Trasporto di CO 2 ed effetto Bohr Il consumo di O 2 nei tessuti produce CO 2. La CO 2 deve essere rimossa e portata ai polmoni (o alle branchie) Anidrasi carbonica POLMONI La CO 2 abbassa il ph negli eritrociti e favorisce il rilascio di ossigeno: CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H + pk a1 =6.4 pk a2 =10.2 TESSUTI PERIFERICI
Risposta dell emoglobina ai cambiamenti di ph: effetto Bohr La caduta del ph nei capillari riduce l affinità dell Hb per l O 2 H + effettore allosterico L abbassamento del ph riduce l affinità dell Hb per l O 2 promuovendo il rilascio: alcuni siti di legame per i protoni hanno più elevata affinità nella forma deossi (T) CO 2 : promuove il rilascio di O 2. Nei tessuti metabolicamente attivi elevati livelli di H + e CO 2 promuovono il rilascio di O 2 Hb 4O 2 + nh + Hb nh + + 4O 2 n 2
CO 2 1. CO 2 + H 2 O - HCO 3 + H + enzima: Anidrasi carbonica: rilascio di protoni ed effetto Bohr 2. CO 2 si lega anche direttamente alla Hb, ai gruppi N-terminali, formando carbammato che a sua volta forma interazioni elettrostatiche che stabilizzano la forma T minor affinità per O 2 (rilascio) R-NH 2 + CO 2 R-NH-COO - + H + H + 1. Hb lega circa 0.5 equivalenti di H + per ogni molecola di O 2 liberata. 2. La transizione ossi deossi aumenta il pk a di His146 che lega quindi H +
BPG 2,3-bisfosfoglicerato: si lega a Hb producendo variazioni dell affinità per O 2 : si lega solo a deossihb Effetto fisiologico: BPG abbassa l affinità di circa 25 volte. Questo permette di scaricare più O 2 nei capillari
0 Effect of BPG 100 BPGEffect Hb alone BPG is the main player in Hb cooperativity. % Hb Sat 80 60 40 Hb + BPG High altitude increases BPG, pushing curve further to right 20 0 po2 vs p50=8 po2 vs p50=26 0 20 40 60 80 100 120 140 160 po 2 (mm Hg)
Effect of BPG 0 αβ BPG α β β α β α Side view (R) Side view (T)
Hb Equilibrium 0 αβ H +, CO 2, BPG α β β α O 2 β α R (high affinity) T (low affinity)
0 Hb Subunit Genes Alpha family - human Chr α1, α2 - found in adult hemoglobins HbA1, HbA2. [ζ - found in embryonic hemoglobins Hb Gower 1 and Hb Portland.] Beta family - human Chr β - found in adult hemoglobin HbA1. δ - found in adult hemoglobin HbA2. γ - found in fetal hemoglobin HbF. [ε - found in embryonic hemoglobin Hb Gower 1 and Hb Gower 2]
0 BPG binding to β-subunits (HbA) His + - - Lys + His + His + β Lys + His + BPG- - β
0 BPG binding to γ-subunits (HbF) His + - - Lys + Ser His + γ Lys + Ser - BPGγ
0 HbF relative to HbA HbFEffect % Hb Sat 100 80 60 40 20 Fetal RBC Maternal RBC O 2 flows from maternal Hb to fetal Hb 0 po2 vs p50=12 po2 vs p50=26 0 20 40 60 80 100 120 140 160 po 2 (mm Hg)
l effetto spiega il perché l Hb fetale ha più alta affinità per O 2 Hb: subunità α γ
Sito di legame del 2,3-bisfosfoglicerato
Meccanismo: nell ossihb la cavità diventa più stretta BPG stabilizza la struttura T con i ponti salini Residui carichi (+) lisine e N-terminali His143 è sostituita da Ser nella Hb fetale
Regolazione allosterica il legame ad un sito specifico viene influenzato dal legame di un altro legante (effettore) EFFETTO OMOTROPICO: il legando e l effettore sono uguali EFFETTO ETEROTROPICO: il legando e l effettore sono diversi In generale, gli effetti allosterici derivano da interazioni tra subunità di proteine oligomeriche Modelli teorici descrittivi degli effetti allosterici: modello sequenziale modello concertato
Modello sequenziale o adattamento indotto le subunità cambiano conformazione una alla volta il legame di un legando ad una subunità cambia la conformazione della sola subunità a cui si lega solo le subunità confinanti con quella che ha subito la variazione risentono di un cambiamento di affinità di legame L affinità varia con il numero di molecole di legando legate
Modello concertato o simmetrico MWC (Monod-Wyman-Changeux) tutte le subunità cambiano conformazione insieme (o T o R, mai TR) i legandi hanno bassa affinità per T ed alta per R il legae aumenta la probabilità che tutte le subunità siano nella forma R l equilibrio si sposta verso la forma R sempre di più man mano che più siti sono occupati In Hb lo stato predominante è R quando sono legate circa 2 molecole di O 2
Basi molecolari dell anemia a cellule falciformi (HbS) A3(6)β Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys residuo mutato in HbS idrofobico Effetto: aggregazione (polimerizzazione) della deossihbs sottoforma di fibre rigide che si estendono per la lunghezza della cellula
diametro delle fibre: 200Å