Emoglobina e mioglobina

Per molti organismi, l‘O2 è una molecola di importanza vitale: l'ossigeno è infatti l'accettore finale degli

elettroni, che "fluendo" attraverso i complessi della catena respiratoria, consentono la produzione di

energia, sotto forma di molecole di ATP. Se privata di un costante apporto di ossigeno, la cellula non potrebbe produrre ATP in maniera

adeguata e andrebbe rapidamente incontro alla morte

PROTEINE GLOBULARI: le catene polipeptidiche sono

strettamente avvolte in forme sferiche o globulari e sono

caratterizzate da una struttura terziaria che comprende segmenti ad a-elica e b-foglietto ripiegato collegati tra loro da piccole

sequenze. Solubili in acqua.

Funzioni diverse (enzimi, proteine regolatorie, di trasporto….)

Es. MIOGLOBINA ed EMOGLOBINA

I vertebrati hanno sviluppato due meccanismi principali per rifornire le loro cellule di una quantità adeguata di O2: •  il sistema circolatorio •  proteine deputate al trasporto di O2

1L di plasma ~ 5 ml O2 1L di sangue ~ 150 gr di Hb dato che 1gr Hb/1.5 ml O2 ~ 250 ml O2/1L di sangue

N.B. Motivo strutturale comune : a-elica

L’emoglobina è un tetramero composto da due catene di tipo a e due catene di tipo b (struttura IV)

Proteine coniugate: emoproteine (Globina + eme) Mioglobina Emoglobina

La mioglobina consiste in un’unica catena polipeptidica (struttura III)

O2

Hb HbO2

Mb

MbO2 2 SH2

2S + 4H+ O2

O2

O2

2 H2O

Cytochrome c oxidase

e -

L’emoglobina si trova esclusivamente nei globuli rossi

dove la sua funzione principale è il trasporto dell’ossigeno dai polmoni ai capillari tissutali

La mioglobina funge sia da deposito che da trasportatore dell’ O2 nel tessuto muscolare

cardiaco e scheletrico; aumenta la velocità di

spostamento dell’ossigeno all’interno delle cellule

muscolari

Mioglobina vs emoglobina

α β

α β

Fibrocellule del miocardio e del muscolo scheletrico Globulo rosso

Trasporto di O2 Deposito di O2

Alta affinità per O2 Bassa affinità per O2

Cooperativa ed allosterica

Mb

Mioglobina Peso Molecolare : 16.700 Da 1 catena: 153 aminoacidi struttura III: 8 segmenti (A-H) ad a-elica (circa 80%) 1 gruppo eme, ferroprotoporfirina IX Ferro allo stato ferroso (Fe2+) coordinato con 6 ligandi: 4 con i quattro atomi di azoto dell’anello tetrapirrolico, 1 con un azoto dell’anello imidazolico dell’ istidina ‘prossimale’ (HIS F8), 1 con l’O2 molecolare

R e s i d u i I D R O F O B I C I : disposti tutti all’interno della molecola R e s i d u i I D R O F I L I C I : disposti quasi esclusivamente s u l l a s u p e r f i c i e d e l l a molecola

Emoglobina (HbA) Peso molecolare: 64.500 Da 4 catene: 2a (141 aa) 2b (146 aa) struttura III: circa 80% in a-elica 4 gruppi eme: ferroprotoporfirina IX struttura IV: sferica Ferro allo stato ferroso (Fe2+) coordinato con 6 ligandi: 4 con i quattro atomi di azoto dell’anello tetrapirrolico, 1 con un azoto d e l l ’an e l l o i m i d azo l i c o d e l l ’ i s t i d i n a ‘prossimale’ (HIS F8), 1 con l’O2 molecolare

Residui IDROFILICI Residui IDROFOBICI

IL GRUPPO EME (protoporfirina IX + Fe2+) L’atomo di ferro (II) centrale è legato ai quattro atomi di azoto dell’anello porfirinico, con una catena laterale di un’istidina (HIS prossimale) e, quando è presente, con l’ossigeno molecolare.

NH2

COOH

Protoporfirina Ferroprotoporfirina IX (eme)

4 gruppi metilici 2 gruppi vinilici 2 gruppi propionici

Sepolti nell’interno idrofobico

Esposti sulla superficie della

molecola

Ferro allo stato ferroso (Fe2+): esa-coordinato quando la proteina è in forma ossigenata (4 legami planari e due assiali, perpendicolari alla struttura planare del gruppo eme)

Hb nel trasporto dell’ossigeno Hb + 4O2 Hb4O2

Un efficace trasportatore deve: •  essere in grado di trasportare molta merce •  essere in grado di liberare questa merce una volta giunto a destinazione

~96% HbO2

~64% HbO2

Emoglobina: cooperatività di legame

L’emoglobina è un classico esempio di proteina allosterica, intendendo con questo termine un meccanismo di cooperatività tra i quattro gruppi eme presenti in una molecola di emoglobina. La cooperatività consiste nel fatto che quando una molecola di ossigeno si lega ad un gruppo eme di una molecola di emoglobina, gli altri tre gruppi eme presenti nella stessa molecola, acquistano una maggiore affinità per l’ossigeno e quindi possono legare con maggiore facilità altre 3 molecole di ossigeno.

Emoglobina : nelle emazie trasporta O2 ( 4 gruppi eme)

P50 Mb = 2,8 mmHg O2 P50 Hb = 26 mmHg O2

Cosa provoca un cambio conformazionale nell’ Hb?

Il valore della pressione parziale di ossigeno

(nei globuli rossi)

Questa molecola si trasforma da una molecola ad alta affinità (a livello polmonare) ad una molecola a bassa affinità (a livello tissutale) nei confronti dell’ossigeno. Si verifica un cambio conformazionale della proteina, per cui ne viene modificata l’affinità nei confronti dell’ossigeno.

Deossiemoglobina

Ossiemoglobina