La struttura quaternaria della deossiemoglobina prende il nome di : forma T (tesa) mentre quella della ossiemoglobina viene chiamata forma R

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1 La struttura quaternaria della deossiemoglobina prende il nome di : forma T (tesa) mentre quella della ossiemoglobina viene chiamata forma R (rilasciata); nello stato teso vi sono una serie di interazioni elettrostatiche piuttosto forti tra amminoacidi acidi e amminoacidi basici che portano ad una struttura rigida della deossiemoglobina (ecco il perché del "forma tesa"), mentre quando si lega l ossigeno, l entità di queste interazioni diminuisce (ecco il perché del "forma rilasciata")

2 Struttura quaternaria dell emoglobina emoglobina In seguito all ossigenazione i dimeri α 1 β 1 ed α 2 β 2 ruotano di circa 15 uno rispetto all altro. altro.

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4 La struttura quaternaria della deossiemoglobina prende il nome di : forma T (tesa) mentre quella della ossiemoglobina viene chiamata forma R (rilasciata); nello stato teso vi sono una serie di interazioni elettrostatiche piuttosto forti tra amminoacidi acidi e amminoacidi basici che portano ad una struttura rigida della deossiemoglobina (ecco il perché del "forma tesa"), mentre quando si lega l ossigeno, l entità di queste interazioni diminuisce (ecco il perché del "forma rilasciata"). Inoltre, in assenza di ossigeno, la carica dell istidina viene stabilizzata dalla carica opposta dell acido aspartico mentre, in presenza di ossigeno, c è la tendenza da parte della proteina, a perdere un protone; tutto ciò comporta che l emoglobina ossigenata sia un acido più forte dell emoglobia deossigenata: effetto bohr

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6 StatoT (deossi) Stato R (ossi) in assenza di ossigeno, la carica dell istidina viene stabilizzata dalla carica opposta dell acido aspartico in presenza di ossigeno, c è la tendenza da parte della proteina, a perdere un protone;

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8 4 tra α1 e α2 1 tra α1 e β2 1 tra α2 e β1 1 intracatena per ogni β

9 Transizione T-R con cooperatività di legame

10 La molecola di deossiemoglobina è mantenuta nella forma T dalla presenza di sei ponti salini intersubunità, quattro tra le catene α, uno tra le catene α1 e β2 e uno tra le catene α2 e β1. Inoltre nelle catene β sono presenti anche due ponti salini intrasubunità. L'accesso dell'ossigeno agli eme α sembra favorito, da un minor ingombro sterico, rispetto agli eme β. Nella deossiemoglobina il ferro si trova fuori dal piano dell'eme verso l'istidina prossimale e l'eme assume una forma a cupola ("domed"). Il legame dell'ossigeno ad una subunità provoca delle variazioni conformazionali terziarie con la rottura dei ponti salini e rilascio di protoni. La rottura di quattro dei sei ponti salini intersubunità e le variazioni conformazionali terziarie a livello dell'interfaccia α1β2 modificano la costante dell'equilibrio conformazionale T R a favore della struttura quaternaria R (Figura 6). Il gruppo eme amplifica i piccoli cambiamenti del raggio atomico del ferro conseguenti alla transizione da alto a basso spin in un relativamente grande movimento dell'istidina F8. Tramite l'elica F il movimento è trasmesso all'interfaccia α1β2 causando la destabilizzazione della struttura T rispetto alla R. Una trattazione matematica di questo modello è stata sviluppata da Szabo e Karplus (Szabo & Karplus, 1972).

