Le proteine che legano ossigeno:

.

I cristalli si ottengono per precipitazione lenta della molecola

da una soluzione, in condizioni che

non dovrebbero alterare la sua struttura

Un cristallo proteico

È posto sotto una sorgente di raggi X

I raggi X sono diffratti dalle

nuvole elettroniche

intorno agli atomi

da questi dati si può dedurre

la struttura atomica

Le proteine che legano ossigeno:

1. Mioglobina

Circa 150 aa. in 8 α-eliche + eme

Porfirina generica

4 pirroli legati da ponti metinici

Le porfirine sono composti aromatici

eterociclici che legano metalli

Gruppo eme

Gruppo eme

La parte proteica scherma l’eme ed impedisce

l’ossidazione del Fe(II).

Il Fe(III) NON lega O2.

Legame di un ligando ad una proteina

P + L ⇄ PL

Ka = [PL]/[P][L ]

Kd = Θ = 0.5

Θ = Siti occupati/totale

Θ = [PL]/[PL]+[P]

Ka[P][L ] = [PL] Θ = [L ]/[L ] +1/Ka

Ka = 1/Kd Θ = [L ]/[L ] +Kd

Legame dell’ossigeno alla mioglobina

Θ = [O2]/[O2] +Kd

Θ = [O2]/[O2]+[O2] 0,5

Θ = pO2/pO2+P50

La mioglobina (l’eme) lega ossigeno…

…ma anche altre piccole molecole

(CO, NO, H2S) con affinità >> di O2

L'istidina distale riduce l'affinità dell'eme per il CO

Le proteine che legano ossigeno: 2. Emoglobina

Max Perutz, 1959

La catena dell’emoglobina è molto simile alla mioglobina

identità di sequenza: 18%

Deossiemoglobina Ossieomoglobina

Il legame con O2 avvicina le

subunità b e sposta i contatti

a1-b2 e a2-b1

Bassa affinità per O2 Alta affinità per O2

(deossiemoglobina) (ossieomoglobina)

Stato T (Tense) Stato R (Relaxed)

La transizione T R è mediata da riarrangiamenti

spaziali e da legami idrogeno

Nello stato T l'istidina prossimale (HisF8) tiene il

ferro leggermente fuori dal piano dell'eme.

L'ossigeno legandosi al ferro dell'eme lo "tira" verso il piano

dell'eme e il ferro "tira" tutta la proteina facendola passare

dalla conformazione T alla conformazione R.

L'istidina è il ponte tra il ferro e la proteina.

Movimenti durante la transizione TR

Il legame dell’O2 all’ emoglobina segue un

andamento sigmoidale, indicativo di una

cooperatività di legame:

il legame del primo O2 FACILITA il legame del

secondo O2 (cioè AUMENTA L’AFFINITA’ DEL 2°

SITO PER L’O2) e così via

Il legame dell’ossigeno all’emoglobina

Nella deossiemoglobina, a livello degli ultimi due residui delle

catene a e degli ultimi due residui della catena b esiste un

reticolo di legami che si rompe quando un O2 lega la prima

subunità e provoca la transizione T R delle altre subunità

a b

Il legame dell’ossigeno all’emoglobina

Hb è completamente satura nel sangue arterioso

(pO2 = 100 torr)

Hb è circa 50 % satura nel sangue venoso

(pO2 = 30 torr)

INOLTRE

Per Hb : P50 = 26 torr

Per Mb : P50 = 2,8 torr

L’Hb cede l’ O2 alla Mb a livello muscolare

L’eme lega l‘O2 durante il passaggio del sangue nei polmoni, e lo cede

successivamente ai tessuti nella circolazione periferica. Il passaggio

dell‘O2 avviene perché

1. i legami con l'eme sono labili

2. nei tessuti, viene prodotta CO2 che riduce l’affinità tra emoglobina e O2

per il cambiamento del pH (effetto Bohr).

Trasporto della CO2

ed effetto Bohr

Si indica con carbodiossiemoglobina la molecola di

emoglobina quando essa ha ceduto, nei tessuti, l'ossigeno che

ha trasportato, è diventata emoglobina ridotta ed ha captato,

sul gruppo amminico della globina, una parte della CO2

prodotta come risultato del metabolismo ossidativo.