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SOMMARIO
- INTRODUZIONE..................................................................................................................................................
- Reazioni che avvengono nella cellula
- PROTEINE: STRUTTURA
- Introduzione
- Amminoacidi
- Struttura primaria: formazione del legame peptidico
- Struttura secondaria
- Strutture terziarie e raggiungimento struttura nativa
- PROTEINE: PROTEOMICA.................................................................................................................................
- Introduzione
- Cos’è la proteomica
- Strumenti da utilizzare
- Proteomica (riassunto)
- PROTEINE: FUNZIONE
- Proteine fibrose
- Proteine motore: actina, miosina, dineina
- proteine strutturali: collagene
- proteine di trasporto: emoglobina e mioglobina.................................................................................
- PROTEINE: sistema immunitario
- Struttura degli anticorpi
- Riarrangiamento geni immunoglobuline.............................................................................................
- Sistema maggiore di istocompatibilità
- Proteine del complemento
- PROTEINE: ENZIMI
- Vitamine
- Vitamina B1 ( tiamina )..........................................................................................................................
- Vitamina B2 ( riboflavina )
- Vitamina PP (niacina)
- Vitamina B5 (pantotenato)
- Vitamina B6
- Vitamina B9 (folato)
- Vitamina B12
- Biotina..................................................................................................................................................
- Vitamina C (acido ascorbico)
- Membrane
- Introduzione
- Fosfolipidi
- Colosterolo
- Componente proteica..........................................................................................................................
- Trasporto di membrana.......................................................................................................................
AMMINOACIDI
Amminoacidi polari non carichi amminoacidi che hanno un ossidrile sulla catena R
La serina è un buon donatore di ponti idrogeno, quindi con H 2 O o amminoacidi idrofilici può fare ponti idrogeno. Questo CH 2 OH può anche essere fosforilato.
La treonina è un po’ meno polare della serina.
La cisteina può formare con un’altra cisteina un ponte S-S, formando all’interno della proteina un legame covalente oltre al legame peptidico. Il ponte disolfuro può essere intramolecolare (tra due cisteine che stanno sulla stessa catena) o intermolecolare (tra cisteine che stanno su catene diverse)
L’ asparagina è l’amminoacido dell’acido aspartico, mentre la glutammina è l’amminoacido dell’acido glutammico.
Entrambe si trovano sia nelle proteine come amminoacidi ma sono anche amminoacidi che compaiono nel metabolismo. La carica negativa del gruppo R dei relativi acidi (aspartato e glutammato) è molto importante. Poi c’è la prolina (la saltiamo per il momento)
Amminoacidi basici amminoacidi con gruppo R caricato positivamente
La lisina si ritrova come amminoacido modificato perché il gruppo amminico può essere metilato e questa gli fa perdere la carica. (!! Ricorda che acetilazione e metilazione degli istoni governano le trascrizioni. Molte modifiche al DNA e alla sua trascrizione sono dovute all’ambiente. Ci sono degli enzimi che regolano l’espressione del DNA tramite azione su istoni).
L’ arginina ha un gruppo guanidinico terminale (NH-C=NH 2 NH 2 ). La cosa più importate è la carica su NH 2. Arg lo si ritrova come amminoacido nel ciclo dell’urea perché è quello che rappresenta ultimo passaggio prima della liberazione dell’urea nel ciclo.
Istidina può essere nella forma protonata o non protonata. Il gruppo R è un anello imidazolico (anello aromatico eterociclico – possiede sia un gruppo acido che un gruppo basico che è quello che si protona).
Esso è un amminoacido a comportamento basico perché non appena si abbassa il pH tende a caricarsi positivamente. È importante nell’emoglobina e negli enzimi idrolitici.
Che ruolo ha l’istidina nell’emoglobina e negli enzimi idrolitici?
