emoglobina : trasporto dellossigeno.. la transizione dalla vita anaerobica alla vita aerobica rese...
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EMOGLOBINA : TRASPORTO DELL’OSSIGENO.
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La transizione dalla vita anaerobica alla vita aerobica rese disponibile una grande riserva di energia.
In presenza di O2 è possibile estrarre dal glucoso una quantità di energia 18 volte maggiore, ed è possibile usare come fonte di energia anche lipidi e protidi.
I vertebrati hanno selezionato dei meccanismi per rifornire in modo adeguato tutte le cellule di O2 :
-- Un sistema circolatorio, indispensabile per organismi di dimensioni maggiori di un mm3.-- Molecole trasportatrici di ossigeno che permettono di aumentare la solubilità nell’acqua del gas (1 l di H2O solubilizza 5 ml di O2 , 1 l di sangue 250 ml) e di ridurre la produzione dei radicali liberi dell’ossigeno,molto dannosi per tutte le molecole biologiche.
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CROMOPROTEINE
- Emoglobina
- mioglobina
- citocromi
- enzimi eminici
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MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA SONO
PROTEINE CONIUGATE COSTITUITE
DA UNA PARTE PROTEICA (GLOBINA) E
DA UN GRUPPO PROSTETICO
(FERROPROTOEME) CHE E’
ALLOGGIATO IN UNA TASCA DELLA
GLOBINA E CHE LEGA
REVERSIBILMENTE L’OSSIGENO
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LA MIOGLOBINA E’ UNA PROTEINA
MONOMERICA COSTITUITA DA UNA
SINGOLA CATENA POLIPEPTIDICA
LEGATA AD UN SINGOLO GRUPPO
EME
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L’EMOGLOBINA E’ UNA PROTEINA
TETRAMERICA COSTITUITA DA
QUATTRO CATENE POLIPEPTIDICHE
CIASCUNA LEGATA AD UN GRUPPO
EME
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LA MIOGLOBINA E’ COSTITUITA DA UNA CATENA DI 153 AMMINOACIDI (STRUTTURA PRIMARIA) CHE SI
SVILUPPA NELLO SPAZIO FORMANDO OTTO ELICHE (STRUTTURA SUPERSECONDARIA) ORGANIZZATE IN
UN UNICO DOMINIO (STRUTTURA TERZIARIA)
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L’EMOGLOBINA HA UNA STRUTTURA QUATERNARIA. CONTIENE 4 CATENE GLOBINICHE: 2 (CON 141 AMMINOACIDICI) RIPIEGATE IN 7 REGIONI AD -ELICA) E 2 (CON 146 AMMINOACIDI) RIPIEGATE IN 8 REGIONI AD -ELICA). A CIASCUNA CATENA GLOBINICA E’ LEGATO UN FERROPROTOEME
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IL GRUPPO EME ORIGINA DALLA PORFINA
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IL FERROPROTOEME DERIVA DALLA PROTOPORFIRINA IX
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L’OSSIGENO SI LEGA REVERSIBILMENTE AL FERRO DELL’EME
Il Fe (allo stato ferroso) forma sei legami di coordinazione:4 con gli N dell’anello porfirinicoIl 5° con l’His F8Il 6° con l’O2
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COMPLESSO DELL’EME NELLA
MIOGLOBINA
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STRUTTURA DELLA MIOGLOBINA
Le strutture della mioglobina, delle catene e di tutte le catene delle Hb di tutti i vertebrati sono molto simili nella struttura terziaria, anche se le strutture primarie sono differenti:LA CONFORMAZIONE E’ RESPONSABILE DELLA FUNZIONE
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RUOLO DELLA GLOBINACrea un ambiente idrofobico che impedisce l’ossidazione del Fe++ a Fe+++;
His E7 (distale) diminuisce l’affinità del CO da 25.000 volte maggiore dell’O2 a solo 210 volte
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L’Hb è un tetramero
Deossi Hb
Ossi Hb
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Durante la vita si susseguono diverse emoglobine
Emoglobine embrionali Hb
Emoglobina fetale HbF
Emoglobine dell’adulto HbA
HbA2dell’emoglobina totale)
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L’Hb è un tetramero in cui ogni subunità ha una struttura tutta ad -elica.
