La funzione dell'emoglobina e della mioglobina nei vertebrati
Mappa concettuale
La mioglobina e l'emoglobina sono proteine essenziali per il trasporto dell'ossigeno nei vertebrati. La mioglobina immagazzina O2 nei muscoli, mentre l'emoglobina lo trasporta nel sangue. Entrambe contengono il gruppo eme per il legame con l'ossigeno. L'anemia falciforme, una malattia genetica, altera la forma dell'emoglobina, causando gravi complicazioni.
Riassunto
Schema
La Mioglobina: Struttura e Funzione nel Trasporto dell'Ossigeno
La mioglobina è una proteina globulare presente nei muscoli dei vertebrati, con un ruolo cruciale nell'immagazzinamento e nel rilascio di ossigeno (O2) necessario per la respirazione cellulare. La sua struttura terziaria è composta da 153 aminoacidi, organizzati in otto α-eliche connesse da anse non elicoidali. Il gruppo eme, che contiene un atomo di ferro bivalente (Fe^2+) e la protoporfirina IX, è incastonato in una tasca idrofobica tra le eliche E e F. Questo gruppo prostetico non è legato covalentemente alla proteina, ma è essenziale per il legame con l'ossigeno. La protoporfirina IX è costituita da quattro anelli pirrolici connessi da ponti metilenici e presenta gruppi funzionali metilici, vinili e propionici. L'atomo di ferro è coordinato da quattro atomi di azoto negli anelli pirrolici e da due legami assiali: uno con l'azoto di un residuo di istidina (His F8, detto His prossimale) e l'altro con la molecola di O2. La mioglobina è in grado di legare l'ossigeno in modo reversibile, mantenendo il ferro nello stato ferroso (Fe^2+) anche in presenza di O2, grazie alla protezione offerta dalla sua struttura contro l'ossidazione del ferro.L'Emoglobina e il suo Ruolo nel Trasporto dell'Ossigeno nei Vertebrati
L'emoglobina (Hb) è una proteina tetramerica composta da quattro subunità globulari, ciascuna delle quali contiene un gruppo eme analogo a quello della mioglobina. Presente nei globuli rossi, l'Hb è responsabile del trasporto dell'ossigeno dai polmoni ai tessuti e del ritorno dell'anidride carbonica ai polmoni. La forma adulta dell'Hb è costituita da due catene α e due catene β, ognuna con una struttura simile a quella della mioglobina. La cooperatività nel legame dell'ossigeno è una caratteristica distintiva dell'Hb, che si manifesta con una curva di dissociazione dell'ossigeno a forma di sigmoide. Questo comportamento è dovuto alla presenza di due conformazioni strutturali: lo stato T (tensione), a bassa affinità per l'ossigeno, e lo stato R (rilassato), ad alta affinità. Il legame dell'ossigeno con una subunità dell'Hb induce un cambiamento conformazionale che aumenta l'affinità delle subunità adiacenti, facilitando l'ulteriore legame dell'ossigeno.Effetto Bohr e Trasporto dell'Anidride Carbonica
Il trasporto dell'anidride carbonica (CO2) e l'effetto Bohr sono meccanismi fisiologici interconnessi nel sistema di trasporto dei gas respiratori. La CO2 prodotta dal metabolismo cellulare viene trasportata nel sangue principalmente sotto forma di ione bicarbonato (HCO3^-), risultato della sua conversione catalizzata dall'enzima anidrasi carbonica presente negli eritrociti. L'effetto Bohr descrive la relazione tra il pH del sangue e l'affinità dell'Hb per l'ossigeno: un pH elevato, come nei polmoni, aumenta l'affinità dell'Hb per l'ossigeno, mentre un pH ridotto, come nei tessuti attivi, favorisce il rilascio di ossigeno. Questo fenomeno è dovuto al rilascio di protoni (H+) dall'Hb quando lega la CO2, con la His146 delle catene β che gioca un ruolo chiave nel rilascio di questi protoni durante la transizione allo stato T.Regolazione Allosterica dell'Emoglobina e il Ruolo del 2,3-BPG
L'emoglobina è soggetta a regolazione allosterica, in cui il legame di un ligando in un sito può influenzare l'affinità di un altro sito per il suo ligando. Il 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) è un importante modulatore allosterico che si lega al centro della cavità dell'Hb, stabilizzando la conformazione T e riducendo l'affinità per l'ossigeno. Questo meccanismo facilita il rilascio di ossigeno nei tessuti, specialmente in condizioni di bassa pressione parziale di ossigeno (pO2), come ad alta quota. La concentrazione di 2,3-BPG nei globuli rossi è regolata in risposta a variazioni della pO2, garantendo un'adeguata fornitura di ossigeno ai tessuti anche in condizioni di stress ambientale o fisiologico.Anemia Falciforme: Una Malattia Genetica dell'Emoglobina
L'anemia falciforme è una patologia genetica caratterizzata dalla presenza di emoglobina mutata, nota come HbS, che deriva dalla sostituzione di un acido glutammico con una valina nella posizione 6 della catena β dell'emoglobina. Questa mutazione provoca la formazione di polimeri di HbS deossigenata, che distorcono i globuli rossi in una forma a falce, compromettendo la loro elasticità e funzionalità. Gli eritrociti falciformi sono più fragili e possono occludere i vasi sanguigni, causando anemia, dolori e danni agli organi a causa dell'insufficiente apporto di ossigeno. La malattia si manifesta con una serie di sintomi clinici che includono crisi dolorose, rischio di infezioni e complicanze a lungo termine.
