la saturazione, cioè il numero di siti di legame dell’ossigeno occupati diviso il numero di siti totali.

Question 13

Che tipo di curva di associazione/dissociazione hanno Hb e Mb?

Answer 13

Hanno due curve diverse, la mioglobina presenta curva iperbolica, mentre l’emoglobina ha una curva sigmoidea.

Question 14

Avere due tipi di curve diversi è correlabile alla funzione delle due proteine? È fisiologicamente rilevante?

Answer 14

Entrambe le proteine arrivano a saturazione, ma in due modi diversi.
Immaginiamo di posizionarci a pressione parziale di O2 come quella nei polmoni, quindi ci posizioniamo a destra dell’asse x (pressione parziale elevata), se tracciamo l’Intercetta con le due curve vediamo che entrambe sono vicine a saturazione.
Infatti, la differenza tra mioglobina ed emoglobina non è così evidente quando ci sono pressioni parziali alte, ma quando sono basse.
Se ci posizioniamo sul grafico in una posizione di pressione parziale simile a quella dei tessuti periferici del corpo, cioè a sinistra dell’asse x (pressione parziale bassa) noteremo che la mioglobina ha una saturazione molto elevata, mentre l’emoglobina no, perché deve scaricare bene ossigeno nei tessuti poco ossigenati.
Quindi capiamo che la funzione della mioglobina è immagazzinare ossigeno, mentre quella dell’emoglobina è di trasportarlo.

Question 15

Cos’è l’affinità?

Answer 15

È quel parametro che esprime quanto bene la mioglobina e l’emoglobina legano l’ossigeno. È un valore ben preciso e per trovarlo ci si posiziona sul 50% della saturazione e si traccia l’intercetta con la curva dell’Hb e della Mb. Tracciando poi una linea che cade sull’asse x delle pressioni parziali si trova il valore di pressione parziale di ossigeno a cui la molecola è satura al 50%. Questo valore è la P50 o P1/2.

Question 16

Perché la p50 dell’emoglobina è maggiore della p50 della mioglobina?

Answer 16

Perché serve più ossigeno all’emoglobina per raggiungere la p50, cioè la pressione parziale a cui la metà dei siti di legame dell’ossigeno sono pieni. Questo perché l’emoglobina ha un’affinità per l’ossigeno minore.
La mioglobina necessita meno concentrazione di ossigeno per raggiungere il 50% di saturazione.

Question 17

A cosa serve l’equazione di Hill?

Answer 17

Serve per capire qual è la differenza tra una curva iperbolica e una curva sigmoidea. L’equazione ha come risultato una retta, il cui coefficiente angolare indica la cooperatività.
Il grado di cooperatività è determinato dall’equazione di Hill per cinetiche che non seguono l’equazione di Michaelis-Menten. L’equazione di Hill tiene conto del legame allosterico in siti diversi dal sito attivo ed è espressa dall’equazione: log (θ/ 1 – θ) = n log [L] – log Kd

dove θ si riferisce alla frazione di legando legata ai siti riempiti, [L] è la concentrazione del legando, Kd è la costante di dissociazione apparente ottenuta dalla legge di azione di massa,

KA è la concentrazione del legando necessaria ad occupare la metà dei siti di legame e rappresenta la costante di dissociazione microscopica

n è il coefficiente di Hill che descrive la cooperatività.

Se il coefficiente di Hill è minore di 1 il sistema ha una cooperatività negativa mentre se il coefficiente di Hill è maggiore di 1 la cooperatività è positiva.

Question 18

Cos’è il legame cooperativo?

Answer 18

Il legame cooperativo richiede che la macromolecola abbia più di un sito di legame in quanto la cooperatività dipende dall’interazione che si ha tra questi siti. Se l’associazione del legando al primo sito incrementa l’affinità tra gli altri siti ed altre molecole di legando si ha appunto una cooperatività positiva. Per tali reazioni enzimatiche si verifica un aumento della velocità ad un valore più alto di [S] fin quando non viene raggiunta la massima velocità.

