(6_Proteine globulari [modalità compatibilità])

8/2/2019 (6_Proteine globulari [modalit compatibilit])

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PROTEINE RESPIRATORIE:

EMOGLOBINA&

MIOGLOBINA


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un sistema circolatorio ade uato

Nel corso dellevoluzione, col passaggio dalla vita

anaerobia alla vita aerobia si sono progressivamentedifferenziati due meccanismi che sono in grado digarantire alle cellule dei tessuti un flusso di O2sufficiente e costante:

molecole trasportatrici di O2, che permettonodi superare la limitazione imposta dalla bassasolubilit dellossigeno in acqua.


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si legano reversibilmente con lO2 e ne rendono possibile iltrasporto dai polmoni ai tessuti e limmagazzinamento nel

muscolo.

LHb contenuta nei globuli rossi aumenta di 50 volte laquantit di O2 trasportata da 1 litro di sangue.

Nei vertebrati le molecole coinvolte nel rifornimento

dellossigeno sono lemoglobina (Hb) e la mioglobina (Mb).

La Mb si trova nei muscoli e funziona soprattutto comedeposito di O2; ha una grande affinit per lO2 e lo legaquando lHb delle emazie lo ha gi ceduto e, a sua volta locede solo quando la pressione parziale del gas (pO2) scende

a livelli molto bassi.


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Mb Hb

PROTEINE GLOBULARI


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EmoglobinaProteina tetramericacostituita da 4 diversesubunit:2 subunit

2 subunit

O ni subunit ha due arti:

Mioglobina

Proteina monomerica(153 AA)

Due parti:-proteina-porzione non proteica

-proteina-porzione non proteica (eme)-Contiene 4 gruppi Eme

Trasporto dellO2dai polmoni alla cellula

ImmagazzinamentodellO2 nella cellula

80% degli AA sonodisposti ad -elica


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La Mb in grado dilegare lossigenorilasciato

Lemoglobina

trasporto lO2 daipolmoni ai tessuti

dallemoglobinanel circolosanguigno aitessuti e

trasportarlo aivari organellicellulari che lo

utilizzano (es.mitocondri)


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EME4 anelli pirroliciFe2+ al centro del ru o eme il

PROTOPORFIRINA IX + Fe2+ = EME

Fe3+ non in grado di legareossigeno)


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porfina

5 | 9Nelson-Cox, INTRODUZIONE ALLA BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2010


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Gruppo EME


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Il Fe2+ delleme pu legare:

1. lO2 nellossiemoglobina;

2. il CO nella

carbossiemoglobina;

3. lH2O nellametaemoglobina, unico

trivalente (Fe3+), ma lamolecola ha perso lacapacit di trasportarelossigeno.


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I derivati carbossicarbossi--mioglobinamioglobina e carbossicarbossi--emoglobinaemoglobina presentano

CO (non CO2!!!) legato al gruppo eme.

Il legame con il CO circa 300 volte pi stabile di quello con

Quando nellaria presente 0.2% di CO in 1 ora si ha perdita di

coscienza e in circa 4 ore si ha morte per asfissia (circa 2/3 di

Hb sono legati a CO).


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Protezione delleme da parte della globina

Le globine che circondano l'eme in Mb ed in Hbhanno funzioni di estrema importanza:

- impediscono al ferro delleme di ossidarsi da Fe2+ ferroso a Fe3+ ferrico;

- creano un sito attivo idrofobico, in cui si lega O2 che lipofilo*;

- proteggono leme da ligandi indesiderabili (esempio CO monossido dicarbonio).

*la solubilit di O2 nel plasma molto bassa; grazie all'emoglobina nel sangue c' una concentrazionedi O2 100 volte superiore a quella del plasma.


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La mioglobina funziona da deposito di O2 a livello muscolare. Quando il muscolo ariposo la mioglobina rimane legata allO2, quando il muscolo attivo viene

consumato O2 diminuisce la pressione a livello dei tessuti la mioglobina rilascia lO2

Legame O2-Mb

Mb + O2 = MbO2

Curva di dissociazione dellossigeno per la Mb

Pressionetessuti

Pressioneolmoni

Numero di

p50 = affinit per lO2La pressione di O

2al quale

saturato il 50% delle molecole

Pi piccola la p50

maggiore laffinit

mo eco e c e

hanno legato lO2rispetto al totale

Y

Curva perbolica

Frazione

di

saturazione


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EMOGLOBINA (EMOGLOBINA (HbHb)) HbHb contenuta neglieritrociti ed deputata altrasporto di O2 dai polmoni

ai tessuti, legandosi ad essoreversibilmente. HbHb attuaanche trasporto reversibiledi anidride carbonica CO2.

