La funzione dell'emoglobina e della mioglobina nei vertebrati

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.