I contatti tra le subunità - sono di due tipi:
-- Le associazioni e sono contatti estesi ed importanti per l’impacchettamento delle subunità (non si modificano quando l’Hb lega l’O2).
-- Le regioni di contatto e sono chiamate regioni di scorrimento
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Ponti salini tra subunità differenti della Hb. Sono interazioni elettrostatiche, non covalenti, che vengono rotte in seguito all’ossigenazione.
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Curve di saturazione della Mb e della Hb
p50 Hb = 26 torr
p50 Mb = 2,8 torrpO2 = pressione parziale di O2 YO2 = saturazione frazionale
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Il legame dell’effettore alle subunità non avviene in maniera indipendente perché l’affinità dei singoli protomeri verso lo stesso effettore può essere diversa (aumentata o diminuita) in relazione allo stato della conformazione quaternaria dell’enzima.
L’effetto cooperativo deriva dalle interazioni tra protomeri.
EFFETTO COOPERATIVO
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EFFETTO COOPERATIVO POSITIVO
L’affinità dell’oligomero verso l’effettore aumenta quando una o più subunità dell’oligomero stesso hanno già legato l’effettore.
EFFETTO COOPERATIVO NEGATIVO
L’affinità dell’oligomero verso l’effettore diminuisce quando una o più subunità dell’oligomero stesso hanno già legato l’effettore.
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La maggior parte degli enzimi allosterici sono regolati dallo stesso substrato con effetto omotropico positivo, cooperativo positivo.
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Modifiche conformazionali dell’Hb conseguenti all’ossigenazione
Blu forma T deossiHbRossa forma R ossiHb
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Movimenti dell’interfaccia durante la transizione T R
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MODELLO SIMMETRICO DI MONOD
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MODELLO SEQUENZIALE DI KOSHLAND
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EFFETTORI ALLOSTERICI NEGATIVI
-pH
-CO2
-2,3 bisfosfoglicerato
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EFFETTO BOHR
L’affinità dell’Hb per l’O2 aumenta all’aumentare del pH.
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TRASPORTO CO2
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Ruolo dell’Hb nel trasporto
della CO2
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Effetto del BPG e della CO2 sulla curva di dissociazione dell’Hb
Il BPG è presente nel sangue alla stessa [Molare] della Hb.In assenza di BPG la p50 dell’Hb è 1 torr. In presenza di BPG sale a 26 torr. Quindi abbassa l’affinità dell’Hb di 26 volte.
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L’EMOGLOBINA FETALE CONTIENE DUE
CATENE E DUE CATENE
LE CATENE LEGANO IL
2,3-DIFOSFOGLICERATO MENO
SALDAMENTE DELLE DUE CATENE
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CINETICA DI OSSIGENAZIONE DELL’EMOGLOBINA FETALE
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EMOGLOBINA S
ANEMIA A CELLULE FALCIFORMI
L’EMOGLOBINA S DIFFERISCE
DALL’EMOGLOBINA NORMALE
PERCHE’ NELLE CATENE (IN
POSIZIONE 6) AL POSTO DELL’ACIDO
GLUTAMMICO E’ PRESENTE LA
VALINA
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La polimerizzazione della HbS attraverso le interazioni tra le catene laterali idrofobiche delle Val in posizione 6 e le tasche idrofobiche nei ripiegamenti EF delle
catene in molecole adiacenti di Hb
Ossi HbA Deossi HbA Ossi HbS Deossi HbS La deossiHbS polimerizza formando dei filamenti
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FORMAZIONE DI FIBRE DI DEOSSIEMOGLOBINA A CAUSA DELLA VALINA MUTATA
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FORMAZIONE DI FIBRE DI DEOSSIEMOGLOBINA
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ERITROCITI NORMALI
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ERITROCITI A FALCE