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16 I componenti principali dell aria sono: Azoto: 78% (Percentuale molare) Ossigeno: 20,96% anidride carbonica: 0,03% Argon: 0,8% Altri gas : 0,21% Secondo la legge di Dalton, la somma delle corrispondenti pressioni parziali deve essere uguale alla pressione atmosferica (1 atm = 101,3 KPa) e infatti: azoto: 79,014 kpa ossigeno: 21,232 kpa anidride carbonica: 0,0304 kpa argon: 0,8104 kpa altri gas: 0,2127 kpa Totale (aria): 101,3 kpa La normale pressione atmosferica può sostenere circa 760 mm di mercurio; quindi 1/760 di una atmosfera, o 1 mm di mercurio (mmhg), è da lungo tempo una unità di misura molto diffusa. 1 Torr. La pressione esercitata da una colonnina di mercurio di 1 mm. in condizioni standard. 1 Torr = 133,322 Pa 1 atm = 760mm Hg = 101,3 KPa

17 Curva

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23 Tasca idrofobica per l eme

24 CO2

25 Hb-nH+ +4O2 Hb-4O2 + nh+

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29 TRASPORTO ANIDRIDE CARBONICA La CO2 è molto più solubile dell O2. Circa il 10% è disciolta nel plasma Circa il 30 % si lega alle proteine plasmatiche e all Hb Circa il 70% viene trasportato sotto forma di ioni bicarbonato (HCO 3- )

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31 Sotto*) *

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36 Vi sono altri fattori che possono influire sulla capacità dell emoglobina di legarsi all ossigeno, uno di questi è la concentrazione di 2,3 bisfosfoglicerato. Il 2,3 bisfosfoglicerato è un metabolita presente negli eritrociti in concentrazione 4-5 mm (in nessun altra parte dell organismo è presente in concentrazione così elevata). A ph fisiologico, il 2,3 bisfosfoglicerato è deprotonato ed ha su di sé cinque cariche negative; si va ad incuneare tra le due catene beta dell emoglobina perché tali catene presentano un elevata concentrazione di cariche positive. Le interazioni elettrostatiche tra le catene beta ed il 2,3 bisfosfoglicerato conferiscono una certa rigidità al sistema: si ottiene una struttura tesa che ha scarsa affinità per l ossigeno; durante l ossigenazione, poi, il 2,3 bisfosfoglicerato viene espulso. Negli eritrociti c è un apparato apposito che converte l 1,3 bisfosfoglicerato (prodotto dal metabolismo) in 2,3 bisfosfoglicerato in modo che esso raggiunga una concentrazione di 4-5 mm e che quindi l emoglobina sia in grado di scambiare l ossigeno nei tessuti.

37 H H

38 2,3-Bifosfoglicerato Effettore allosterico presente in concentrazioni variabili nella cellula (g. rosso) si lega con alta affinità in una nicchia prodotta da aa. con cariche +, il suo ruolo è quello di stabilizzare la forma deossi con conseguente maggior rilascio di ossigeno. Permette l adattamento immediato ad alte quote, e l utilizzo dell ossigeno materno dal feto Hb fetale due catene α e due catene γ al posto delle β. Le catene γ hanno Ser al posto His 143, questo elimina due cariche positivo dal sito per il BPG, riducendone l affinità, l assenza di BPG fa aumentare l affinità dell Hb fetale a scapito di quella materna

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42 po 2 nei tessuti po 2 nei polm. (4500m slm) po 2 nei polm. a l. del mare variare fa 5mM a livello del mare 8mM in alta montagna.

43 5mM a livello del mare 8mM in alta montagna. 0mM l Hb lega l O con alta affinità A livello del mare l Hb è saturata nei polmoni(100mmhg), nei tessuti (20mmHg), quindi trasferisce il 70% di O 2. La saturazione dell Hb scende del 30% con l altitudine, con l aumento di BPG ritorna normale.

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46 Nello sviluppo di un essere umano vi sono dei geni che vengono espressi solo per un determinato periodo di tempo; per tale motivo si hanno emoglobine diverse: fetali, embrionali, dell uomo adulto. Le catene che costituiscono queste diverse emoglobine, hanno delle strutture differenti, ma con delle similitudini, infatti la funzione che svolgono è più o meno la stessa.

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48 La catena γ presenta una ser al posto di una his in posizione 143, l HbF ha quindi 2 cariche+ in meno nella sua cavità centrale, ha quindi bassa affinità per il 2,3BPG e una maggiore affinità per l ossigeno dell HbM

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54 Struttura quaternaria dell Hb (4 eliche) determina il comportamento differente ad alta e bassa pp di O2; responsabile della curva sigmoidale (cooperatività)

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56 CO2

57 Per variazioni di ph variazioni di affinità all O2; modifiche di struttura e della curva di azione di massa. A dx rilascia più O2 A sn più O2 legato.

