Appunti di biochimica

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effetti allosterici giugno 5, 2012

La capacità dell’emoglobina di legare l’ossigeno in modo reversibile è influenzata dalla PO2, dal pH del mezzo, dalla PCO2 e dalla disponibilità del 2-3 bifosfoglicerato. Tutti questi fattori sono detti allosterici e non influiscono sulla mioglobina.

  • Interazioni eme-eme: I cambiamenti strutturali che avvengono in un primo gruppo eme si trasferiscono agli altri gruppi del tetramero emoglobinico. Ciò ha come effetto un aumento dell’affinità per l’ossigeno, così che per l’ultima molecola di ossigeno legata si ha un’affinità di 300 volte maggiore rispetto alla prima molecola. Il legame cooperativo dell’ossigeno permette di consegnare  l’ossigeno ai tessuti in risposta alle variazioni, seppur minime, di PO2. Nei polmoni la concentrazione di ossigeno è più elevata ed è qui che l’emoglobina diventa satura di ossigeno. Man mano che l’emoglobina si avvicina ai tessuti periferici la concentrazione cala e così la ossiemoglobina si scarica liberando l’ossigeno che verrà destinato al metabolismo ossidativo dei tessuti. L’emoglobina riesce così a trasportare e cedere ossigeno dai tessuti ad alta PO2 a quelli a bassa PO2. La mioglobina non potrebbe mai fare altrettanto data la sua alta affinità per l’ossigeno.
  • Effetto Bohr: La cessione dell’ossigeno dell’emoglobina aumenta con il diminuire del pH e con l’aumentare della PCO2. In questi casi infatti l’affinità per l’ossigeno dell’emoglobina diminuisce. D’altra parte un aumento del pH o un abbassamento della PCO2 ha come effetto una maggiore affinità. La concentrazione della CO2 e degli ioni H+ è più elevata nei capillari dei tessuti metabolicamente attivi rispetto a quella riscontrabile nei polmoni, dove la CO2 viene liberata con l’espirazione. Nei tessuti la CO2 viene convertita in acido carbonico dall’anidrasi carbonica :

CO2+H2O ↔ H2CO3  (che perde spontaneamente un protone formando il bicarbonato che è il principale tampone del sangue)

H2CO3↔H++ HCO3
Il protone liberato in questa coppia di reazioni contribuisce ad abbassare il pH.  Questa variazione di pH tra polmoni e tessuti fa si che l’emoglobina sia capace di trasportare e cedere ossigeno, favorendo il carico nei polmoni e la cessione nei tessuti.

La forma deossi dell’emoglobina ha una maggiore affinità per i protoni rispetto alla forma ossi poichè ci sono gruppi ionizzabili, come i gruppi amminici dell’estremità N  e le catene laterali di specifici residui di  istidina che hanno un pKa più elevato nella deossiemoglobina. Proprio per questo, in seguito all’aumento dei protoni e diminuzione del pH, questi gruppi vengono protonati diventando carichi e possono quindi formare legami ionici, detti ponti salini, che stabilizzano l’emoglobina nella forma deossi, determinando una diminuzione dell’affinità per l’ossigeno.

HbO2 + H+ ↔ HbH + O2

ossi                    deossi

  • effetto del 2,3 bifosfoglicerato sull’affinità per l’ossigeno: Il 2,3 bifosfoglicerato (2-3 BPG) è un importante regolatore del legame dell’ossigeno all’emoglobina. E’ il fosfato organico più abbondante nei globuli rossi, dove la sua concentrazione è pari a quella dell’emoglobina. Il 2,3 BPG fa diminuire l’affinità dell’emoglobina per  l’ossigeno legandosi alla forma deossi dell’emoglobina stabilizzandone la forma tesa.

HbO2 + 2,3BPG ↔ Hb-2,3BPG + O2

Il 2,3 BPG si lega a una tasca formata dalle due catene di globina β al centro del tetramero della deossiemoglobina, all’interno della quale ci sono amminoacidi con carica positiva che formano legami ionici con i gruppi fosfato dotati di carica negativa del 2,3 BPG. Una mutazione di uno di questi residui può dunque dar luogo  a una forma anomala di emoglobina a più alta affinità per l’ossigeno. La concentrazione di 2,3 BPG aumenta nei globuli rossi in caso di ipossia cronica come avviene in seguito ad enfisema polmonare o esposizione ad altitudini elevate, o ancora in casi di anemia dove un minor numero di globuli rossi deve soddisfare le necessità dell’organismo. Aumentando permette che ci sia una maggiore cessione di ossigeno ai tessuti.  La concentrazione di 2,3BPG in condizioni  normali è di 5 mmol/L, in condizioni anomale come l’alta altitudine è di 8 mmol/L. Il 2,3 BPG è quindi essenziale per la funzione di trasporto dell’ossigeno svolta dall’emoglobina. Nel sangue trasfuso vi è una minore quantità di 2,3 BPG a causa dei metodi di conservazione. Ciò comporta un aumento dell’affinità dell’Hb per l’ossigeno e una mancata cessione ai tessuti, il che può causare seri  problemi in pazienti fortemente compromessi. Per questo motivo si aggiunge al mezzo di conservazione un substrato, come ad esempio l’inosina che in seguito a una serie di processi si trasforma in 2,3 BPG.

  • Legame del CO2: la maggior parte del biossido di carbonio prodotto reagisce con l’acqua trasformandosi in ione bicarbonato. Tuttavia una parte del CO2 può essere trasportato sottoforma di carbammato legato ai gruppi α amminici privi di carica elettrica dell’emoglobina formando la carbamminoemoglobina.

Hb-NH2+CO2↔Hb-NH-COO+ H+

Il legame con il CO2 stabilizza la forma T  facendo diminuire l’affinità per l’O2.

Il legame del CO: il monossido di carbonio (CO) si lega saldamente al ferro dell’Hb formando la carbossiemoglobina. Quando si lega a uno dei quattro gruppi eme favorisce la forma R e aumenta l’affinità per l’O2 che non viene più rilasciato ai tessuti. La curva di dissociazione dell’ossigeno assume in questo caso una forma iperbolica. L’affinità dell’Hb per il CO è 220 volte maggiore rispetto all’affinità per l’O2, per cui anche piccole quantità di monossido di carbonio possono causare un avvelenamento. L’affinità per il Co sarebbe ancora maggiore se non fosse presente l’istidina distale. L’ossigeno  infatti si lega al ferro in maniera particolare, ossia formando un angolo di 12°. Il monossido invece si lega in modo lineare per cui l’istidina distale non riesce a legare con l’ossigeno del monossido e rafforzare  il legame.

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