Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI LE EMOPROTEINE GLOBULARI

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1 Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI LE EMOPROTEINE GLOBULARI Sono un gruppo di proteine specializzate che legano a sé un gruppo prostetico chiamato eme. Tale gruppo assume un ruolo diverso a seconda dell ambiente generato dalla struttura tridimensionale della proteina. Il gruppo eme dei citocromi ad esempio trasporta elettroni, mentre il gruppo eme della catalasi fa parte del sito attivo dell enzima, ed il gruppo eme di mioglobina ed emoglobina lega in modo reversibile l ossigeno. Il gruppo eme È un complesso formato dalla protoporfirina IX e dallo ione ferroso Fe 2+. Il ferro è trattenuto al centro della molecola dell eme dai legami che stabilisce coni 4 atomi di azoto dell anello profirinico. Lo ione Fe 2+ dell eme può formare altri 2 legami, uno su ciascuna delle 2 facce dell anello porfirinico. Nella mioglobina e nell emoglobina, ad esempio, esso forma un legame di coordinazione con la catena laterale di un residuo di istidina della molecola di globina, mentre l atra valenza è disponibile per il legame con l ossigeno. Mioglobina È un emo emoproteina presente nel muscolo scheletrico e nel miocardio che funge tanto da riserva quanto da trasportatore di ossigeno. Essa consente di aumentare la velocità di spostamento dell ossigeno all interno delle cellule muscolari. La mioglobina consiste in un unica catena polipeptidica strutturalmente simile a ciascuna delle 4 subunità polipeptidiche dell emoglobina. 1. Contenuto di eliche α. La mioglobina è una molecola compatta la cui catena polipeptidica è per l 80% ripiegata in otto tratti a elica α (in figura indicate con le lettere A-H). Ogni tratto termina per la presenza di un residuo di prolina oppure per la presenza di curve β e anse stabilizzate da legami a idrogeno e da legami ionici. 2. Posizione dei residui aminoacidici polari e non polari. La parte interna delle molecola di mioglobina è composta quasi interamente da aminoacidi non polari strettamente ravvicinati e che stabiliscono fra loro interazioni idrofobiche atte a stabilizzare la struttura della catena. Gli aminoacidi polari si trovano quasi esclusivamente sulla superficie esterna della molecola, dove formano legami a idrogeno fra loro e con le molecole di acqua. 3. legame del gruppo eme. Il gruppo eme della mioglobina è accolto in una fenditura della molecola in cui si affacciano le catene laterali di aminoacidi non polari, ad eccezione di 2 residui di istidina. 21

2 3 PROTEINE GLOBULARI Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin Uno di questi, l istidina prossimale, si lega direttamente al ferro dell eme, mentre l altro, l istidina distale, non interagisce direttamente con l eme, ma concorre a stabilizzare il legame fra l ossigeno e lo ione ferroso Fe 2+. La porzione proteica della mioglobina (globina) crea dunque un particolare microambiente che accoglie l eme e permette il legame reversibile con una molecola di ossigeno (ossigenazione). Emoglobina Si trova esclusivamente nei globuli rossi del sangue, ove ha la funzione di trasportare l ossigeno dai polmoni ai capillari tissutali. La principale forma di emoglobina negli adulti è l emoglobina A, A che è composta da 4 catene polipeptidiche, 2 catene α e 2 catene β, tenute insieme fra loro da legami non covalenti. Ciascuna subunità contiene tratti con struttura a elica α e una tasca per l eme simile a quella della mioglobina. La molecola tetramerica dell emoglobina è comunque più complessa sia sul piano strutturale che funzionale. L emoglobina può trasportare CO2 dai tessuti ai polmoni e 4 molecole di O2 dai polmoni ai tessuti. Le proprietà dell emoglobina relative al