Biochimica/Emoglobina e mioglobina: differenze tra le versioni
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La semplice diffusione dell'ossigeno attraverso i tessuti non garantirebbe, negli animali superiori, l'apporto di questo vitale composto a tutte le cellule; a questa funzione è adibito il sistema circolatorio. L'ossigeno isolato ha una solubilità nel sangue di 3 mL/L. Necessita
==Struttura==
[[File:Heme1.png|thumb|left|Struttura molecolare dell'eme]]
L'emoglobina e la mioglobina son '''oloproteine''', cioè costituite da una parte polipeptidica (l''''apoproteina''')
La '''mioglobina''', localizzata nelle cellule muscolari scheletriche e cardiache, ha una struttura terziaria: una singola catena globinica che accoglie il gruppo eme.
L''''emoglobina''' presenta una struttura quaternaria, è composta infatti da due dimeri legati tra loro; ciascun dimero è costituito da una catena α e una catena β, quindi si hanno in totale nella molecola quattro catene polipeptidiche. Ogni catena accoglie un gruppo eme. [[File:Heme deoxy vs oxygenated.jpg|thumb|300px|left|Rappresentazione che mostra l'istidina prossimale che lega il ferro dell'eme]]
[[File:HEME + DISTAL HISTIDINE.jpg|thumb|300px|Sono mostrati l'istidina distale che instaura un legame a idrogeno coll'ossigeno legato a sua volta al ferro dell'eme]]
Il '''gruppo eme''' è composto da un atomo di Fe<sup>2+</sup/> che instaura legami di coordinazione con quattro atomi di azoto, i quali fanno parte di una struttura molecolare detta '''protoporfirina'''. L'atomo di ferro è legato alla catena globinica per mezzo di un residuo di istidina (His F8) chiamata '''istidina prossimale'''. I legami di coordinazione servono per mantenere il ferro nello stato ridotto, che è quello in grado di legare efficacemente l'ossigeno. Tuttavia, l'eme isolato non è in grado di mantenere il ferro nello stato ridotto poiché quando è esposto all'acqua, il ferro si ossida a 3+; per questo motivo il gruppo eme è accolto in una '''tasca idrofobica''' della molecola di globina, che impedisce l'accesso dell'acqua al gruppo eme. Il ferro instaura il sesto legame di coordinazione con il ligando che è di norma l'ossigeno; ciò nondimeno può legarvisi al suo posto il monossido di carbonio (CO), coll'asse della molecola perpendicolare al piano della protoporfirina e con un'affinità 20 000 volte maggiore dell'ossigeno qualora l'eme sia isolato. Quando l'eme invece è accolto nella globina, il monossido di carbonio lega con un ponte a idrogeno il residuo di istidina E8 chiamato '''istidina distale''', che inclina l'asse della molecola di CO diminuendone l'affinità di legame a 200 volte maggiore di quella dell'ossigeno. Questo ponte a idrogeno aiuta a stabilizzare il legame dell'ossigeno col ferro.
==Cambiamenti conformazionali e curve di dissociazione==
La struttura quaternaria dell'emoglobina si presenta in due stati, uno '''stato T''' (''teso'') e uno '''stato R''' (''rilassato''). I due stati o conformazioni si distinguono per la diversa affinità per l'ossigeno, lo stato T è scarsamente affine, lo stato R lega invece l'ossigeno con più affinità. Lo stato T è detto teso perché è caratterizzato da '''legami a idrogeno''' tra i due dimeri. La transizione dallo stato T allo stato R è innescata dal legame dell'ossigeno con il ferro dell'eme che rende più planare la conformazione della struttura della protoporfirina, spostando l'istidina prossimale e l'elica cui è legata. Ciò porta alla rottura dei legami a idrogeno che stabilizzano lo stato T,
La '''curva di dissociazione''' è un grafico che mette in relazione in ascissa la pressione parziale dell'ossigeno (pO<sub>2</sub>) e in ordinata la percentuale di emoglobina o mioglobina saturata di ossigeno. La curva di dissociazione della mioglobina ha l'andamento di un ramo di iperbole, in cui
Osserviamo nel caso dell'emoglobina un esempio di '''cooperatività''', una forma particolare di allosterismo, un fenomeno per cui il legame con un ligando in un sito di una macromolecola aumenta (cooperatività positiva) o diminuisce (cooperatività negativa) l'affinità di altri siti per un ligando. Se il ligando è lo stesso, l'effetto è '''omotropico''' (come nel caso dell'emoglobina), se invece il legame con il ligando influenza l'affinità per un'altra specie di ligando, l'effetto è detto '''eterotropico'''.