HbHb ha 4 catene polipetiditiche e

4 gruppi eme. HbHb presenta quindiuna strutturastruttura quaternariaquaternaria.

Lemoglobinaemoglobina adultaadulta umanaumana((HbAHbA)) costituita da 2 catene e

1122

,

simile a quella della mioglobina.

2 2

Lemoglobinaemoglobina fetalefetale ((HbFHbF)) costituita da 2 catene e 2 catene.

22 22

La sostituzione delle catene (Hb adulta) con catene (Hb fetale)comporta differente funzionalit.

2211


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Lemoglobina esiste in due forme:ossigenata =R; deossigenata =T

Il legame di HbHb con O2 induce una modificazione strutturale. La proteina passada una formaforma tesatesa TT, mantenuta da interazioni ioniche (ponti salini) fra catenelaterali di aminoacidi (es. Asp-His) presenti nelle sub-unit, a una formaformarilassatarilassata RR (ponti salini spezzati). Il fenomeno avviene in direzione oppostaquando lemoglobina rilascia lossigeno.


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Modificazione conformazionale:

Transizione T>R



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La mioglobina un ottimo sistema per

immagazzinare O2:-si lega allO2 anche a basse pO2 e lolega strettamente.

Lemoglobina un ottimo sistema pertrasportare lO2:-si carica di O2 quando pO2 alta ecede O2 quando pO2 bassa.


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EMOGLOBINA si lega allO2 conaffinit crescente

Emoglobinadeossigenata

T

Il legamedellossigeno cooperativo

2 2 4

Emoglobina

ossigenataR


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AllosterismoAllosterismo((modificazione dellamodificazione della

strutturastrutturaquaternaria)quaternaria)

E un fenomeno per cui le

proteine con strutturaquaternaria (emoglobina emoltissimi enzimi) possonoessere modificate nella

-

unit costituenti.

Lemoglobinaemoglobina una proteinaallostericaallosterica la cui strutturaquaternaria viene modificata

dal legame di O2 alle 4 sub-unit: i 4 siti attivi cooperanopositivamente, legando O2 conaffinit crescente e questocausa cambiamento

progressivo di strutturaquaternaria.


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Lemoglobina legalO

2quando la

pressione parzialedel gas (pO2) elevata olmoni e

Hb

Hb + 4O2 = Hb(O2 )4

Curva di dissociazione dellO2 per lemoglobina

sigmoidale

lo rilascia quando lapressione bassa(tessuti).


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Esiste la possibilit di regolazione del legame di O2 ad HbHb da parte di

piccole molecole e ioni, presenti negli eritrociti, definiti EFFETTORI O

MODULATORI: [HH++] , COCO22, acidoacido 22,,33 bisfosfoglicericobisfosfoglicerico (22,,33--BPGBPG)

si legano con interazioni deboli in siti diversi da quello di legamedellO2 (MODULATORI ETEROTROPICI)

diminuiscono laffinit dellemoglobina per lossigeno. Sono cos

MODULATORIMODULATORI ETEROTOPICIETEROTOPICI NEGATIVINEGATIVI.

LaumentoLaumento didi concentrazioneconcentrazione didi questiquesti effettorieffettori causacausa diminuzionediminuzione didiaffinitaffinit didi HbHb perper OO22 perper cuicui agisconoagiscono comecome effettorieffettori negativinegativi ee

stabilizzanostabilizzano lala formaforma TT..


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Effetto del pH sullaffinit di Hb per O2

In aggiunta al trasporto di O2 dai polmoni ai tessuti, HbHb trasportaanche due prodotti della respirazione, HH++ e COCO22, dai tessuti ai polmonied ai reni, organi deputati alla loro escrezione.