Mettendo in grafico la concentrazione del substrato in ascissa e la velocità in ordinata si osserva l’andamento sigmoidale. Il fenomeno della cooperatività fu osservato nell’interazione tra ossigeno ed emoglobina.

Question 19

Che cooperatività hanno mioglobina e emoglobina?

Answer 19

La mioglobina essendo una proteina a struttura terziaria a singola subunità ha coefficiente di Hill pari a 1, cioè non presenta cooperatività. L’emoglobina invece ha struttura quaternaria con quattro subunità, perciò il suo coefficiente è > di 1 e quindi presenta cooperatività positiva.
Quando la prima molecola di ossigeno si lega alla prima subunità dell’emoglobina l’affinità delle altre subunità aumenta via via. La prima subunità interagisce in modo diverso con l’ossigeno rispetto alla seconda e così via. Le subunità cooperano in modo tale che il legame con il primo ossigeno coadiuvi il legame con gli altri.
Risulta che sia più difficile associare o dissociare il primo ossigeno che si lega all’emoglobina.
Chiaramente la cooperatività positiva o negativa si avrà solo nelle proteine costituite da più subunità, in quanto indica il grado di interazione fra di esse.

Question 20

Come cambia la struttura dell’emoglobina quando è ossigenata o deossigenata?

Answer 20

Max Perutz si rese conto che l’emoglobina ossigenata, detta allo stato R cioè rilassata, è diversa dall’emoglobina deossigenata, allo stato T cioè teso.
Allo stato deossigenato la molecola è più ricca di legami e quindi rigida, mentre allo stato ossigenato alcuni legami vengono meno e la molecola è più compatta. Questo meccanismo per cui il legame di una subunità con il ligando induce una modifica conformazionale si chiama MECCANISMO ALLOSTERICO. L’ALLOSTERIA è provocata dalla cooperatività positiva ed è la regolazione di un enzima o di una proteina mediata da una molecola denominata effettore che svolge tale funzione legandosi al sito allosterico. Un effettore è, nella gran parte dei casi, una molecola di piccole dimensioni che si lega selettivamente a una proteina e regola la sua attività biologica. Gli effettori agiscono come leganti che possono aumentare o diminuire l’attività enzimatica.

Il legame dell’effettore presso tali siti modifica la struttura terziaria dell’enzima e quindi varia la sua affinità per il substrato con conseguente aumento o riduzione dell’attività catalitica. Gli effettori possono essere omotropi o eterotropi a seconda che presentino o meno la stessa natura chimica del substrato dell’enzima.

Question 21

Qual è secondo Perutz il responsabile del cambiamento conformazionale dell’emoglobina legata o non all’ossigeno?

Answer 21

Secondo Perutz è il ferro ferroso (Fe2+) il responsabile in quanto non è esattamente sopra il piano della porfirina, ma è leggermente spostato da esso, a causa della sovrapposizione degli orbitali e dell’istidina. In seguito al legame con l’ossigeno il ferro ferroso viene riportato sul piano dell’eme e questo movimento trascina con sé l’istidina prossimale a cui è legato, la quale a sua volta trascina altri residui generando un effetto domino che determina le modifiche conformazionali delle subunità. Il ferro innesca con un effetto a cascata la rottura di alcuni legami che portano l’emoglobina allo stato R.

Question 22

Il legame dell’O2 come altera la struttura del tetramero dell’Hb?

Answer 22

Comporta una rotazione di 15 gradi fra i due dimeri alfa e beta, cambiano i contatti fra le subunità e la cavità centrale si rimpicciolisce.

Question 23

Quali sono i due modelli che spiegano la cooperatività delle subunità di una proteina?

Answer 23

Vi sono due modelli che illustrano la cooperatività: il modello concertato detto MWC (Monod-Changeux-Wyman) e il modello sequenziale.

