Emoglobina e mioglobina

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1 Emoglobina e mioglobina

2 Per molti organismi, l O 2 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

3 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

4 I vertebrati hanno sviluppato due meccanismi principali per rifornire le loro cellule di una quantità adeguata di O 2 : il sistema circolatorio proteine deputate al trasporto di O 2 1L di plasma ~ 5 ml O 2 1L di sangue ~ 150 gr di Hb dato che 1gr Hb/1.5 ml O 2 ~ 250 ml O 2 /1L di sangue

5 Proteine coniugate: emoproteine (Globina + eme) Mioglobina Emoglobina N.B. Motivo strutturale comune : a-elica La mioglobina consiste in un unica catena polipeptidica (struttura III) L emoglobina è un tetramero composto da due catene di tipo a e due catene di tipo b (struttura IV)

6 HbO 2 O 2 Hb L emoglobina si trova esclusivamente nei globuli rossi dove la sua funzione principale è il trasporto dell ossigeno dai polmoni ai capillari tissutali O 2 MbO 2 Mb 2 SH 2 2S + 4H + O 2 e - O 2 2 H 2 O La mioglobina funge sia da deposito che da trasportatore dell O 2 nel tessuto muscolare cardiaco e scheletrico; aumenta la velocità di spostamento dell ossigeno all interno delle cellule muscolari Cytochrome c oxidase

7 Mioglobina vs emoglobina Mb α β β α Fibrocellule del miocardio e del muscolo scheletrico Globulo rosso Deposito di O 2 Trasporto di O 2 Alta affinità per O 2 Bassa affinità per O 2 Cooperativa ed allosterica

8 Mioglobina Peso Molecolare : 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 (Fe 2+ ) 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 O 2 molecolare Residui IDROFOBICI: disposti tutti all interno della molecola Residui IDROFILICI: disposti quasi esclusivamente sulla superficie della molecola

9 Emoglobina (HbA) Peso molecolare: 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 (Fe 2+ ) 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 O 2 molecolare Residui IDROFILICI Residui IDROFOBICI

10 IL GRUPPO EME (protoporfirina IX + Fe 2+ ) 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. NH 2 COOH

11 4 gruppi metilici 2 gruppi vinilici 2 gruppi propionici Sepolti nell interno idrofobico Esposti sulla superficie della molecola Protoporfirina Ferroprotoporfirina IX (eme) Ferro allo stato ferroso (Fe 2+ ): esa-coordinato quando la proteina è in forma ossigenata (4 legami planari e due assiali, perpendicolari alla struttura planare del gruppo eme)

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13 Hb nel trasporto dell ossigeno Hb + 4O 2 Hb4O 2 ~96% HbO 2 ~64% HbO 2 Un efficace trasportatore deve: essere in grado di trasportare molta merce essere in grado di liberare questa merce una volta giunto a destinazione

14 Emoglobina: cooperatività di legame Emoglobina : nelle emazie trasporta O 2 ( 4 gruppi eme) 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.

15 Cosa provoca un cambio conformazionale nell Hb? Il valore della pressione parziale di ossigeno 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. (nei globuli rossi) P 50 Mb = 2,8 mmhg O 2 P 50 Hb = 26 mmhg O 2

16 Deossiemoglobina

17 Ossiemoglobina