legame con l ossigeno sono regolate da un insieme di effettori allosterici. Struttura quaternaria dell emoglobina lobina L emoglobina è un tetramero composto da 2 dimeri uguali, (αβ)1 e (αβ)2. le 2 catene polipeptidiche di ciascun dimero sono trattenute l una all altra principalmente da interazioni idrofobiche. I residui aminoacidici idrofobici non si trovano dunque solo all interno della molecola, ma anche in una regione superficiale di ciascuna subunità. Le interazioni idrofobiche intracatenarie determinano una stretta associazione fra la subunità α e la subunità β di ciascun dimero. Fra le 2 subunità dimeriche si stabiliscono inoltre legami a idrogeno e legami ionici. I 2 dimeri possono invece spostarsi l uno rispetto all altro, perché uniti prevalentemente da legami fra porzioni polari. Questa caratteristica consente ai dimeri di occupare posizioni reciproche diverse nella deossiemoglobina e nella ossiemoglobina. a. Forma T (tesa) - deossiemoglobina. I 2 dimeri αβ interagiscono grazie ad una rete di legami ionici e di legami a idrogeno che ostacolano lo spostamento reciproco delle catene polipeptidiche. Tale forma è caratterizzata da una bassa affinità per l O2. b. Forma R (rilassata) - ossiemoglobina. Il legame dell O2 all emoglobina provoca la rottura di alcuni dei legami ionici e dei legami a idrogeno fra i dimeri αβ. Ciò comporta una maggior capacità di spostamento reciproco delle catene polipeptidiche. Tale forma è caratterizzata da una alta affinità per l O2. 22

3 Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI Legame dell O l O2 alla mioglobina ed all emoglobina La mioglobina può legarsi ad una sola molecola di O2 perché contiene un solo gruppo eme. L emoglobina può invece legarsi con 4 molecole di O2, una per ciascuno dei suoi gruppi eme. Il grado di saturazione (Y) di tali siti di legame per l O2 delle molecole di mioglobina ed emoglobina può variare da 0 (tutti i siti sono scarichi) a 100% (tutti i siti sono carichi). La curva di dissociazione dell O2 O Il grafico di Y al variare della pressione parziale dell O2 (po2) prende il nome di curva di saturazione dell O2. Si riscontrano 2 differenze sostanziali fra la curva relativa alla mio globina e quella relativa all emoglobina. La mioglobina ha un affinità per l O2 superiore rispetto all emoglobina. La po2 necessaria a raggiungere l emisaturazione nei siti di legame, ovvero la po2 alla quale Y risulta del 50% (P50), è di circa 1 mmhg per la mioglobina e di circa 26 mmhg per l emoglobina. Si noti come tanto più elevata è l affinità per l O2, quanto più bassa risulta la P50. a. Curva di dissociazione della mioglobina. La curva di dissociazione dell O2 dalla mioglobina ha la forma di un iperbole. Ciò riflette il fatto che essa si lega reversibilmente ad una sola molecola di O2. fra la forma ossigenata (MbO2) e la forma deossigenata (Mb) della mioglobina esiste un equilibrio semplice: Mb + O2 MbO2 L equilibrio si sposta a destra o a sinistra in seguito all aggiunta o all allontanamento di O2 dal sistema. La mioglobina lega l O2 liberato dall emoglobina alla bassa po2 presente nei muscoli per poi liberarlo a sua volta all interno delle cellule muscolari in risposta al consumo dello stesso. b. Curva di dissociazione della mioglobina oglobina. La curva di dissociazione dell O2 dall emoglobina una forma sigmoidale. Ciò riflette il fatto che sue subunità cooperano nel legame con l O2. il legame di una molecola di O2 ad un gruppo eme comporta un aumento di affinità per l O2 degli altri gruppi eme della stessa molecola di emoglobina. Tale effetto è indicato come interazione eme-eme eme. Il legame della prima molecola di O2 all emoglobina è dunque il più difficile, ed i successivi legami avvengono con una affinità crescente, come è evidenziato dalla forte pendenza della curva nella regione compresa fra i 20 ed i 30 mmhg. 23

