Riabilitativa 2015/2016

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1 Emoglobina e collageno Spina Riabilitativa 2015/2016

2 Alla grande varietà di strutture tridimensionali corrisponde una grande varietà di funzioni Ogni proteina presenta diversi livelli di organizzazione strutturale e si suole distinguere una struttura primaria, secondaria, terziaria ed anche quaternaria.

3 PROTEINE SEMPLICI Le albumine, sono solubili in acqua, coagulabili al calore, ricche di aminoacidi solforati, proteine di riserva nei vegetali (legumina e faseolina), largamente distribuite anche negli alimenti di origine animale (latte, carne, uova). Le troviamo anche nel sangue. Alcune sono velenose (ricina). Le prolammine o gliadine, sono insolubili in acqua, sono contenute nei semi. Esempi sono la gliadina del frumento e della segale che associata alla glutenina forma il glutine molto importante nei processi di panificazione e plastificazione, l ordeina dell orzo e la zeina del mais. L intolleranza congenita alla gliadina è nota come malattia celiaca.

4 Nell emoglobina del sangue e nella mioglobina della carne rossa il gruppo prostetico è l eme leme contenente un atomo di ferro legato a quattro nuclei pirrolici collegati tra loro a formare il nucleo porfirinico. Nella cloroplastina il gruppo prostetico è la clorofilla (nucleo porfirinico contenente Mg), mentre nel guscio dei crostacei (aragosta, granchio) la cromoproteina ha come gruppo prostetico l astaxantina, un pigmento polienico rosso di natura carotenoide che si libera quando il crostaceo viene cotto. lipoprotidi: il gruppo prostetico è rappresentato da lipidi semplici o complessi. Le ergoproteine: il gruppo prostetico ti è rappresentato da biocatalizzatori come enzimi, vitamine, ormoni.

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6 L emoglobina e la mioglobina proteine centrali per l evoluzione La transizione dalla vita anaerobica a quella aerobica rappresenta un passo fondamentale dell'evoluzione perchè ha permesso di sfruttare la grande quantità di energia ancora contenuta nei prodotti terminali della glicolisi. Per rifornire i tessuti di un adeguato flusso di ossigeno, i vertebrati, hanno sviluppato un sistema circolatorio che per diffusione scambia i gas con le cellule, e attraverso l'uso di proteine trasportatrici di ossigeno (emoglobina e mioglobina) sopperisce alla limitazione imposta dalla bassa solubilità dell'ossigeno in acqua. La mioglobina, localizzata nel tessuto muscolare, funge da riserva di ossigeno, l'emoglobina, contenuta nei globuli rossi del sangue, trasporta l'ossigeno dai polmoni ai tessuti e, in senso opposto, CO 2 e H +, prodotti dalla respirazione tissutale.

7 Se l O 2 fosse trasportato alle cellule per semplice diffusione, la dimensione massima di un organismo aerobio sarebbe di 1 mm. In presenza di O 2 si estrae 18 volte più Energia che in sua assenza. La mioglobina serve da riserva di O 2 permette il movimento dell O 2 dalla superficie della cellula al mitocondrio. L Hb contenuta nei globuli rossi incrementa da 5 ml a 250 ml (50 volte) la capacità di trasporto dell O 2 di un litro di sangue.

8 ml di O 2 consumato/min riposo lavoro muscoli scheletrici cuore

9 Per poter parlare in modo comprensibile dell emoglobina (Hb), è utile occuparsi prima della mioglobina (Mb) che èmolto simile all emoglobina ma è molto più semplice. Tra emoglobina e mioglobina ci sono stringenti relazioni di parentela: entrambe sono proteine coniugate ed il loro gruppo prostetico (parte non proteica) è il gruppo eme. La mioglobina è una proteina tipica dei muscoli (ma non si trova solo nei muscoli). La mioglobina per scopi sperimentali si estrae dal dlcapodoglio in cui è presente in gran quantità e poi viene purificata. La mioglobina lega in maniera reversibile l ossigeno ed è presente nei tessuti periferici in percentuale tanto maggiore quanto più quel tessuto è abituato a lavorare con approvigionamenti di ossigeno distanti nel tempo.