58 po 2 nei tessuti po 2 nei polm. (4500m slm) po 2 nei polm. a l. del mare 5mM a livello del mare 8mM in alta montagna. Spostamento a destra della curva, aumento del rilascio di O2 quando il 2,3 DPG (o fa BPG) è legato all Hb. variare Permette regolazione dell O2 richiesto in base all entità di catabolismo in corso. Adattamento a quote diverse del livello del mare. Scambio O2 Placenta/embrione, feto

59 Hb embrionale e fetale, catene β sostituite da γ e ε, non legano il 2,3 BPG, maggiore affinità per O2 di Hb materna

60 15g/dl= 15g/100ml; 150g/1000ml= 150g/L 150g. : 1L= x : 5L x = 150*5/1 750g/5L

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68 Hb Hammersmith [Phe(42)βSer] La Ser permette all H2O di entrare nella sacca dell EME

69 Hb A con Gly Hb Savannah [Gly(24)βVal]

70 Hb Milwaukee [His Gly] Fe 3+ Stabilizzato dalla Gly

71 Hb Kansas[Asn(102) βthr]:si perde un legame ad H nell interfaccia α1/β2: Asn(102) β2/ Asp(94) α1; si stabilizza lo stato T, p50=70 mm Hg

72 Hb Yakima [Asp(99)βHis]: si è perso un legame ad H critico tra Β2-Asp(99) e α1-tyr(42) che stabilizza lo stato T; p50 = 12 mmhg

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78 Gly 33%; Pro 13%; Hyp 9%; 45% tra leu, Ala etc.

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83 Vit. C

84 a a a (vitc)

85 Idrossilazione di prolina

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93 La biosintesi del collagene avviene ad opera di diversi tipi cellulari a seconda del tessuto (ad esempio fibroblasti nel tessuto connettivo, osteoblasti nell osso). Il processo inizia con la trascrizione del gene o dei geni e la maturazione dell mrna. Sono presenti sequenze che codificano per lunghi peptidi in eccesso rispetto alle molecole di collagene mature, quindi il collagene nasce come procollagene, prodotto che possiede rispetto al collagene due telomeri, uno N-Terminale e uno C- Terminale, che hanno struttura globulare. La traduzione avviene a livello dei ribosomi a ridosso della parete del RER (reticolo endoplasmatico rugoso) e la catena nascente di procollagene subisce rimozione del peptide segnale e idrossilazione di specifici residui di prolina e lisina ad idrossiprolina e idrossilisina (ad opera di idrossilasi, con cofattore essenziale la vitamina C), con la produzione di catene alfa di procollagene. Tre di queste catene si avvolgono a formare una tripla elica, stabilizzata da legame a idrogeno tra amminoacidi idrossilati (legami crociati). Questa elica passa nell apparato del Golgi dove viene completata la glicosilazione e da qui, attraverso vescicole di secrezione la molecola viene secreta all esterno. All esterno della cellula la molecola subisce l azione di alcune procollageno peptidasi, che rimuovono i residui N-terminali e C-terminali trasformando il procollagene in tropocollageno 2 telomeri, uno N-terminale e uno C-terminale

94 Le molecole di tropocollagene si dispongono in file parallele a formare fibrille. Le fibrille infine possono disporsi in fasci ondulati o paralleli per formare fibre e le fibre possono formare fasci di fibre.

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97 Più di 1000 mutazioni nei 22 geni che cod. per il collageno e la sua sintesi, sono causa di molte patologie. La sindrome di Ehlers-Danlos (EDS) si origina da: Carenza di lisil/prolil idrossilasi o carenza di procoll. peptidasi, o da mutazioni puntiformi della sequenza aminoacidica. Mutazioni del collageno di tipo III, importante componente delle arterie, è causa di disturbi vascolari potenzialmente letali. Si associa anche a lassità della cute, oltre che lassità delle articolazioni.