4 3 PROTEINE GLOBULARI Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin Gli effetti allosterici La capiacità dell emoglobina di legare O2 è influenzata dalla po2, dal ph del mezzo, dalla pco2 e dalla disponibilità del 2,4 bifosfoglicerato. Tutti questi fattori sono definiti effettori allosterici perché influenzano il legame dell O2 all eme che si trova in un sito di legame diverso dal sito di legame dell effettore. 1. Interazioni eme-eme eme. La curva di legame sigmoidale del legame dell O2 riflette i cambiamenti strutturali specifici che avvengono prima in un gruppo eme e si trasmettono quindi agli altri gruppi eme del tetramero dell emoglobina. L effetto finale è tale per cui l affinità dell emoglobina per l ultima molecola di O2 che si lega è circa 300 volte maggiore della sua affinità per la prima molecola di O2. a. Assunzione e liberazione di O2. O il legame cooperativo dell O2 permetta all emoglobina di consegnare ai tessuti una maggiore quantità di O2 in risposta a cambiamenti relativamente piccoli della po2 negli alveoli polmonari e nei capillari tissutali. Nei polmoni la po2 è più elevata e l emoglobina si satura di O2. Nei tessuti periferici, in risposta ad una bassa po2, l ossiemoglobina libera gran parte dell O2. b. Significato della curva di dissociazione sigmoidale dell O2. l andamento ripido della curva di dissociazione dell O2 nell intervallo di concentrazione di O2 tra i polmoni ed i tessuti permette all emoglobina di trasportare e consegnare O2 con efficienza dai siti in cui la po2 è elevata a quelli dove è bassa. La mioglobina, con la sua curva di dissociazione iperbolica, non potrebbe raggiungere un simile livello di cessione dell O2 entro lo stesso intervallo di variazione di po2. 2. Effetto Bohr. La cessione dell O2 dall emoglobina aumenta all abbassarsi del ph, o nelle condizioni in cui la pco2 è bassa. In entrambi i casi l affinità dell emoglobina per l O2 diminuisce e la curva di dissociazione dell O2 si sposta a destra. Questo 24

5 Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI cambiamento del legame dell O2 si chiama effetto Bohr. Al contrario un aumento del ph o un abbassamento della pco2 comporta una maggiore affinità dell emoglobina per l O2 ed un conseguente spostamento a sinistra della curva di dissociazione per l O2. a. La fonte dei protoni che fanno abbassare il ph. Pa pco2 e degli ioni H + nei capillari dei tessuti metabolicamente attivi è più elevata rispetto a quella dei capillari polmonari, dove il CO2 si libera nell aria che sarà espirata. Il metabolismo anaerobico dei muscoli a contrazione rapida comporta la formazione dell acido lattico. Nei tessuti il CO2 è convertito in acido carbonico dall anidrasi anidrasi carbonica CO2 + H2O H2CO3 Che perde spontaneamente un protone, formando il bicarbonato, il principale tampone del sangue: H2CO3 HCO3 - + H + Il protone prodotto in questa coppia di reazioni contribuisce ad abbassare il ph. Questo gradiente differenziale di ph (ph più alto nei polmoni e più basso negli altri tessuti) favorisce la cessione dell O2 nei tessuti periferici ed il carico di O2 nei polmoni. L affinità per l O2 dell emoglobina risponde dunque a piccole variazioni di ph fra polmoni e i tessuti che consumano O2, rendendo così l emoglobina un trasportatore di O2 più efficiente. b. Meccanismo dell effetto Bohr. L effetto Bohr riflette il fatto che la deossiemoglobina ha una maggior affinità per i protoni rispetto all ossiemoglobina. Tale effetto dipende da gruppi ionizzabili, come i gruppi α-aminici dell estremità N e le catene laterali di specifici residui di istidina, che hanno un pka più elevato nella deossiemoglobina che nella