Emoglobina
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| Emoglobina, catena α1 | ||||||||||||||||||||||||||||
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| Emoglobina, catena α2 | ||||||||||||||||||||||||||||
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| Emoglobina, catena β | ||||||||||||||||||||||||||||
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L'emoglobina è una proteina globulare solubile di colore rosso presente nei globuli rossi nel sangue dei vertebrati, responsabile del trasporto dell'ossigeno molecolare da un compartimento ad alta concentrazione di O2 ai tessuti che ne abbisognano.
L'emoglobina (che si indica con il simbolo HbO2 quando legata all' ossigeno, altrimenti Hb) viene sintetizzata inizialmente a livello dei proeritroblastii policromatofili (precursori dei globuli rossi), rimanendo poi in alte concentrazioni all'interno dell'eritrocita maturo.
Le alterazioni di origine genetica della struttura primaria della molecola vanno sotto il nome di emoglobinopatie
Indice |
[modifica] L'emoglobina nella respirazione
Questa molecola (come altre per altri animali) è necessaria nonostante l'ossigeno si sciolga nell'acqua perché la quantità così solubilizzata sarebbe troppo bassa per le esigenze metaboliche di un animale di dimensioni superiori ad 1 mm; la presenza della proteina che reagisce con l'ossigeno permette di svincolarsi dalla legge di Henry, facendo seguire al flusso dell'ossigeno dalla fase gassosa alla fase liquida il flusso dato dalla reazione chimica O2+ Hb, permettendo il mantenimento del flusso: complessivamente
O2(g) -->O2(sol)-->[O2Hb] Le reazioni di scambio gassoso sono rese possibili dalla presenza di ioni ferrosi (Fe++) in ogni gruppo eme. Questo cofattore lega l'ossigeno durante il passaggio del sangue nei polmoni, e lo cede successivamente ai tessuti nella circolazione periferica. Il passaggio dell'ossigeno (O2) avviene perché i legami con l'eme sono labili e perché, nei tessuti, viene prodotta anidride carbonica, gas che riduce l’affinità tra emoglobina e ossigeno per il cambiamento del pH e per effetto Bohr.
[modifica] La proteina
L'emoglobina è stata soggetto di innumerevoli lavori. Il primo che riuscì a cristallizzarla ed a determinarne la struttura con la cristallografia a raggi X fu Max Perutz nel 1968.
[modifica] Struttura quaternaria e geni
È un'oloproteina tetramerica solubile, pesante circa 64.000 dalton. Le catene del tetramero fisiologicamente sono a due a due uguali (vedi emoglobinopatie per le aberrazioni): due appartenenti alla classe α (in giallo nella figura) e due alla classe ß (in rosso). Del gruppo α fanno parte le catene α1, α2 e ζ mentre del gruppo β fanno parte le catene β, Aγ, Gγ ( queste due molto simili per struttura ed espressione), δ, ed infine ε. Nell' uomo i geni delle catene α si trovano sul cromosoma 16 e sono intervallati da 2 pseudogeni mentre quelli del gruppo β sono sul cromosoma 11 con interposto un unico pseudogene.
Vi sono contatti di ogni subunità con le altre: α1-β1 (e α2-β2) con interazioni che coinvolgono 35 amminoacidi; α1-β2 (e α2-β1) che ne coinvolgono 19; l'interfaccia tra α1-α2 e β1-β2 è formata da un basso numero variabile di residui, in quanto è interposto un canale acquoso centrale.