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99 Osteogenesi imperfetta (OI) o sindrome delle ossa di vetro, comprende un gruppo eterogeneo di patologie ereditarie. Tipo I, OI tardiva, si manifesta nella prima infanzia con fratture secondarie a traumi di minore entità, si può ipotizzare se l ecografia prenatale mostra incurvature o fratture nelle ossa lunghe. OI di tipo II o congenita, I pazienti muoiono prima della nascita o subito dopo il parto per insufficienza respiratoria

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101 ELASTINA L'elastina è una proteina costituente il tessuto connettivo: è elastica e permette a molti tessuti di tornare alla loro forma originaria dopo forze di stiramento o di contrazione. L'elastina è un costituente fondamentale della pelle, cui si deve la caratteristica risposta elastica quando il tessuto è sottoposto a tensioni meccaniche. Il locus è Chr. 7 q ,

102 Localizzazione L'elastina svolge un ruolo importante nelle arterie ed è particolarmente abbondante nei grandi vasi sanguigni come l aorta. È anche un costituente strutturale molto importante dei polmoni, dei legamenti, della pelle, della vescica e della cartilagine.

103 Composizione glicina, valina, alanina e prolina, aa che compongono l elastina. è formata da molte molecole di tropoelastina (ad alfa-elica), idrosolubile e con massa molecolare di circa dalton, legate da legame covalente formatosi tra le lisine (lisil ossidasi). Il prodotto finale consiste in un voluminoso composto insolubile con resistenti legami crociati di lisina. Desmosina e isodesmosina sono proteine collegate all'elastina.

104 L Elastina è un polimero insolubile formato da tropoelastina, una proteina lineare di 700aa., prevalentemente piccoli e apolari (gly, ala, val). Inoltre presenta pro, e lys, ma solo tracce di HyPro e manca di HYLYs. La tropoelastina viene secreta dalle cellule nello spazio extracellulare dove interagisce con una glicoproteina, la fibrillina, che ha funzione di impalcatura. Le lys di tre catene di tropoelastina vengono deaminate (D. Ossidativa) e le allisine di 3 catene di tropoelastina contigue con una lys, non modificata formano un legame crociato di desmosina

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107 Sindrome di Marfan dovuta ad un errore genetico: Le cause: è una malattia genetica. sul cromosoma 15 il difetto genetico che causa la MFS. alterazione (mutazione) del gene della fibrillina-1 (FBN1). La fibrillina-1 è una grossa glicoproteina, componente importante delle fibre elastiche presenti nel tessuto connettivo. la MFS, e dovuta,quindi, a una fibrillina-1 difettosa, a tutt oggi sono note circa 500 diverse mutazioni del gene FBN1; è particolarmente difficile effettuare diagnosi genetiche per identificare mutazioni. Mutazioni nel gene della fibrillina-1 sono responsabili anche di lussazione isolata familiare del cristallino e, in parte, dell aneurisma aortico-toracico familiare..

108 Patologie collegate Disturbi cardiovascolari. I disturbi più severi riguardano il sistema cardiovascolare. Il problema maggiore è costituito dalla dilatazione dell aorta Disturbi dell apparato scheletrico. Le persone affette da MFS hanno aspetto dinoccolato e longilineo, con arti e mani lunghe e sottili. Le articolazioni sono lasse, con lussazioni ricorrenti. Spesso è presente piede piatto. Si possono avere anche deformità della gabbia toracica come il petto carenato (sterno all infuori) e il petto escavato (sterno verso l interno), e problemi alla spina dorsale come scoliosi e lordosi di gravità variabile. Un altro difetto frequente è la miopia.

109 L antitripsina α (α1 ΑΤ), (prodotta dal fegato, e da monociti e macrofagi alveolari) impedisce la degradazione dell elastina nelle pareti alveolari. Una α 1-AT difettosa può causare enfisema. Dal 2 al 5% dei pazienti affetti da enfisema negli USA, c è una predisposizione genetica per difetto del gene per α1 antitripsina. α1