ossiemoglobina. In seguito ad un aumento di concentrazione di protoni (quindi una diminuzione del ph) questi gruppi vengono protonati (diventando carichi)e possono così formare legami ionici. Questi legami ionici, detti ponti salini, stabilizzano l emoglobina principalmente nella forma deossi, determinandone una diminuzione dell affinità per l O2. L effetto Bohr può essere così rappresentato: HbO2 + H + HbH + O2 ossiemoglobina deossiemoglobina dove un aumento della concentrazione di H + o una diminuzione della pco2 sposta l equilibrio a destra, favorendo la formazione di deossiemoglobina, mentre un aumento della po2, o una diminuzione della concentrazione di H + sposta l equilibrio a sinistra, favorendo la formazione di ossiemoglobina. 3. Effetto del 2,3 bifosfoglicerato oglicerato sull affinità per l O2. il 2,3-BPG è un importante regolatore del legame dell O2 all emoglobina. È il fosfato organico più abbondante nei globuli rossi, dove la sua concentrazione è circa pari a quella dell emoglobina. Il 2,3-BPG è sintetizzato a partire da un intermedio della via glicolitica. a. Legame del 2,3-BPG ala deossiemoglobina. Il 2,3-BPG fa diminuire l affinità dell emoglobina per l O2, legandosi alla deossiemoglobina. Questo legame preferenziale stabilizza la forma tesa dell emoglobina.l effetto del legame del 2,3-BPG può essere rappresentato schematicamente come segue: 25

6 3 PROTEINE GLOBULARI Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 26 HbO2 + 2,3-BPG Hb-2,3-BPG + O2 ossiemoglobina deossiemoglobina b. Il sito di legame de 2,3-BPG BPG. Il 2,3-BPG, nella misura di una sola molecola, si lega a una tasca formata dalle 2 catene di globina β al centro del tetramero di ossiemoglobina. Questa tasca contiene vari aminoacidi con carica positiva, che formano legami ionici con i gruppi fosfato dotati di carica negativa del 2,3-BPG. In seguito all ossigenazione, l emoglobina libera il 2,3-BPG. c. Lo spostamento della curva di dissociazione dell O2. l emoglobina prima del 2,3-BPG ha un affinità elevata per l O2. nei globuli rossi, la presenza del 2,3-BPG riduce invece in modo significativo l affinità dell emoglobina per l O2, facendo spostare la curva di dissociazione dell O2 verso destra. La ridotta affinità permette all emoglobina di cedere l O2 quando la po2 ha il basso valore tipico dei tessuti. d. Variazioni dei livelli di 2,3-BPG in risposta all ipossia cronica o all anemia nemia. La concentrazione del 2,3-BPG negli eritrociti aumenta in risposta all ipossia cronica (es. enfisema polmonare ostruttivo, altitudini elevate). I livelli di 2,3-BPG sono elevati anche in caso di anemia cronica. I livelli elevati di 2,3-BPG fanno abbassare l affinità dell emoglobina per l O2, permettendo una maggior cessione di O2 ai tessuti. e. Il 2,3-BPG nel sangue trasfuso. La conservazione del sangue in citrato acido-destrosio comporta una diminuzione dei livelli di 2,3-BPG nei globuli rossi. Il sangue così trattato ha dunque una affinità per l O2 anormalmente elevata e non riesce dunque a cedere quantità adeguate di O2ai tessuti. L emoglobina priva di 2,3-BPG agisce quindi come una trappola per l O2 piuttosto che come un sistema di trasporto dello stesso. I globuli rossi trasfusi riescono a recuperare le scorte impoverite di 2,3-BPG in ore. La diminuzione del 2,3-BPG può essere evitata aggiungendo al mezzo di conservazione alcuni substrati quali l inosina (ipoxantinaribosio). 4. Il legame del CO2. la maggior parte del CO2 prodotto dal metabolismo reagisce con l acqua ed è trasportato sottoforma di ione bicarbonato. Tuttavia una parte del CO2 è trasportato come carbammato, legato ai gruppi α-amminici privi di carica elettrica dell emoglobina (carb carbamminoemoglobina amminoemoglobina). Hb-NN2 + CO2 Hb-NH-COO - + H + Il legame del CO2 stabilizza la forma T dell emoglobina, producendo una diminuzione della sua affinità per l O2. Nei polmoni il CO2 si dissocia dall emoglobina, liberandosi con l espirazione. 