In entrambi i modelli le subunità enzimatiche esistono in due conformazioni T (teso) e R (rilassato) in equilibrio tra loro. Inoltre le subunità R si legano al substrato più rapidamente rispetto a quelle nello stato T. I due modelli differiscono, tuttavia, in relazione all’interazione delle subunità e nella preesistenza di entrambi gli stati.

Nel MODELLO CONCERTATO le subunità enzimatiche sono legate in modo che la variazione conformazionale di una provochi una variazione anche nelle altre. In tal modo tutte le subunità devono trovarsi nella stessa conformazione. Secondo tale modello, inoltre, in assenza di legandi l’equilibrio favorisce uno dei due stati conformazionali T o R. l’equilibrio può essere spostato se un ligando si lega a un sito diverso da quello attivo (sito allosterico).

Secondo il MODELLO SEQUENZIALE le subunità non sono collegate in modo che la variazione conformazionale di una induca una variazione nelle altre. Per questo modello, quindi, tutte le subunità enzimatiche non hanno necessariamente la stessa conformazione. Inoltre, le molecole del substrato si legano attraverso un adattamento indotto. Quando una subunità collide in modo casuale con una molecola di substrato, il sito attivo forma una sacca intorno al suo substrato. Un tale comportamento mentre converte una subunità dallo stato R a quello T non propaga il cambiamento alle subunità adiacenti ma induce una alterazione nella loro struttura in modo che i loro siti leganti siano più ricettivi per i substrati.

Question 24

Cos’è un effettore allosterico?

Answer 24

Ligando in grado di modulare la posizione dell’equilibrio tra due (o più) conformazioni di proteine oligomeriche, regolandone in tal modo l’attività fisiologica (per es. influenzando l’azione catalitica di un enzima su un substrato).

Question 25

Quali sono i principali effettori allosterici dell’emoglobina?

Answer 25

Gli effettori allosterici dell’emoglobina sono ligandi che si legano a siti diversi e distanti dal sito di legame dell’ossigeno e influenzano il legame con esso. I tre principali sono: 1) protoni H+ 2) CO2 3) 2,3-bisfosfoglicerato

Question 26

Cos’è l’effetto Bohr?

Answer 26

l’effetto Bohr è un meccanismo che risponde alle esigenze locali del tessuto dove l’emoglobina si presume debba rilasciare l’ossigeno. L’effetto Bohr consiste nel fatto che gli ioni H+ e la CO2 riducono l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno e quindi facilitano i rilascio di ossigeno.

Question 27

Come viene trasportata la CO2 nel corpo?

Answer 27

La maggior parte della CO2 viene trasportata sotto forma di bicarbonato (trasporto isoidrico), la restante parte viene trasportata dall’emoglobina. La CO2 non si lega al sito dell’eme sull’emoglobina, si lega ai gruppi che stanno all’estremità ammino-terminale e forma dei CARBAMMATI. Un aumento di concentrazione di CO2 ha l’effetto di spingere la curva dell’emoglobina verso destra. Inoltre la CO2 prodotta dalle cellule dei tessuti reagisce con l’H2O grazie ad un enzima e si trasforma in ACIDO CARBONICO. L’acido carbonico acidifica l’emoglobina che rilascia ossigeno ancora meglio nei tessuti, contemporaneamente l’acido carbonico diventa bicarbonato che va al plasma.

Question 28

Che effetto ha la concentrazione di ossigeno nei polmoni?

Answer 28

L’ossigeno che proviene dall’aria esterna in grande quantità fa andare l’equilibrio verso la forma ossigenata dell’emoglobina e quindi la CO2 che arriva sotto forma di bicarbonato viene rilasciata ed eliminata con l’espirazione. C’è un equilibrio di compensazione, ovvero quando c’è tanto ossigeno nei polmoni la CO2 viene espulsa, viceversa quando c’è tanta anidride carbonica nella cellula, l’ossigeno viene buttato fuori.