L’istidina lega l’ossigeno = c’è un’istidina prossimale che fa legame con ferro eme e una distale che dona ponte di idrogeno alla molecola di ossigeno per orientarla in modo che essa si leghi all’eme. Quando si abbassa il pH a 7.2 l’istidina nell’emoglobina si protona (quella HC 3 terminale). Questo è importante perché quando si protona può fare legame con amminoacidi acidi come acido aspartico. Con questi ponti si rende l’emoglobina poco affine per l’ossigeno. In questo modo essa lo cede molto facilmente in tessuti che ne hanno bisogno.
L’istidina è un sensore naturare del pH (perché ha un punto isoelettrico vicino alla neutralità) e quando si carica induce un cambiamento conformazionale nella proteina emoglobina portandola ad una conformazione detta desossi, conformazione che le fa cedere immediatamente tutto l’ossigeno.
Amminoacidi non polari amminoacidi con gruppo R idrofobico
La glicina è quella che ha gruppo R più corto di tutti.
L’ alanina ha solo un CH 3
La valina ha una R più idrofobica con due gruppi metilici.
Anemia falciforme = il glutammato in posizione 6, posizionato in superficie nella catena β dell’emoglobina, diventa una valina. Quando ho questa mutazione l’emoglobina aggrega e al posto che fare struttura quaternaria fa un polimero. Mentre il glutammico protegge da interazione idrofobica tra catene, con la valina questa non ci sta quindi ci sono interazioni idrofobiche con altre zone adatte. Valina patologica nell’emoglobina S (*).
La leucina è un amminoacido ramificato con catena laterale più lunga che si distingue da isoleucina perché c’è spostamento CH 3 in posizione β sul C.
La metionina si trova come donatore di metili per le metilazioni ed è il primo amminoacido delle catene polipeptidiche. Poi lo zolfo può essere solfonato (aggiunta di un SO 2 ) ed è uno dei sensori dell’invecchiamento delle proteine.
Nel triptofano c’è azoto indolico molto importante perchè è spesso implicato in ponti idrogeno.
Fenilalanina e tirosina sono uno più idrofobico dell’altro (fenilalanina è più idrofobico). Essi sono precursori degli ormoni tiroidei e dopa. L’OH della tirosina può essere fosforilato come avveniva per la serina. Tirosin-chinasi sono gli enzimi
STRUTTURA SECONDARIA
Il legame peptidico è un legame in risonanza che rimane planare senza permettere alcuna rotazione. La rotazione avviene tra C in α e N amminico ( φ ) e C in α e gruppo carbonilico ( ϕ ). Queste rotazioni sono molto importanti perché la catena deve riavvolgersi e gli amminoacidi vicini assumono una conformazione:
- anti i due C in α si trovano su piani contrapposti
- cis i due C in α si trovano sullo stesso piano
La conformazione trans mi da una molecola allungata nello spazio in una sola direzione, mentre con la cis ho un bending della struttura. Nel nostro caso la struttura più stabile è la trans (anti), dove i C in α successivi sono su piani contrapposti.
Per convenzione φ e ϕ sono = 0° quando i legami peptidici che fiancheggiano un C in α sono sullo stesso piano.
Grafico di Ramachandran => relazione tra angoli φ e ϕ e forma che assume la catena polipeptidica nello spazio.
Matematico indiano dice di guardare dalla strutture cristallografiche quali sono angoli più comuni che queste rotazioni di φ e ϕ hanno. Uno dei primi tentativi di approccio bioinformatico sullo studio della struttura tridimensionale delle proteine.
In una mappa di tutti gli angoli possibili le isole blu rappresentano la massima concentrazione su alcuni angoli della maggior parte delle proteine, quindi quasi tutte le proteine hanno angoli che si collocano in queste isole. α-elica e β-sheet sono caratterizzate da angoli diversi ma quasi tutte le proteine hanno queste angolature. Le catene polipeptidiche non assumono altre conformazioni, esse non esistono. Questi angoli ci dicono che sia le α eliche che i β-sheet hanno delle caratteristiche geometriche molto vincolate in termini di passo d’elica, aumento altezza tra amminoacido all’altro, n° di residui che sono necessari per compiere giro completo elica.