Ma come si spiega, da un punto di vista fisiologico, questa differenza nelle curve di saturazione tra emoglobina e mioglobina?
==Modelli che spiegano la transizione T-R==
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* nel '''modello sequenziale''' il legame del ligando colla subunità causa in questa un cambiamento conformazionale che si propaga alla subunità adiacente, aumentando l'affinità per una successiva molecola di ossigeno.
==Effetto Bohr==
L''''effetto Bohr''' è il fenomeno per il quale un alto pH influenza positivamente l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. Ciò ha importanti conseguenze fisiologiche.
*A livello dei '''capillari polmonari''' c'è una '''bassa concentrazione di diossido di carbonio''', il quale è coinvolto nella reazione:<br>
:<chem>CO2 + H2O<-> H+ + HCO3-</chem><br>
:La bassa concentrazione di anidride carbonica, per il principio di Le Chatelier, sposta l'equilibrio della reazione verso sinistra, con consumo dei prodotti e diminuzione della concentrazione di H<sup>+</sup>. Ciò ha come risultato l'aumento del pH e quindi, per l'effetto Bohr, l'aumento dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, che è massima nei polmoni.
*Al contrario, nei '''tessuti periferici''', è '''alta la concentrazione di CO<sub>2</sub>''' e quindi, per il principio di Le Chatelier, anche di protoni. Il pH così abbassa e diminuisce l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, che in questo modo può essere rilasciato con facilità ai tessuti periferici.
La spiegazione molecolare dell'effetto Bohr è che un residuo di istidina, quando protonato, si lega a un residuo di aspartato tramite un ponte a idrogeno, formando uno di quei legami che stabilizzano lo stato T. Quando questa istidina si deprotona, l'emoglobina passa allo stato R, il più affine a legare l'ossigeno.
L'emoglobina è anche in grado di '''trasportare il CO<sub>2</sub>''', che si lega agli N-termini di ciascuna catena globinica (quindi una singola molecola di emoglobina lega fino a 4 molecole di diossido di carbonio), formando un composto chiamato '''carbamminoemoglobina''', con rilascio di un protone, contribuendo ulteriormente all'effetto Bohr con maggiore facilità di rilascio dell'ossigeno.
==2,3-bifosfoglicerato==
Il '''2,3-bifosfoglicerato''' (2,3-BP) è il derivato di un intermedio della glicolisi negli eritrociti, che funge in queste cellule da modulatore eterotropico negativo nei confronti dell'ossigeno. Infatti il 2,3-BP si inserisce nella cavità tra le due subunità β che si viene a formare nello stato T, dove le sue cariche negative interagiscono colle cariche positive di residui aminoacidi basici che sporgono nella cavità. Questi legami ionici portano alla stabilizzazione dello stato T. Nello stato R, questa cavità è troppo ristretta e non permette l'accesso al 2,3-BP. Il 2,3-BP diminuisce così l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, consentendone un maggiore rilascio a livello dei tessuti periferici. Infatti la contrazione di 2,3-BP aumenta ad elevate altitudini o nelle condizioni di ipossia, quando è bassa la pO<sub>2</sub>.
Il feto acquisisce l'ossigeno di cui necessita dal sangue della madre, dunque la sua emoglobina dev'essere più affine per l'ossigeno rispetto a quella eterna. Infatti l'emoglobina fetale ha la struttura '''α<sub>2</sub>γ<sub>2</sub>''', diversa dall'emoglobina adulta (α<sub>2</sub>β<sub>2</sub>), e meno affine al 2,3-BP. D i conseguenza l'emoglobina fetale ha maggiore affinità per l'ossigeno di quella adulta e così è in grado di acquisire l'ossigeno dell'emoglobina della madre.
==Emoglobinopatie==
===Anemia falciforme===
L''''anemia falciforme''' è provocata da una mutazione missenso che provoca la sostituzione di un residuo idrofilo di glutammato con un residuo idrofobico di valina nella catena β, generando su di essa un punto idrofobico d'attacco. Ciò causa la polimerizzazione della deossiemoglobina (cioè l'emoglobina quando non è legata all'ossigeno) in lunghi filamenti insolubili, che portano l'eritrocita ad assumere una tipica forma a falce. I globuli rossi a falce occludono i capillari, causando dei microinfarti che si traducono in un forte dolore e che interferiscono colla normale funzionalità degli organi.
[[Categoria:Biochimica|Emoglobina]]
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