5. Il legame del CO. Il monossido di carbonio (CO) si lega saldamente (in modo comunque reversibile) al ferro dell emoglobina formando la carbossiemoglobina (HbCO HbCO). Quando il CO si lega a 1 o più dei 4 gruppi eme, l emoglobina passa alla conformazione R, comportando un elevata affinità dei restanti gruppi eme all O2. In tal modo la curva si dissociazione dell O2 si sposta verso sinistra, modificandone la normale forma sigmoidale in quella di un iperbole. In

7 Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI conseguenza a ciò l emoglobina non riesce più a cedere O2 ai tessuti. Da notare come l affinità dell emoglobina per il CO sia 220 volte superiore rispetto a quella per l O2. anche piccole concentrazioni di CO nell ambiente sono dunque in grado di comportare la formazione di concentrazioni ematiche pericolosamente tossiche di HbCO. Inoltre il CO, oltre ad avere la capacità di comportare ipossia nei tessuti, a causa della formazione di HbCO, è in grado di provocare un danno cellulare diretto. L avvelenamento da CO si tratta con terapia iperbarica di O2 al 100%, che facilita l eliminazione del CO dall emoglobina. Le emoglobine minori L emoglobina A umana (HbA HbA) è solo uno dei membri della famiglia delle emoglobine. Alcune emoglobine, quali ad esempio la HbF, si formano soltanto durante lo sviluppo fetale, mentre altre, quali la HbA2 sono sintetizzate nell adulto, seppur in quantità inferiore rispetto all HbA. La HbA può inoltre modificarsi per l aggiunta di uno zucchero esoso legato covalentemente, dando origine a derivati glicosilati quali la Hba1c 1c. 1. Emoglobina fetale HbF. È un tetramero consistente in 2 catene α, identiche a quelle che della HbA, e 2 catene γ (α2γ2) che appartengono alla famiglia delle globine β. a. Sintesi della HbF durante lo sviluppo. Nelle prime settimane dopo il concepimento il sacco vitellino dell embrione sintetizza l emoglobina embrionale (Hb Gower 1), 1 composta da 2 catene Z e 2 catene epsilon (ζ2ε2). Nel giro di 2 settimane il fegato del feto inizia a sintetizzare HbF, una funzione per la quale sarà in seguito sostituito dal midollo ossseo. La HbF è la principale forma di emoglobina nel feto e nel neonato; negli ultimi mesi delle vita fetale essa ammonta attorno al 60% dell emoglobina totale. Nel midollo osseo la sintesi della HbA inizia circa all ottavo mese di gravidanza e sostituisce gradualmente la sintesi della HbF. b. Legame del 2,3-BPG alla HbF. In condizioni fisiologiche il 2,3-BPG si lega solo debolmente alla HbF, per cui la HbF mostra in media un affinità per l O2 superiore rispetto all HbA. Nelle catene di globina γ dell HbF mancano alcuni degli aminoacidi con carica positiva responsabili del legame con il 2,3-BPG. Se entrambe HbA ed HbF sono private del 2,3-BPG mostrano un affinità per l O2 simile. La maggior affinità per l O2 della HbF facilita il passaggio dell O2 attraverso la placenta dal circolo della madre ai globuli rossi del feto. 2. Emoglobina A2 A (HbA2). È un componente minore del corredo emoglobinico dell adulto e costituisce circa il 2& del emoglobina totale. La HbA2 è formata da 2 catene di globina α e 2 catene di globina δ (α2δ2). 3. Emoglobina A1C A 1C. in condizioni fisiologiche l HbA subisce una lenta glicosilazione non enzimatica, il cui grado dipende dalla concentrazione plasmatica di glucosio. L HbA1C contiene dei residui di glucosio uniti prevalentemente al gruppo NH2 dei residui terminali di valina delle catene di globina β. Nei globuli rossi dei pazienti affetti da diabete mellito la quantità di HbA1C è più 27