Question 29

Cos’è e qual è l’effetto del 2,3-difosfoglicerato?

Answer 29

È un composto con molte cariche negative. È derivato da un prodotto intermedio della glicolisi; si concentra particolarmente a livello eritrocitario, dato che i globuli rossi - essendo privi di mitocondri - sfruttano il metabolismo anaerobico lattacido (fermentazione omolattica del glucosio) per ricavare energia. L'ipossia cronica, cioè un lungo periodo di carenza di ossigeno, innesca un aumento della sintesi di 2,3 difosfoglicerato nei globuli rossi; tale condizione è tipica del soggiorno in altura, dell'insufficienza cardiopolmonare e delle anemie. Non a caso, l'aumento di questa sostanza all'interno dei globuli rossi riduce l'affinità per l'ossigeno dell'emoglobina lì contenuta, che di conseguenza cede più facilmente ossigeno ai tessuti. In pratica, come mostrato in figura, la curva di dissociazione dell'emoglobina si sposta verso destra.

Question 30

Dove si lega il 2,3-difosfoglicerato sull’emoglobina?

Answer 30

Si lega al centro dell’emoglobina, perché essendo una molecola con molte cariche negative si lega bene agli amminoacidi rivolti sulla cavità interna che sono invece carichi positivamente.

Question 31

Cos’è l’effetto compensatorio?

Answer 31

È un aumento fisiologico di 2,3-BPG in situazioni in cui c’è poca concentrazione di ossigeno, per esempio un alpinista che va in montagna. Dato che nell’aria c’è meno ossigeno l’alpinista avrà bisogno che l’emoglobina scarichi meglio l’ossigeno nei tessuti periferici, questo è favorito da un graduale e progressivo aumento del 2,3-BPG nel sangue che stabilizza la forma deossigenata dell’emoglobina (sposta la curva verso destra). Quando l’alpinista torna al livello del mare e quindi a concentrazioni normali di ossigeno nell’aria diminuisce anche la quantità di 2,3-BPG.

Question 32

Perché il 2,3-BPG è interessante per l’emoglobina fetale?

Answer 32

L’altro significato importantissimo del 2,3-difosfoglicerato, è che grazie ad esso l’ossigeno può passare attraverso la placenta, dall’emoglobina materna verso l’emoglobina fetale. Se le due emoglobine fossero uguali, l’ossigeno non si staccherebbe dall’emoglobina materna per andare in quella fetale, quindi l’emoglobina fetale deve avere un’affinità maggiore per l’ossigeno rispetto a quella materna, perché l’emoglobina fetale non è fatta da catene α e β, ma da catene α e γ. Le catene β sono quelle che legano il 2,3-difosfoglicerato, mentre le catene γ sono meno efficienti. Inoltre, L’emoglobina fetale ha una minore quantità di cariche positive rispetto a quella adulta e lega meno bene il 2,3-BPG che è molto carico negativamente. Risulta che l’emoglobina fetale ha un’affinità maggiore per l’ossigeno rispetto all’emoglobina materna. Perché nel feto non c’è 2,3-difosfoglicerato, mentre nella madre sì. Questo consente quindi il passaggio dell’ossigeno dall’emoglobina materna a quella fetale. Alla nascita non c’è più bisogno di attuare questo meccanismo, perché nel neonato le catene γ dell’emoglobina sono dannose, quindi immediatamente dopo la nascita c’è un ricambio totale di emoglobina: si smette di produrre catene γ e si comincia a produrre le catene β.

Question 33

Cosa sono le Emoglobinopatie?

Answer 33

Sono condizioni patologiche caratterizzate da difetti nelle molecole di emoglobina che la rendono instabile e quindi meno capaci di trasportare ossigeno e svolgere la loro funzione. I pazienti affetti da queste patologie spesso sviluppano anemie; reticolocitosi (cioè quando i pazienti aumentano il numero di reticolociti secondo un meccanismo di compensazione per via dell’emoglobina instabile che possiedono), splenomegalia (ingrossamento della milza) e urobilinuria (eccessiva eliminazione di urobilinogeno, precursore dell’eme).