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Struttura e funzione della mioglobina
Composizione della mioglobina
La mioglobina è una proteina globulare composta da 153 aminoacidi, organizzati in otto α-eliche connesse da anse non elicoidali
Ruolo della mioglobina nell'immagazzinamento e nel rilascio di ossigeno
La mioglobina ha un ruolo cruciale nell'immagazzinamento e nel rilascio di ossigeno nei muscoli dei vertebrati
Struttura del gruppo eme nella mioglobina
Il gruppo eme, contenente un atomo di ferro bivalente e la protoporfirina IX, è incastonato in una tasca idrofobica tra le eliche E e F della mioglobina
Struttura e funzione dell'emoglobina
Composizione dell'emoglobina
L'emoglobina è una proteina tetramerica composta da quattro subunità globulari, ciascuna contenente un gruppo eme simile a quello della mioglobina
Ruolo dell'emoglobina nel trasporto di ossigeno e anidride carbonica
L'emoglobina è responsabile del trasporto di ossigeno dai polmoni ai tessuti e dell'anidride carbonica dai tessuti ai polmoni
Cooperatività nel legame dell'ossigeno e curva di dissociazione dell'ossigeno
L'emoglobina mostra una cooperatività nel legame dell'ossigeno, che si manifesta con una curva di dissociazione a forma di sigmoide, dovuta alla presenza di due conformazioni strutturali: lo stato T e lo stato R
Trasporto dell'anidride carbonica e effetto Bohr
Meccanismi fisiologici del trasporto dell'anidride carbonica
La CO2 prodotta dal metabolismo cellulare viene trasportata nel sangue principalmente sotto forma di ione bicarbonato, grazie all'azione dell'enzima anidrasi carbonica presente negli eritrociti
Relazione tra pH del sangue e affinità dell'emoglobina per l'ossigeno
L'effetto Bohr descrive come un pH elevato aumenta l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, mentre un pH ridotto favorisce il rilascio di ossigeno
Ruolo della His146 nella regolazione dell'effetto Bohr
La His146 delle catene β dell'emoglobina gioca un ruolo chiave nel rilascio di protoni durante la transizione allo stato T, influenzando l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno
Regolazione allosterica dell'emoglobina
Definizione di regolazione allosterica
La regolazione allosterica è un meccanismo in cui il legame di un ligando in un sito può influenzare l'affinità di un altro sito per il suo ligando
Ruolo del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) come modulatore allosterico dell'emoglobina
Il 2,3-BPG si lega al centro della cavità dell'emoglobina, stabilizzando la conformazione T e riducendo l'affinità per l'ossigeno, facilitando il rilascio di ossigeno nei tessuti
Regolazione della concentrazione di 2,3-BPG nei globuli rossi
La concentrazione di 2,3-BPG nei globuli rossi è regolata in risposta a variazioni della pressione parziale di ossigeno, garantendo un'adeguata fornitura di ossigeno ai tessuti anche in condizioni di stress ambientale o fisiologico
Descrizione e cause dell'anemia falciforme
Definizione di anemia falciforme
L'anemia falciforme è una patologia genetica caratterizzata dalla presenza di emoglobina mutata, nota come HbS, che causa la formazione di polimeri di HbS deossigenata e la distorsione dei globuli rossi in una forma a falce
Mutazione genetica responsabile dell'anemia falciforme
La mutazione genetica che causa l'anemia falciforme è la sostituzione di un acido glutammico con una valina nella posizione 6 della catena β dell'emoglobina
Effetti della mutazione sull'elasticità e funzionalità dei globuli rossi
Gli eritrociti falciformi sono più fragili e possono occludere i vasi sanguigni, causando anemia, dolori e danni agli organi a causa dell'insufficiente apporto di ossigeno
Sintomi e complicanze dell'anemia falciforme
Sintomi clinici dell'anemia falciforme
La malattia si manifesta con una serie di sintomi clinici che includono crisi dolorose, rischio di infezioni e complicanze a lungo termine
Rischi e complicanze legati all'anemia falciforme
Gli eritrociti falciformi possono causare danni agli organi a causa dell'insufficiente apporto di ossigeno, aumentando il rischio di infezioni e complicanze a lungo termine
Trattamenti e cure per l'anemia falciforme
Attualmente non esiste una cura per l'anemia falciforme, ma esistono trattamenti per alleviare i sintomi e prevenire le complicanze
La funzione dell'emoglobina e della mioglobina nei vertebrati
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00
La struttura terziaria della mioglobina è formata da ______ aminoacidi e include otto α-eliche.
153
01
Il gruppo ______, contenente un atomo di ferro (Fe^2+) e la protoporfirina IX, si trova in una tasca idrofobica tra le eliche ______ della mioglobina.
eme
E e F
02
La mioglobina lega l'ossigeno in modo reversibile e mantiene il ferro nello stato ______ (Fe^2+), evitando l'ossidazione grazie alla sua struttura protettiva.
ferroso