8 3 PROTEINE GLOBULARI Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin elevata del normale perché, nei 120 giorni di vita degli eritrociti, la HbA si trova in presenza di una concentrazione di glucosio anormalmente elevata. Organizzazione dei geni delle globine La famiglia dei geni α I geni che codificano le subunità globiniche del tipo α e del tipo β si trovano in 2 diversi raggruppamenti di geni, situati su 2 cromosomi diversi. Il gruppo di geni α si trova sul cromosoma 16 e contiene 2 geni per le catene di globina α, il gene ζ (zeta), e numerosi geni di tipo globinico non espressi denominati pseudogeni. La famiglia dei geni β Sul cromosoma 11 si trova un unico gene per le catene di globina β. Sullo stesso cromosoma vi sono poi altri geni che codificano globine simili β: il gene ε(epsilon), 2 geni γ, ed il gene δ. Tappe della sintesi delle catene globiniche L espressione dei geni globinici inizia nel nucleo dei precursori dei globuli rossi, ove avviene la trascrizione della sequenza di DNA del gene. L RNA prodotto dalla trascrizione è un precursore delll mrna utilizzato nella sintesi della catena globinica. Affinchè esso sia utilizzabile devono essere rimosse 2 sequenze non codificanti di RNA (introni) dall RNA precursore e i 3 frammenti restanti devono essere uniti linearmente uno all altro. L mrna maturo che ne deriva passa al citosol, dove la sua informazione genetica è tradotta, dando luogo alla formazione di 1 catena globinica. Emoglobinopatie ie Sono disfunzioni provocate dalla produzione di molecole di emoglobina anormali sul piano strutturale, di quantità insufficienti di emoglobina normale, oppure di entrambi i difetti. Anemia a cellule falciformi È una disfunzione genetica del sangue causata dalla modificazione di un solo nucleotide del gene della globina β. Begli Stati Uniti colpisce circa persone, ed è la disfunzione ereditaria del sangue più comune. Essa riguarda prevalentemente la popolazione afroamericana, e colpisce 1 su 500 neonati afroamericani. Si tratta di una disfunzione omozigote 28

9 Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI recessiva, e si verifica nei soggetti che hanno ereditato 2 alleli mutanti, uno da ciascun genitore, di un gene che codifica la catena di globina β. La catena di globina β mutante è indicata come β S e l emoglobina che ne deriva, la α2β S 2 è denominata HbS. I bambini mostrano sintomi solo allorché una sufficiente quantità di HbF è stata sostituita da HbS, la quale innesca la falcemizzazione degli eritrociti. L anemia falciforme si caratterizza per gli episodi dolorosi che ricorrono per tutta la vita, a causa di un anemia emolitica cronica e per un aumento della suscettibilità alle infezioni. Fra i sintomi si riconoscono la sindrome toracica acuta, l ictus, ed alcune disfunzioni del rene e della milza. La vita media di un eritrocita omozigote per la HbS è approssimativamente di 20 giorni, anziché 120 giorni di un eritrocita normale. Gli eterozigoti, che ammontano ad 1 afroamericano su 10, possiedono un allele normale ed uno per la falcemia. I globuli rossi di questi soggetti contengono sia la HbS che la hba; si dice che essi hanno il tratto falcemico. Generalmente non mostrano sintomi ed hanno un aspettativa di vita normale. 