Question 34

Quali sono le alterazioni che l’emoglobina può subire?

Answer 34

- alterazioni della superficie esterna: un esempio è l’HbS (beta glutammato 6 valina) che causa una mutazione di un amminoacido della catena beta, cioè il glutammato in posizione 6 diventa valina. Il glutammano è carico negativamente, quindi sta bene sulla superficie dell’emoglobina, invece la valina è un amminoacido idrofobico. Questa mutazione genere l’ANEMIA FALCIFORME. Un’altra alterazione della superficie viene causata dalla sostituzione del glutammato con una lisina (amminoacido carico positivamente). Qui cambia il punto isoelettrico e le proprietà di solubilità. C’è una riduzione dell’emivita degli eritrociti. - alterazioni del sito attivo: sono molto gravi, perché la subunità difettosa non riesce più a legare l’ossigeno. - alterazioni della struttura terziaria: molto gravi, la catena polipeptidica non si ripiega correttamente a causa della sostituzione di un amminoacido. - Alterazioni della struttura quaternaria: modifiche nei punti di contatto tra le subunità provocano la perdita di proprietà allosteriche senza interferire con il legame dell’ossigeno, quindi interferiscono con la cooperatività e la non indipendenza delle subunità.

Question 35

Parla dell’ anemia falciforme.

Answer 35

Si sviluppa quando il glutammato di una catena beta viene sostituito con una valina ed è come se l’emoglobina esponesse sulla sua superficie una zona appiccicosa che si va ad aggregare con altre zone appiccicose esposte sulla superficie di un’altra molecola. Si formano dei cluster idrofobici. Queste strutture aggregate si depositano nell’ eritrocita che si raggrinzisce e assume la tipica forma a falce. In questa situazione una proteina di membrana che regola gli scambi acqua-cloruro-bicarbonato si apre facendo disidratare l’eritrocita.

Question 36

Perché l’anemia falciforme è meno grave negli eterozigoti che negli omozigoti?

Answer 36

In un omozigote tutta l’emoglobina che si produce è falciforme, mentre negli eterozigoti c’è un mix dei due tipi di emoglobina. Per questo motivo gli individui vengono sottoposti a trasfusioni, però esse portano ad un aumento del ferro endogeno, che provoca reazioni di Fenton e invecchiamento. Negli eterozigoti questi aggregati che precipitano provocano le crisi vaso-occlusive: si depositano a livello dei capillari e impediscono un flusso normale di sangue agli organi, provocando acuto dolore.

Question 37

Perché negli anni il tratto falciforme negli eterozigoti si è mantenuto lo stesso?

Answer 37

Negli eterozigoti questo tratto si è rivelato essere un vantaggio evolutivo, soprattutto nelle popolazioni dell’area equatoriale che vivono in zone endemiche della MALARIA. Questa malattia conferisce una sorta di immunità ad essa poiché gli eritrociti falcemici cono tossici per la zanzara che infetta con la malaria.

Question 38

A cosa serve l’idrossiurea?

Answer 38

Viene utilizzata come farmaco contro le Emoglobinopatie perché ha la funzione di riattivare il gene che codifica per la catena gamma dell’emoglobina, così gli individui potranno avere un’emoglobina simile a quella adulta, meno performante.

Question 39

Perché l’emoglobina può essere utilizzata come marker per il diabete?

Answer 39

Dato che l’emoglobina contiene una parte di glucosio, se c’è un aumento di emoglobina glicosilata (cioè emoglobina con glucosio legato) nel sangue può essere sintomo di diabete.

Question 40

Come si lega l’emoglobina al NO (monossido di azoto)?