Nell’ α-elica con angoli inferiori a 90 gradi immagino di avere angoli acuti che richiudono molto la catena su se stessa, facendola avvolgere in modo molto stretto con una configurazione da avvolgimento a spirale :
- φ e ϕ sono angoli acuti
- Le catene laterali sono tutte poste verso l’esterno , mentre la catena polipeptidica nuda è quella che costituisce la spirale interna.
- Per compiere un giro completo ho bisogno di 3.6 residui
- La distanza tra atomi corrispondenti dopo un giro è 5.4 A°
- Il gradino di progressione in allungamento è 1.5 A°
- Le catene laterali esterne sono stabilizzate da ponti idrogeno tra ossigeno carbonilico e idrogeno ammidico di un amminoacido della stessa catena (che sta sopra) => ponti idrogeno del back- bone, non catane laterali.
- Le catene laterali in alcune posizioni particolari innescano una particolare conformazione a seconda degli amminoacidi presenti. o Due amminoacidi con carica opposti (es. acido glutammico e lisina) vicini => si attraggono. o Amminoacidi che non si attraggono => servono solo a guidare la formazione della struttura secondaria. o Due amminoacidi con la stessa carica vicini => s e si trovano all’interno di una catena normale essi modificano la forma dell’α elica. Però se li protono l’α elica non è impedita. Quindi ho ottenuto un sensore del pH.
β sheet se ho angoli ottusi immagino che lo scheletro della catena polipeptidica assuma una conformazione a zig zag :
- φ e ϕ sono angoli ottusi (intorno a 120)
- La catena è estesa ed è stabilizzata da ponti idrogeno (non c’entrano ancora le catene laterali) tra H del N amminico e O del C carbonilico di due catene diverse
- Catene polipeptidiche sovrapposte , dove ho un’inversione della catena che si ripiega su se stessa
- La stabilità è data dall’appaiamento dei vari foglietti (anche le α eliche si associano o tra di loro a ad un foglietto β).
C’è contributo entalpico e contributo entropico:
- Entalpia Passando dallo stato totalmente disordinato ad uno correttamente ripiegato ho un crollo di energia ( ∆H diminuisce ). Quando creo un legame vado verso uno stato energetico più stabile.
- Entropia Dal punto di vista dell’entropia ho che la catena può assumere diverse forme prima e poche dopo, quindi il disordine diminuisce => ∆S diminuisce => sto aumentando il ∆G e quindi sto andando verso una reazione non spontanea.
Cosa permette allora alla proteina di stabilizzarsi? È l’interazione con l’acqua. Quando ho una catena polipeptidica singola ho che l’acqua è ordinata tutta intorno alle zone idrofobiche. Quando comincio a formare la struttura l’acqua esce dalla proteina e perde l’ordine => aumento fortissimo dell’entropia del solvente. L’entropia della catena diminuisce ma il solvente aumenta notevolmente il disordine => alla fine l’entropia aumenta perché il solvente è molto più presente come molarità rispetto alle proteine.
Come raggiungono le proteine la loro forma nativa le gli permette di svolgere la loro funzione? Differenze tra proteina:
- Nativa = proteina nel suo stato funzionale (ha il folding corretto)
- Naturale = proteina che estraggo dall’organismo che naturalmente la produce (# ricombinante)
Immagine dove c’è un imbuto di energia libera ma l’imbuto è sfrangiato, ci sono anche altri minimi relativi. Quando ho una proteina che sta in un minimo relativo ho che questa è in uno stato intermedio ( off-pathway ) ma c’è un problema perché si tratta di una proteina misfoldata => se non c’è energia sufficiente questa può anche rimanere incastrata in questa buca di potenziale. Se sono on-pathway io sono sulla strada giusta per ottenere la proteina nativa.
Il raggiungimento struttura nativa è guidato da parametri termodinamici affinché in percorso sia on-pathway (veloce, corretto, senza complicazioni). Più azzardata è la struttura e più sofisticata la funzione, più il rischio di interazioni non native (off-pathway) è maggiore.
