LEZIONE DEL 03/04/2017 Emoglobina - complesso del metallo di transizione (ferro protoporfirina IX) complesso metallorganico. Derivazione della curva di legame iperbolica dell'ossigeno della mioglobina Mb + O2 <=> MbO2 (mioglobina ossigenata) K' = [MbO2]\([Mb][O2]) = 1/(concentrazione molare) θ = (siti occupati)/(siti disponibili totali) Al numeratore ritrovo solo la mioglobina che ha complessato l'ossigeno, solo l'ossigenata) θ = [MbO2]\([Mb]+[MbO2])) = = K[Mb][O2]\([Mb]+K[Mb][O2]) Da cui ricavo l'equazione fondamentale dell'equilibrio θ = [O2]/(1/K + [O2]) (mi dice quanto è affine Mb all'ox) θ = P O2 /(P 50 + P O2 ) (pressioni parziali) Già ad una pressione parziale dell'ossigeno bassa, ho il 50% della saturazione. P 50 è indipendente da quante mioglobine ho. Mb è un complesso di riserva, pertanto conserva l'ossigeno e lo dona solo quando la sua 1
concentrazione nell organismo è carente => Mb si scarica. La curva di binding è un iperbole, caratterizzata dal fatto che la P50 è molto bassa. Una proteina di trasporto non può avere una curva iperbolica di saturazione. Nell'Mb, nelle condizioni una PO2 di circa 40, debole; mi serve un iperbole con saturazione debole e basse pressioni per liberare l'ossigeno. Y = x α /(K α + x α ) α = 1 (iperbole) α<1 (sigmoide) α>1 (idem) Fenomeno descritto dalla sigmoide (cooperativo): il sistema coopera ad aumentare la velocità della trasformazione. Es 1 crescita dei batteri in soluzione 2
Es 2 animali in un ambiente Es 3 crescita della popolazione Inizialmente ho una certa termico l omeostasi; poi tendo verso un cambiamento non lineare => si accelera verso l'asintoto (favorito il cambiamento nei sistemi viventi). θ/(1 θ) = logp O2 - logp 50 log[θ/(1 θ)] = nlogp O2 - nlogp 50 La pendenza nel grafico della sigmoide ci dice quanto il sistema è cooperativo. Se l'eme legasse quattro molecole d ox di colpo, avremmo una sigmoide con n= 4. In realtà n è circa 3.5 (comunque l'eme è molto cooperativo). 3
Ogni volta che muoviamo l ox dobbiamo ruotare la molecola per legarlo al l istidina distale (è come rompere i dentelli di un francobollo legato con altri 3 adiacenti). Legare il primo ossigeno costa di più: per le altre tre catene che formano l'emoglobina il processo è progressivamente facilitato. Il cambiamento conformazionale si ripercuote già dal primo legame ox. Legati due ossigeni, ho due cambiamenti conformazionali. Questo è il segreto della cooperativita' e dell'allosteria (effetto allosterico: tendenza di legame con un altro sito lo troviamo negli enzimi regolati). [Change in hemoglobin quaternary strutture during oxygenation (vi rimando ad un articolo che condividerò sul gruppo: mi dispiace per alcuni di voi, ma è in inglese!)] Abbiamo delle subunita' con difficoltà a legare l'ossigeno (infine però ci sarà un cambiamento tuttoo-nulla). Si tratta di un cambiamento sottile di natura chimico-quantistica. Meccanismo di T R transizione Sostituzione dell'istidina prossimale nell'emoglobina con un residuo di glicina e aggiungendo un imidazolo legato non covalentemente al ferro. L'elica dell'eme in tal modo si abbassa, non cambia. Effetto Bohr: l'emoglobina che si trova ad un livello di bassa affinità rilascia ox (ox -> deox; sangue arterioso -> s.venoso). 4
L'emoglobina per capire che è arrivata nei muscoli e non è più negli alveoli: C6H12O6 + O2 -> acqua + CO2 <=> HCO 3- + H+ CO2 è lo stato più ossigenato del carbonio: per recuperare energia devo passare da CO2 a CO. In una cellula che ha bruciato zucchero si cede la co2. [Il ph si abbassa in un bicchiere d'acqua a contatto con l'aria (leggermente acido: 6.5-6.7 circa]. L aumento fidi H+, associando l'analogia precedente all'emoglobina, destabilizza i legami idrogeno: Hb-4O2 + nh+ <=> Hb-nH+ + 4O2 (effetto Bohr si indebolisce la K di legame, l'emoglobina diventa a più bassa affinità, libera ox, si accorge da questa variazione di ox di stare nel muscolo). L'emoglobina indirettamente si riporta la CO2, la riporta ai polmoni. CO2 non si lega al ferro (ha orbitali diversi): CO2 e carbammati 5
-NH 3 + + HCO 3- <=> -NH-COO - + H+ + H2O - la formazione di carbammato permette all'emoglobina di contribuire al trasporto di CO2 dai tessuti ai polmoni o branchie. Ha due ulteriori effetti. Il primo, il protoni rilasciati nel legami di HCO3- contribuisce all'effetto Bohr. Secondo, un gruppo carico negativamente è introdotto nell'n-terminale delle catene. Il gruppo carico negativamente stabilizza la formazione del ponte di sale tra catene α e β, che è caratteristico del deoxy-stato. Quindi, sia il secondo effetto che il ph più basso promuovono il rilascio di ossigeno quando CO2 abbonda; - il contrario della carbammazione, che ricorre nei polmoni o nelle branchie (dove la concentrazione di O2 è alta) è allo stesso modo importante. Qui, le alte concentrazioni di O2 favoriscono l'ossigenazione e quindi la forma oxy della molecola. Quando questo cambiamento ricorre, la stabilizzazione dell'nterminale carbammato diminuisce, e la CO2 viene espulsa ed espirata. Quando ritorna ai polmoni, l'anidride carbonica si distacca dall emoglobina, si forma lo ione bicarbonato, debole, si rifà CO2 che si rilascia. Nonostante questo, vogliamo ancora più ossigeno. Si sfrutta anche lo spazio interno della emoglobinadeoxy, dove mettiamo il 2,3-difosfoglicerato e l'inositolo esafosfato. Il primo si trova come unico esemplare in ogni emoglobina (respinge i gruppi positivi). Restringendosi, la molecola somiglia di più alla emoglobina-oxy. Rilascio ulteriormente ox. 6
[DOMANDE AL COMPITO SULL'EMOGLOBINA (4 punti): - l'emoglobina in generale; - aspetti particolari ( BPG, effetto allosterico, anemia falciforme...)] 7