Answer 40

L'ossido nitrico NO è una molecola di segnalazione che controlla, tra le varie cose, la dilatazione dei vasi sanguigni. Quando è attivato, si lega in modo reversibile ad alcuni amminoacidi di CISTEINA nell'emoglobina per creare un sistema di auto regolazione del flusso sanguigno che si realizza in due fasi. Prima l'ossido nitrico si lega allo zolfo di una particolare cisteina nelle due catene beta dell'emoglobina ossigenata. Poi, quando il sangue scorre nei tessuti, l'emoglobina rilascia l'ossigeno che trasporta e cambia forma assumendo la conformazione deossigenata e provocando anche il rilascio dell'ossido nitrico NO dalle cisteine. Questo è un gas apolare che esce dai globuli rossi e induce i vasi sanguigni a dilatarsi aumentando il flusso di sangue nel tessuto.

Question 41

Cos’è l’effetto Bohr degli ioni H+?

Answer 41

- Effetto degli ioni H+: più protoni ci sono, più l’affinità è ridotta perché diminuisce il pH. Se il pH scende da 7,4 a 7,2, si riduce l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno, la curva si sposta verso destra e allora a 20Torr la percentuale di saturazione è poco più del 20%, quindi viene rilasciato quasi l’80% dell’ossigeno. I protoni stabilizzano la forma T (deossiemoglobina) creando dei nuovi legami deboli che devono essere rotti, e di fatto aumentano la quantità di protoni, si promuove la protonazione di alcuni gruppi acidi che hanno un pKa vicino al range di pH che abbiamo. Questo cambiamento di pH non andrà a protonare un gruppo carbossilico che ha pH4,7, ma andrà a protonare l’istidina (pH intorno a 6). Nell’effetto Bohr è molto importante l’istidina, che viene quindi protonata quando il pH si riduce, allora l’aumento degli H+ determina la protonazione dell’istidina. L’istidina HC3 è importante nello stabilizzare la deossiemoglobina, ma con la sua catena laterale fa un ponte H con l’aspartico. Più è basso il pH, più l’istidina è protonata, minore sarà l’affinità dell’ossigeno per l’emoglobina e maggiore sarà il rilascio di ossigeno. L’effetto Bohr è dovuto all’abbassamento del pH dovuto alla degradazione dei nutrienti che si ossidano rilasciando protoni. I protoni si legano a residui di istidina che si comporta sia da acido che da base in condizioni fisiologiche. La curva dell’emoglobina si sposta verso destra (right shift). La p50 si sposta verso destra, aumenta, e ciò significa che l’affinità con l’ossigeno diminuisce. Se l’equilibrio si sposta verso destra significa che viene stabilizzata la forma deossigenata dell’emoglobina, quindi ci vogliono concentrazioni maggiori di ossigeno per raggiungere la p50.

Question 42

Cos’è l’effetto Bohr della CO2?