Off pathway intermedi non strutturati con interazioni non native => proteina misfoldata => proteina che casualmente ha formato legami che la “soddisfacevano” ma che non erano quelli corretti. Si trova in un minimo di potenziale perché ha fatto legami che abbassavano la sua energia, ma essendo questi i legami sbagliati, essa non può più andare avanti per assumere il folding corretto.
Il fatto di raggiungere delle strutture corrette crea barriere energetiche tra on e off pathway.
In una proteina complessa i minimi sono molto più presenti e spesso insuperabili. Nella proteina della fibrosi cistica, lunga 1000 amminoacidi, il 50% delle proteine sono eliminate dal proteosoma (nonostante le chaperon etc). L’altro 50 % sono le proteine della fibrosi cistica che vanno a buon fine, assumendo il folding corretto. In presenza di mutazioni la resa si abbassa all’1%.
Da un punto di vista evolutivo questo ci dice che queste proteine sono essenziali per la nostra vita => il corpo cerca comunque di produrle anche se è difficile farlo => evolutivamente si sono sviluppati però dei sistemi di controllo di qualità intracellulare : controllano che proteine complicate non si accumulino misfoldate nel nostro sistema.
Le chaperonine forniscono energia per rompere interazioni non native e cercano di far tornare intermedio off-pathway in un intermedio compatibile con on-pathway , mettendo in campo delle interazioni e movimento che corrispondono ad un delta di energia tale per cui la proteina torna indietro. Gli chaperon molecolari hanno una struttura a cilindro cavo => la catena polipeptidica entra misfoldata in questo cilindro che, in presenza di ATP, rompe i legami anomali e fa fuori uscire dall’altra parte una proteina completamente linearizzata.
Se nemmeno questo è sufficiente interviene il proteosoma che si trova nel RER e ha il compito di eliminare le proteine misfoldate se presenti in eccesso (quelle alle quali non si riesce più a fargli raggiungere la struttura nativa).
Anche i lisosomi possono fare lo stesso lavoro dei proteosomi, ma agiscono solo sulle proteine citoplasmatiche che si sono danneggiate irreversibilmente e solo quando il proteosoma non è più in grado di eliminarle.
Proteomica differenziale = vedo le proteine espresse nelle cellule sane e in quelle malate. Differenze di proteine in macchie che indicano le cellule sane rispetto a quelle malate.
Proteomica funzionale = serve a capire la funzione delle proteine e le relazioni tra le proteine. Comporta gli studi di:
- interattomica = come interagiscono le proteine tra loro
- metabolomica = studio dei metaboliti prodotti dalle proteine
STRUMENTI DA UTILIZZARE
Ho bisogno di:
- Elettroforesi bidimensionale da una miscela complessa devo poter “risolvere” (separare) tutti i componenti e per questo mi servono dei sistemi di separazione analitica dei campioni => noi utilizziamo elettroforesi bidimensionale.
- Spettrometria di massa se sono proteine già note basta interrogare le banche dati tramite software, ma se sono ignote, vanno identificate con la spettrometria.
- Bioinformatica devo usare dei database da “interrogare”, che contengano tutte le proteine conosciute e s oftware che permettono di analizzare i dati.
Il campione da analizzare viene preparato per l’analisi. A seconda di come lo preparo il risultato può cambiare moltissimo. Prima non esistevano delle regole da usare, quindi i metodi di estrazioni diverse producevano risultati diversi. Allora si è deciso di uniformare i protocolli. Inoltre esistono delle banche dati con mappe proteine presenti su un particolare tessuto e se quando voglio fare un confronto non rispetto lo stesso procedimento, il confronto non è possibile. Anche all’interno del laboratorio, se processo diversi campioni dovrei usare lo stesso metodo.
I campioni vengono risolti tramite elettroforesi bidimensionale (EFB) => separazione di proteine su gel di poliacrilammide. Mentre la monodimensionale permette di separare in bande solo un numero esiguo di proteine, con EFB posso separare molecole molto più grandi.