1. Sostituzione di un aminoacido nelle catene β della HbS. Una molecola di HbS contiene 2 catene di globina α normali e 2 catene di globina β S mutanti, ove il glutammato che occupa la posizione 6 è sostituito dalla valina. Durante l elettroforesi a ph alcalino la HbS migra più lentamente della HbA verso l anodo. Ciò è dovuta all assenza della carica negativa del residuo di glutammato nelle 2 catene β, che rende la HbS meno negativa della HbA. 2. La falcemizzazione provoca l anossia dei i tessuti. La sostituzione del residuo carico negativamente di glutammato, con l aminoacido non polare valina, provoca sulla globina β la formazione di una protrusione, in grado di incastrarsi su un sito complementare della catena α di un altra molecola di emoglobina. Quando la po2 è bassa, la HbS polimerizza all interno dei globuli rossi, inizialmente formando un gel e, successivamente, aggregandosi in un reticolato di polimeri fibrosi che irrigidiscono e distorcono gli eritrociti, fino a far assumere loro una forma anomala, e a farli diventare scarsamente flessibili. Spesso queste cellule falciformi bloccano il flusso ematico nei capillari più sottili, determinando anossia localizzata nel tessuto e provocando dolore e morte cellulare (infarto) nei pressi dell ostruzione. 3. Variabili che fanno aumentare la falcemizzazione. Il grado di falcemizzaione aumenta in risposta a tutte le variabili che possono far aumentare la proporzione della HbS nello stato deossi. Esse sono l abbassamento della po2 che si verifica in alta quota o in aerei non pressurizzati, un aumento della pco2, una diminuzione del ph ed un aumento del 2,3-BPG negli eritrociti. 29

10 3 PROTEINE GLOBULARI Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 4. Trattamento. La terapia prevede un adeguata idratazione, analgesici, terapia antibiotica d attacco nel caso di infezioni e, nei casi di pazienti con alto rischio di occlusione fatale dei vasi, di trasfusioni. L idrossiurea idrossiurea, un farmaco antitumorale, riduce la frequenza delle crisi dolorose e la mortalità. 5. Possibile vantaggio selettivo dello stato eterozigote. Gli eterozigoti per il gene dell anemia falciforme sono meno suscettibili a contrarre la malaria provocata dal parassita plasmodium falciparum, che trascorre obbligatoriamente parte del suo ciclo vitale nei globuli rossi. Poiché negli individui eterozigoti per la HbS, come negli omozigoti, gli eritrociti hanno una vita più breve rispetto al normale, il parassita non riesce a completare lo stadio intracellulare dello sviluppo. Ciò offre un vantaggio selettivo agli eterozigoti che vivono nelle regioni ove la malaria è un importante causa di morte. La malattia da emoglobina C L HbC è una variante emoglobinica con una sostituzione aminoacidica nella sesta posizione della catena di globina β, ove il glutammato è sostituito dalla lisina. Generalmente i pazienti omozigoti per 30

11 Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 3 PROTEINE GLOBULARI la HbC presentano un anemia emolitica cronica di entità mediamente lieve che non comporta crisi infartuali e non richiede terapia specifica. La malattia da emoglobina SC Alcune catene di globina β hanno la mutazione per l anemia falciforme, altre hanno la mutazione tipica della HbC. Gli individui affetti da HbSC sono quindi eterozigoti composti. È frequente che i pazienti affetti da HbSC stiano bene fino a quando non sono colpiti da una crisi infartuale che può verificarsi dopo il parto o un operazione chirurgica e che può essere fatale. Le metaemoglobinemie L ossidazione dell eme dell emoglobina allo stato ferrico (Fe 3+ ) dà luogo alla metaemoglobina, che non può legarsi con L O2. tale fenomeno può essere provocato da certi farmaci, quali i nitrati, da prodotti endogeni, quali certi intermedi reattivi dell O2, oppure dipendere da alcuni difetti ereditari. Un accumulo di metaemoglobina può anche essere dovuto alla carenza della NADH-metaemoglobina reduttasi, un enzima che catalizza la conversione della metaemoglobina (Fe 3+ ) in emoglobina (Fe 2+ ). I neonati hanno una capacità di ridurre la metaemoglobina che è circa la metà di quella degli adulti, e sono perciò particolarmente suscettibili agli effetti delle sostanze che inducono alla formazione di metaemoglobina. Le