10 Il gruppo eme è un gruppo cromoforo (assorbe nel visibile) ed è il gruppo funzionale della mioglobina. La mioglobina: proteina globulare,singola catena, circa 150aa, peso molecolare circa 18 KD. E dotata di un gruppo eme inserito C in una porzione idrofobica (o lipofila) fl )della proteina (tasca idrofobica). E composta da 8 segmenti ad α elica, gli aa più rappresentati sono: leucina, valina, metionina i e fenilalanina (non polari), i residui F polari (acido aspartico, glutammico, lisina e arginina) sono E G praticamente assenti; gli unici H B residui polari sono due istidine, indispensabili per l attacco dell ossigeno al gruppo eme. D A

11 A partire dal 1936 Max Perutz si dedicò all'analisi strutturale di cristalli di emoglobina tramite diffrazione dei raggi X. Nel 1968 risolse la struttura della metemoglobina (Perutz et al., 1968) e due anni più tardi quella della deossiemoglobina mostrando come il legame dell'ossigeno alteri drasticamente la conformazione dell'emoglobina (Bolton & Perutz, 1970).

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13 . Ciascuna catena mioglobinica e.

14 L emoglobina ha molte analogie strutturali con la mioglobina ed è in grado di legare l ossigeno molecolare l in modo reversibile; ma, mentre la mioglobina è confinata nei muscoli e nei tessuti periferici in generale, l emoglobina si trova negli eritrociti o globuli rossi (pseudo cellule che non hanno nucleo nè mitocondri) che costituiscono il 40 % del sangue. Il lavoro dell emoglobina è quello di prelevare ossigeno nei polmoni, rilasciarlo nelle cellule che ne hanno bisogno, prelevare parte dell anidride carbonica e rilasciarla nel polmoni, dove il ciclo ricomincia. La mioglobina trasferisce l O2 all interno del dlcitosol.

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26 His 64 His 93 Val 68 Phe 43

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35 Fe +2 +O 2 Fe +3 Il Fe è protetto ttt dll dalla gabbia globinica i e solo un e viene trasferito all O

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38 P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006

39 Tasca idrofobica per l eme P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright

40 P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006

41 Effetto della CO 2 : Due meccanismi per alterare l affinità della Hb per l O 2 : Effetto Bohr (influenza della modifica del ph) Formazione dei carbammati dei gruppin terminali delle 4 catene proteiche dell Hb. La CO 2 viene trasportata dai tessuti ai polmoni soprattutto come ione bicarbonato e in bassa % dal legame con l Nterminale delle globine. I gruppi amminoterminali sono posti alle interfacce dei dimeri alfa beta che una volta carbossilati stabiliscono legami salini che stabilizzano la forma T.

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43 Hb nh+ H +4O2 Hb 4O2 + nh+ P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright

44 P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006

45 P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASIDELLABIOCHIMICA,Zanichelli BIOCHIMICA, Editore S.p.A. Copyright 2006

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49 La sigmoide (cooperativa) È una curva ibrida, risultato di forme a diversa affinità La forma della curva fa capire che l Hb è sensibile a piccole variazioni di concentrazione di O. L Hb è un trasportatore, la Mb un serbatoio

50 CONTINUA.

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56 regolato anche da La regolazione del BPG si estrinseca sulla liberazione dell O 2 a livello dei tessuti dove la richiesta di O 2 è modulata dall attività metabolica del tessuto.

57 La capacità dell emoglobina di legarsi all ossigeno, è regolata da fattori multipli uno di questi è la concentrazione di 2,3 23bisfosfoglicerato. f Il 2,3 bisfosfoglicerato è un metabolica 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; e si va ad incuneare neare tra le due catene beta dell emoglobina lobina 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 cè un apparatoappositoapposito 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.

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60 2,3 Bifosfoglicerato Effettore allosterico presente in concentrazioni variabili nella cellula (g. rosso 4 5 mm) 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 inoltre, 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 scapitodiquella materna

61 IL 2,3 Bis fosfo glicerato interagisce con un dominio costruito da aa. delle sub. β1 e β2

62 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.

63 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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65 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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67 PROTEINE FIBROSE

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70 seta

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76 ,, lys e idrossilisina

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81 Le reazioni di idrossilazione richiedono la vitc come coenzima

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83 Idrossilazioni prolina, lisina i e leucina rivestono importanza strategica perche sono coinvolte in reazioni postraduzionali di idrossilazione che sono fondamentali per la definizione della fibrilla e quindi per la tenuta della struttura 3aria e 4aria.

84 Idrossilazione della lisina

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92 Idrossilazione della lisina

93 L antitripsina prodotta da fegato, ma anche monociti e macrofagi alveolari impedisce la degradazione dell elastina nelle pareti alveolari. Una 1 AT difettosa può causare enfisema.

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95 Gli enzimi i sono catalizzatori t i biologici i i molto efficienti: i caratterizzati dapoterecatalitico e specificità, possegono una porzione dedicata: il sito attivo, tutti gli enzimi sonoproteine proteine, con l eccezione di molecoledi RNA cataliticamente attive, legano con specificità diversa molte molecole di cui promuovono la catalisi fornendo loro il giusto orientamento e stabilizzando lo stato di transizione.