Si hanno due dimensioni :
1) Prima dimensione = si caricano le proteine su striscia di poliacrilammide in cui esiste un gradiente di pH che viene creato tramite l’uso di immobiline. Attacco la differenza di potenziale e le proteine migreranno in funzione della loro carica, finché trovano il pH uguale al loro punto isoelettrico perché questo è il punto in cui la loro carica è uguale a 0. Procedura che dura circa una notte. 2) Seconda dimensione = uso il detergente sodio dodecil solfato (SDS) che conferisce una carica netta alla proteina rendendo insignificante la sua carica intrinseca. Prendo una striscetta e la vado a depositare su gel di poliacrilammide. A questo punto apro la corrente e parto con la seconda dimensione. Su questo gel le proteine si separano a seconda del loro peso molecolare. Procedura che richiede circa 6 ore.
Otterrò una separazione in una direzione in base alla carica e in una direzione in base al loro peso molecolare.
Una volta fatta l’elettroforesi e ottenute le mappe bidimensionali la prima cosa che si fa è un’analisi computerizzata => la paragono a mappe presenti in rete o ad un database che ho in laboratorio. Se
dall’analisi per confronto vengono fuori cose interessanti o cose che non riesco a capire, allora posso prendere le macchie di cui non conosco “nome e cognome” e posso fare delle idrolisi in situ e successive analisi in spettrometria di massa.
Dopo l’elettroforesi devo colorare le proteine. Posso usate diversi tipi di colorazione. Se carico molto poco materiale utilizzo una colorazione all’argento (silver stane). Per carichi maggiori devo usare altre colorazioni (Coomassie Blue o Ruby Red) che però fanno vedere meno. Posso chiedermi: perché allora non carico sempre poco? Perché il silver non è compatibile con la spettrometria. Allora se ho molto materiale posso caricare all’inizio poco materiale e fare il silver stane e la settimana dopo carico il resto del materiale per fare spettroscopia.
ExPASy sito più visitato per un biochimico.
Vado a sinistra su proteomics => mass spectometry and 2-DE data => SWISS-2DPAGE - proteins on 2-D and SDS PAGE maps => database con tutte le mappe bidimensionali dei tessuti depositati. Tramite paragoni con altre mappe trovo le proteine presenti nel campione.
Però a me a volte interessa studiare una proteina che ancora non conosco. Posso però anche confrontare due sieri, uno dei quali è di un soggetto malato, l’altro è di quello sano. Carico allora nello stesso gel due campioni diversi, campioni che vengono trattati precedentemente da sonde fluorescenti (es Cy3 = giallo o Cy5 = azzurro). Mescolo i due campioni e li faccio correre all’interno di uno stesso gel. Dopo la corsa lo metto sotto un lettore a fluorescenza che mi riconosce le bande colorate con colori diversi. Dove poi i colori si sovrappongono, ho già fatto il paragone.
Posso poi prendere fisicamente gli spot e fare spettrometria di massa. Estrazione dello spot e analisi successive. Non riesco a estrarre proteine dal gel tramite un tampone ma devo prima decolorarli tramite un tampone e poi digerirli tramite enzimi idrolitici che li spaccano in pezzettini che escono dal gel. Devo però usare degli enzimi specifici come la tripsina che taglia la lisina e l’arginina (quelli basici). A quel punto utilizzo la spettrometria di massa che si chiama MALDI-TOF (pepdide mass fingerprint) => ogni proteina ha diversi peptidi => chiedo qual è la proteina che ha quei particolari peptidi (più peptidi do alla banca dati più si restringe il campo). Metto in banca dati i peptidi che ho trovato e chiedo qual è la proteina.
Come si analizza uno spettro?
Ci sono tanti picchi, ognuno dei quali corrisponde ad un peptide di una proteina X da identificare. Tutte queste manipolazioni devono essere fatte in maniera accurata perché la tripsina digerisce quello che trova. La proteina può attaccare anche la cheratina delle unghie o dei capelli del ricercatore.