Answer 42

- Effetto della CO2: la CO2 è un acido debole che si dissocia in bicarbonato e H+ e ha un effetto analogo all’abbassamento del pH. Anche la CO2 può legarsi all’emoglobina in piccole quantità e, legandosi all’emoglobina, quest’ultima riduce la sua affinità per l’ossigeno. Di solito la CO2 si lega alle estremità N-terminali dell’emoglobina, formando un legame ammidico. Il legame di queste molecole di CO2 cambia le cariche e stabilizza i ponti salini, quindi viene rilasciato l’ossigeno. La quantità di ossigeno rilasciata può salire fino all’88%, quindi l’emoglobina diventa estremamente efficiente. L’effetto Bohr riduce l’affinità dell’emoglobina con l’ossigeno. In entrambi i casi si legano all’emoglobina e stabiliscono diverse interazione che destabilizzano la forma ossi e stabilizzano quella deossi. I protoni si legano all’istidina e la CO2 alle estremità N-terminali. L’effetto Bohr è una risposta alle maggiori esigenze locali d’ossigeno. Una riduzione del pH e la presenza di CO2 sono un sintomo di un tessuto che è in forte attività metabolica. L’ossigeno viene trasformato in acqua e il glucosio in CO2: quindi c’è bisogno di ossigeno, ma questo provoca il rilascio di CO2. Questa viene rilasciata nel torrente circolatorio, ma è idrofobica (apolare) e non può circolare da sola. Entra per diffusione nei globuli rossi, essa reagisce con l’acqua grazie a un enzima che si chiama anidrasi- carbonica e diventa acido carbonico. E’ un acido debole che si dissocia in bicarbonato e H+. Questo sta benissimo nel sangue perché è polare. Gli H+ che si formano nel globulo rosso sono quelli che mediano l’effetto Bohr. Quando un tessuto è in attività metabolica e questo per questa ragione si traduce in una riduzione del pH nel globulo rosso. Una piccola parte di CO2 che entra nel globulo rosso, anziché compensarsi con l’ossigeno, si può legare all’emoglobina, contribuendo anche questa CO2 all’effetto Bohr. Questo effetto mette in relazione nel globulo rosso il rilascio di ossigeno da parte dell’emoglobina. Questo sistema rappresenta il principale modo con cui ci liberiamo della CO2 dai tessuti. La maggioranza della CO2 che libera nei polmoni viene trasformata dai polmoni sottoforma di bicarbonato, quindi è sbagliato dire che tutta la CO2 viene trasportata nei polmoni. Si forma il bicarbonato grazie ai globuli rossi, quindi anche loro partecipano allo smaltimento della CO2.

Question 43

Parla dell’emoglobina fetale

Answer 43

Nei globuli rossi del feto è possibile identificare una forma di emoglobina diversa da quella adulta. Dal punto di vista strutturale, l'emoglobina fetale (α2γ2) differisce da quella adulta (α2Β2) per la presenza di due catene gamma al posto della due catena alfa In particolare, l'emoglobina fetale è formata da due catene α e da due catene γ, costituite rispettivamente da 141 e 146 amminoacidi. Le due catene alfa sono identiche a quelle presenti nell'emoglobina adulta, mentre quelle gamma differiscono dalle Beta per 39 amminoacidi Questa modifica strutturale conferisce all'emoglobina fetale un'affinità per l'ossigeno superiore; in altre parole, si lega all'ossigeno in modo più tenace rispetto all'emoglobina adulta Dal punto di vista funzionale, l'emoglobina fetale (HbF od emoglobina F) permette al feto di estrarre con maggiore efficacia l'ossigeno dal sangue materno. al basso valore di PO2 del sangue fetale, l'emoglobina fetale può trasportare fino al 20-30% di ossigeno in più rispetto a quella materna, come testimoniato dal grafico sottostante; ciò è dovuto alla minore affinità per il 2,3-bifosfoglicerato rispetto all'emoglobina adulta. La sintesi delle globine Beta caratterizzanti l'emoglobina adulta, appena percettibile durante la vita fetale, raggiunge il normale regime soltanto verso la fine del terzo mese della vita extrauterina. alla nascita, l'emoglobina fetale costituisce circa il 70-90% dell'emoglobina totale presente nei globuli rossi del neonato la sintesi di emoglobina fetale continua anche dopo la nascita, ma diminuisce gradualmente andando a costituire meno dell'8% di tutta l'emoglobina allo scoccare dei sei mesi di vita entro il primo anno di vita le concentrazioni di emoglobina fetale scendono a livelli generalmente inferiori all'1% adulti normali presentano valori di emoglobina fetale compresi tra lo 0.3% e l'1.2%, meno del 3.5% di emoglobina A2 (α2, δ2),e la rimanete percentuale (in genere > 96%) coperta dall'emoglobina di tipo A. La differente espressione nel tempo, dal concepimento alla vita adulta, delle diverse catene globiniche nell'uomo dipende dall'attivazione e dallo spegnimento di specifici geni.