[modifica] Struttura terziaria
Ogni monomero ha una struttura terziaria simile a quella della mioglobina. Ogni catena peptidica di cui è composta ospita in una tasca idrofobica il gruppo prostetico (il gruppo eme ), vero cuore della macromolecola, legato alla proteina per mezzo dei suoi sostituenti laterali per interazioni ioniche e idrofobiche, ma anche l'eme stesso si lega tramite interazioni π-π con un residuo di fenilalanina ed anche per il legame dativo del ferro con un'istidina responsabile di importanti funzioni che verranno esaminate in seguito. Ogni eme è costituito da un complesso ferro-protoporfirina IX responsabile del legame facilmente reversibile con l'ossigeno. Nella proteina l'eme deossigenato assume una struttura lievemente concava (vedi figure). La molecola del cofattore, al legame con l'ossigeno subisce un cambiamento: si appiattisce. Il "collasso della cupola" provoca lo spostamento di 0,6Å dello ione ferroso e dell' istidina ad esso legata, quest'ultima fa muovere l'α elica a cui è legata rispetto alle parti di proteina (idealmente fisse) che legano il gruppo prostetico provocando un cambiamento conformazionale che cioinvolge tutte e quattro le subunità, le cui conseguenze saranno viste in dettaglio nella prossima sezione.
[modifica] Struttura secondaria e primaria
I monomeri hanno anche una struttura secondaria quasi totalmente identica nonostante gli amminoacidi in comune siano intorno al 20%. Sono tutte formate da 8 α eliche (indicate con le lettere da A a H) intervallate da brevi segmenti di congiunzione indicate con la coppia di lettere delle eliche che la precedono e la seguono (Es. ansa BC). Un'eccezione è data dalla catena α che manca del segmento D.
[modifica] Veleni respiratorii
Fisiologicamente o per azione di determinate sostanze ossidanti (acqua ossigenata, permanganato di potassio, ecc.) o di certi farmaci e di alcune sostanze contenute nelle fave (vedi favismo), lo ione ferroso si trasforma in ione ferrico (Fe+++) e l'emoglobina si trasforma in metaemoglobina (MetHb), incapace di legare l'ossigeno. Nel sangue è normale una presenza del 2% di MetHb, se questa percentuale sale, la respirazione viene compromessa. La riconversione a ione ferroso avviene tramite un meccanismo enzimatico riducente basato su di una reazione a catena che comporta l'ossidazione dell NADPH per ridurre il glutatione che mantiene la cellula in uno stato riducente prevenendo la formazione di MetHb
Un altro pericolo per la respirazione è il monossido di carbonio (CO): l'emoglobina ha una affinità 200 volte superiore per questo gas che per l'ossigeno. Se nell'aria è presente una percentuale di CO pari a 1/200 quella dell'ossigeno (una parte per mille di aria) , la metà dell'emoglobina si combinerà con l'ossido di carbonio, dando luogo a carbossiemoglobina (HbCO), incapace di legare ossigeno. La carbossiemoglobina viene prodotta in quantità minime anche all'interno dei tessuti, in quanto il CO ha funzione di trasmettitore di segnali.
[modifica] L'Emoglobina nelle fasi della vita
[modifica] Periodo intrauterino
La composizione della molecola di Emoglobina varia nel corso della vita intrauterina ed è diversa da quella degli adulti (che si inizia a formare nei primi mesi di vita)
La differenza principale consiste nella predominanza della HbF con una affinità, in vivo, molto elevata per l'O2. Questa differenza porta, in condizioni fisiologiche, ad un passaggio favorevole dell'O2 dall'HbA della madre all'HbF del feto. In vitro le due affinità risultano invertite, ed il fatto non è stato chiarito fino alla scoperta che un'altra molecola, il 2,3-difosfoglicerato (DPG), era presente in condizioni fisiologiche e si lega alle deossiemoglobine. La HbF lega più debolmente il DPG della HbA e poiché questo diminuisce l'affinità per l'O2 delle emoglobine il risultato è un'aumento dell'affinità per l'O2 della stessa. Lo stesso DPG è inoltre implicato nell'adattamento dell'emoglobina in condizioni di ipossia (patologica o anche dovuta all'alta quota) [...]
[modifica] Adulto
L'emoglobina nell' adulto è di tipo HbA 96% α2β2, HbA2 α2δ2 3% e HbF α2γ2 1%
[modifica] Il valore diagnostico dell'emoglobina
[modifica] Voci correlate
[modifica] Collegamenti esterni
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