Emoglobina, mioglobina e scambi di gas

EMOGLOBINA

Un classico esempio di allosteria è dato dalla proteina emoglobina, espressa nei globuli rossi del sangue dei vertebrati e responsabile del trasporto di ossigeno dai compartimenti dove è molto concentrato a quelli in cui è carente. L’emoglobina è regolata tramite regolazione allosterica.
L’EMOGLOBINA (Hb) è composta da 4 subunità con due tipi di catena: viene pertanto definitiva tetramero α2β2.
Nel caso dell’emoglobina:

• l’effettore positivo è il substrato stesso della proteina, la molecola di O2, poiché facilita il legame delle successive molecole di ossigeno alle altre subunità della proteina

• In assenza di ossigeno (desossiHb) le subunità sono a bassa affinità (FORMA TESA)
• Il legame di O2 allo ione Fe2+ in una delle 2 subunità α della desossiHb (le sole accessibili a O2 nella forma tesa) determina un cambio conformazionale della prima subunità dalla conformazione a bassa affinità a quella ad alta affinità;
• la seconda subunità risente del cambiamento conformazionale della prima, aumenta la sua affinità e lega con più facilità la successiva molecola di ossigeno: si ha quindi un effetto cooperativo nel legame dell’O2: gli effetti del cambio conformazionale sono trasmessi anche alle altre subunità che passano a loro volta dalla forma tesa alla forma rilassata (→ ossiHb
• al crescere della concentrazione di ossigeno, aumenta l’affinità dell’emoglobina per l’O2 e l’ossigeno viene legato con maggiore facilità. Se si riporta in grafico il grado di saturazione dell’emoglobina con l’ossigeno rispetto alla pressione parziale dell’ossigeno si ottiene una curva sigmoidale (ALLOSTERIA)

• Gli effettori negativi sono gli ioni H+, la CO2 e il 2,3-bisfosfoglicerato (BPG). Influenzano l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno. Favoriscono e stabilizzano la conformazione Tesa. Determinano il rilascio dell’ossigeno.

• Il 2,3-bisfosfoglicerato (BPG) determina una riduzione dell’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno. Legandosi al sito allosterico di una delle quattro subunità dell’emoglobina, il BPG è in grado di ridurre l’affinità per l’ossigeno negli altri siti attivi comportandosi da vero è proprio inibitore allosterico; quanto più alta è la sua concentrazione, tanto più velocemente decresce l’affinità per l’ossigeno da parte di tutte le subunità. Il BPG svolge un ruolo importante anche nel fornire ossigeno al feto: l’emoglobina fetale (costituita da 2 catene α e 2 catene γ) lega il BPG in modo più debole rispetto all’emoglobina materna conferendo alla prima un’affinità per l’ossigeno nettamente inferiore e consentendo così il passaggio dell’ossigeno dal sangue della madre a quello del feto.
• Nei tessuti la CO2 prodotta durante il catabolismo delle sostanze nutrienti viene idratata in forma di bicarbonato determinando un aumento della concentrazione degli ioni H+ (diminuzione del pH) e abbassa l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno.
• L’aumento di ioni H+ determina la protonazione di alcuni amminoacidi favorendo la conformazione a bassa affinità.

SCAMBIO DI GAS

Nei tessuti:

• la concentrazione di CO2 è alta;
• l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno è bassa;
• l’ossigeno viene rilasciato;

Nei polmoni:

• la concentrazione di CO2 è bassa;
• l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno è alta;
• l’ossigeno viene legato.

MIOGLOBINA

la mioglobina, che si occupa del legame dell’ossigeno nei muscoli, è costituita da una sola subunità e segue la cinetica degli enzimi non allosterici.

Differenze tra la mioglobina e l’emoglobina

La mioglobina per la sua struttura si adatta bene alla sua funzione: conservare l’Ossigeno nei muscoli (la curva iperbolica ci dice che essa non risente di piccole variazioni della concentrazione di ossigeno).

L’emoglobina è una proteina allosterica: per la sua struttura è sensibile anche alle piccole variazioni di ossigeno; ciò consente di modulare il suo legame con l’Ossigeno sulla base della richiesta a livello dei diversi tessuti.