Vado sempre su proteomics => mass spectometry and 2-DE data => tool Mascot - protein identification from mass spectrometry data.
Vado poi su peptide mass fingerprint => performe search.
C’è uno score che dipende dalla bontà del peso molecolare che io ho fornito e dall’esattezza dei peptidi matchati (numero di peptidi trovati in base ai peptidi totali che gli ho fornito). Se lo score è alto ho che la proteina che ho trovato ha una probabilità molto alta di essere quella giusta. Però io posso trovare anche altre proteine matchate con uno score più basso ma che è presente. Può essere che nel campione nello stesso spot ci siano due proteine presenti (perché anche il bidimensionale può sbagliare) ma a me può essere che interessa quella sotto, quella meno presente.
usate per fare i binari su cui avviene il traffico intracellulare (perché il trasporto è direzionale, non casuale). Cheratina, vimentina, filamenti intermedi hanno tutte queste struttura super-secondaria => modulo non rigido perché le proteine sono anche elastiche.
PROTEINE MOTORE: ACTINA, MIOSINA, DINEINA
- Actina e miosina sono coinvolte nella contrazione muscolare , compito che svolgono con consumo di ATP
- Dineina si occupa del trasporto di organelli all’interno della cellula
Meccanismo della contrazione
L’ATP si lega alla testa della miosina causando il distaccamento di questa dall’actina. I nucleotidi che legano le proteine possono cambiare caratteristiche proprie della proteine, es la carica. Dopo il legame la miosina si stacca perché ho cariche negative vicine nella proteina e questo le fa cambiare conformazione.
Successivamente l’ATP viene idrolizzato a ADP + P che rimangono associati alla testa. L’idrolisi provoca un cambiamento conformazionale. Ora che sono slegato e non ho più l’ATP con la sua carica potente negativa, la testa di miosina può attaccarsi di nuovo all’actina 0,2 A° più avanti.
Non appena la miosina si lega all’actina, il P viene rilasciato (il P rimanente si era insinuato tra una lisina e un’arginina e poiché il binding è debole la sua uscita è facile). La fuoriuscita del P provoca un cambiamento conformazionale nella testa della miosina che muove i filamenti di actina e miosina in modo relativo uno con l’altro. Nel processo viene rilasciato ADP.
ATP serve anche per altro. L’actina è una proteina globulare che può oligomerizzare in una proteina fibrosa quando lega l’ATP.
Si parla di:
- G actina => se lega ATP
- F actina => se non lega ATP I due stati sono dipendenti dalla quantità di ATP nel sistema
Il principale rifornimento di ATP nella cellula proviene dalla fosfocreatina => molecola altamente energetica che funge da riserva di gruppi fosfato per la sintesi di ATP (sapere formula chimica)
fosfocreatina 2-^ + H 2 O creatina + Pi 2-
PROTEINE STRUTTURALI: COLLAGENE
Proteine fibrose ( collagene )
Collagene = proteina che ha una progressione molto estesa perché φ > 170° e ϕ = -90 e questo gli fa assumere una conformazione di tipo elicoidale ma molto diversa da quella dell’alfa elica (che era φ = -57 e ϕ = -47) => non dire mai α-elica collagenica!!!
Per ogni giro della tripla elica ci sono 3,3 residui (là avevamo 1+4 => molti più gradini per fare un giro completo della scala).