La CO2 viene idratata secondo la reazione:

COCO22 + H+ H22O = HO = H22COCO33 = H= H++ + HCO+ HCO33

--

.

La reazione di idratazione spontanea ma troppo lenta per i ritmimetabolici: lenzima eritrocitario anidrasianidrasi carbonicacarbonica consente unavelocit di reazione di 100 volte superiore rispetto a quella spontanea

e ci evita laccumulo della CO2 nel sangue sotto forma gassosa,avendo lenzima la capacit di catalizzare lidratazione di 600.000molecole di CO2 al secondo.

HbHb lega reversibilmente non solo quasi tutto l'O2,

ma anche parte di COCO22 e HH++ liberati dai tessuti.


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La maggior parte della CO2 che diffonde nelle emazie

reagisce con lH2O formando H2CO3, grazie allapresenza di un enzima, lanidrasi carbonica (P.M. 30000,contiene Zn)

CO2 + H2O H2CO3dissocia

H+ HCO -

TESSUTI

Tamponati dallHb passano nel plasma attraversouna proteina di membrana

grazie ad un gradiente favorevole


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venoso

arterioso


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Il legame di HbHb con O2 fortementeinfluenzato dal pH e dalla pCO2.

Nei tessuti, dove il pH basso (aumentanogli H+) e la pCO2 alta, l'affinit di Hbper O2 diminuisce, O2 viene liberato e H

+ eCO2 si legano ad HbHb.

Il contrario avviene nei capillari polmonari.

L'effetto del pH sull'affinit di Hb per O2

Nei tessuti Hb(O2)4 perde affinit per O2, lo rilascia a causa delle basse

pO2 e, essendo la forma deossigenata pi affine per H+

, si comportacome un ottimo tampone intracellulare (azione di alcuni residui diistidina). L'azione tampone si accompagna al trasporto dell'anidridecarbonica.

HbHb(O(O22))44 ++ HH++ == HbHHbH++ + 4O+ 4O22


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Gli ioni H+ si legano a 3 coppie di siti sullHb: His 146 delle

catene , His 122 e gruppo NH2 terminale delle catene ;nei tessuti ad elevato metabolismo, come nei muscoli inattivit in cui c una notevole produzione di composti acidie

2

, ce e p ac mente2

e ega g + e a2

.Nei polmoni avviene esattamente il contrario.

La maggior parte della CO2 viene trasportata comebicarbonato; la restante viene trasportata come carbamato

formatosi dalla reazione con i gruppi aminici non ionizzatidellHb....


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pCO2

tu

Camera mia bellaun effetto analogo provocatodalla concentrazione di CO2


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Il 22,,33 BPGBPG una piccola molecoladotata di cariche negativenegative checonsentono il legame a una serie dicariche positivepositive di catene laterali di AAsituati sulle due catene or ando

ponti salini e stabilizzando la forma T.

Il sitosito per il 22,,33 BPGBPG presente solonella forma tesa T.


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NellHbHb deossigenata (T)

presente una cavitcavit centralecentrale

che si restringe

consistentemente in HbHb in

cavit nella forma Tospita il

22,,33 BPGBPG, modulatore

allosterico negativo.

Adattamento


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Adattamentodellorganismo

ad elevatealtitudini

Aumenta laconcentrazionedel 2,3-BPG

Lemoglobinadiventa menoaffine

Hb cede pifacilmente lO2 aitessuti

EMOGLOBINA FETALE (HbF)


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EMOGLOBINA FETALE (HbF)

Il significato del 22,,33 BPGBPG appare chiarose si confronta la curva di saturazionedi HbHb con O2 in sangue materno efetale.

Il sangue fetale contiene un'emoglobinacon struttura quaternaria 22 22 e fra lecatene il 22,,33--BPGBPG si lega pidebolmente rispetto all HbA;'emog o na e a e a una a curva

saturazione che a sinistra di quelladella emoglobina materna, indicandomaggioremaggiore affinitaffinit per O2.

L'O2 rilasciato nella circolazione

placentare da Hb materna a certepressioni parziali, viene assunto da Hbfetale, pi affine, e ci soddisfal'esigenza fisiologica di rifornimento diO2 al feto da parte della madre.


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emoglobinopatie

Anemia falciforme


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Le talassemie


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P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006


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P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006

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