metaemoglobinemie sono caratterizzate da una cianosi color cioccolato e da una colorazione bruna del sangue, causate dal colore scuro della metaemoglobina. I sintomi sono correlati all ipossia tissutale ed includono ansia, cefalea e dispnea, ed in rari casi coma e morte. Le talassemie Sono malattie emolitiche caratterizzate da uno squilibrio nella sintesi delle catene globiniche. Normalmente la sintesi di catene di globina α e β è coordinata, cosicché per ciascuna catena di globina α vi è una catena di globina β, in modo da consentire la formazione di α2β2. nelle talassemie è dunque carente la sintesi di catene di globina α oppure β. Una talassemia può comportare la mancata formazione di un tipo di catena globinica (talassemia α 0 o talassemia β 0 ) oppure un tasso di sintesi ridotto di un tipo di catena globinica (talassemia α + o talassemia β + ). 1. Talassemie semie β. La sintesi di la sintesi di catene di globina β è ridotta o nulla, mentre la sintesi di catene di globina catene di globina α è normale. Le catene di globina α non pssono formare dei tetrameri stabili e perciò precipitano, provocando la morte prematura i cellule destinate a diventare globuli rossi maturi. Si verifica inoltre l accumulo della α2γ2 (HbF) e della γ4 (Hb di Bart). In ciascuna cellula ci sono soltanto 2 copie del gene della globina β. I soggetti con 1 difetto del gene della globina β hanno perciò il tratto talassemico β (o talassemia β minore) quando portano una sola copia difettosa del gene della globina β, mentre sono affetti dalla talassemia β maggiore se entrambi gli alleli sono difettosi. Siccome il gene della globina β comincia ad essere espresso soltanto nelle fasi tardive delle gestazione del feto, le manifestazioni fisiche della talassemia β compaiono solo dopo la nascita. I soggetti che hanno la talassemia β minore producono una certa quantità di catene β e non necessitano perciò di un trattamento specifico. I neonati affetti da talassemia β maggiore nascono invece mediamente sani, per poi diventare gravemente anemici nel primo o secondo anno di vita. Tali individui devono ricevere regolarmente trasfusioni di sangue. L effetto cumulativo delle trasfusioni comporta un sovraccarico di ferro (emosiderosi emosiderosi) che di solito provoca la morte del paziente fra i 15 ed i 25 anni di età. In tali casi la terapia di sostituzione del midollo osseo rappresenta un valido strumento terapeutico. 31

12 3 PROTEINE GLOBULARI Appunti di BIOCHIMICA a cura di fabio Zonin 2. Talassemie α. La sintesi di globine α è ridotta o nulla. Poiché il genoma umano contiene 4 copie del gene della globina α, vi sono vari gradi di carenza delle catene di globina α. Se il difetto colpisce 1 dei 4 geni, non si verificano manifestazioni cliniche della malattia, ed il soggetto si definisce portatore silente della talassemia α. Se il difetto riguarda 2 copie del gene della globina α, il soggetto ha il tratto talassemico α. Se il difetto riguarda 3 copie del gene, l individuo ha la malattia da emoglobina obina H (HbH HbH), un anemia emolitica di grado da lieve a grave. Siccome la sintesi delle catene di globina β e γ non è compromessa, si accumulano tetrameri γ (γ4 Hb di Bart) o tetrameri β (β4 - HbH). Sebbene tali tetrameri siano abbastanza solubili, fra le unità non vi sono interazioni emeeme e le loro curve di dissociazione dall O2 sono pertanto quasi iperboliche. Ciò rende l Hb di Bart e l HbH sostanzialmente inutilizzabili come trasportatori di O2 ai tessuti. Infine, se tutte 4 le copie del gene della globina α sono difettose, ne derivano l idrope fetale e la conseguente morte del feto, poiché le catene di globina della globina α sono indispensabili per la produzione della HbF. 32

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