Andamento elica => quando guardo la fibra posso individuare un’unità costituita da 3 catene polipeptidiche diverse singole dove:
- singola subunità elicoidale => sinistrorsa
- filamento formato da tre eliche => destrorso. Questo tipo di avvolgimento conferisce resistenza
lo stesso tipo di avvolgimento viene usato dal DNA (vedi linking number)
Una differenza sostanziale tra elica del collagene e α-elica:
- α-elica => ponti idrogeno all’interno della stessa catena
- collagene => legami idrogeno tra catene diverse
!! la singola elica deve trovare la sua compensazione nelle eliche al suo fianco => collagene ha degli amminoacidi modificati
Gli amminoacidi più presenti nel collagene sono:
- Prolina è presente per il 20 % (molte delle quali sono idrossilate => idrossiprolina => mi serve la vitamina C per farla) grazie a: o tendenza a fare una curvatura caratteristica quando è in configurazione cis o conformazione rigida e impossibilità di fare legami idrogeno => contribuisce a rompere l’α- elica
- Glicina forma il 30 % degli amminoacidi presenti nei collageni.
Ci sono circa 30 tipi di collagene che variano a seconda delle catene laterali che hanno. Le caratteristiche generali rimangono le stesse:
- Presenza ponti idrogeno inter-catena
- Presenza proline (a volte modificate)
La presenza delle due istidine inoltre riduce la preferenza del CO rispetto all’O2.
Grafico che mette in relazione la pressione parziale di ossigeno (pO 2 ) e la frazione di saturazione (se ho 10 gruppi eme nell’emoglobina, quante di queste sono occupate dall’ossigeno? Se ho 10 ossigeni ho 100%)
- emoglobina andamento sigmoidale => manifesta un’affinità diversa verso l’ossigeno in base alla pO 2 dell’atmosfera (all’inizio l’affinità è bassa, poi diventa maggiore)
- mioglobina andamento lineare
L’affinità dell’emoglobina è minore di quella della mioglobina (a basse pressioni di ossigeno la mioglobina si satura più velocemente). Ciò nonostante, l’emoglobina si può saturare.
L’affinità diversa ha un senso funzionale perché l’ossigeno deve andare dai polmoni -> emoglobina -> mioglobina => la mioglobina deve essere l’accettore finale (che poi passa l’ossigeno al mitocondrio), quindi deve essere quella con affinità maggiore.
Linea tratteggiata => se si considera l’affinità media (media tra affinità maggiore e minore) che non cambia in base alla pressione parziale di ossigeno, vedrei che non arriverei mai a saturazione.
L’emoglobina cambia forma e affinità con l’ossigeno in funzione della pressione parziale di ossigeno e fa ciò tramite un cambio di conformazione che implica una rotazione di 15° di una delle subunità:
- stato T (tense) bassa affinità per ossigeno
- stato R (relax) alta affinità per ossigeno
L’istidina prossimale è legata a catena F centrale: quando arriva l’ossigeno l’anello dove c’è il ferro si raddrizza, diventa planare perché l’ossigeno lo tira dall’altra parte => l’ossigeno trascina verso di sé l’elica alla quale l’istidina prossimale è legata. Un ponte H si spacca => la proteina si apre (perché non ho più la distanza giusta)
L’emoglobina è allo stato R quando si trova in prossimità dei polmoni.
Ci sono due fattori che influiscono quando faccio lavoro cellulare:
- Abbassamento pH (per aumento acido lattico)
- Liberazione CO 2
Se il pH si abbassa l’affinità dell’emoglobina verso l’ossigeno si abbassa. Vuol dire che l’emoglobina rilascerà l’ossigeno solo dove sto abbassando il pH (affinità minore => rilascio ossigeno), cioè in una zona limitata dove serve. Per rispondere al cambiamento ambientale esiste una istidina C-terminale della catena
β che quando pH passa da 7,4 a 7,2 si protona e interagisce con acido aspartico in posizione 94 che offre la sua carica negativa. Questo legame si forma solo nello stato desossi dell’emoglobina => proteina con minima affinità verso ossigeno effetto Bohr.
Come avviene il trasporto della CO 2? Essa viene idratata grazie alla anidrasi carbonica (si trova nei globuli rossi) ad acido carbonico che si dissocia bicarbonato e H+. Il ∆G quando ho H 2 CO 3 è 0 => reazione totalmente reversibile la cui direzione va in base alla quantità di HCO 3 -^ e H+ o CO 2 e H 2 O. La CO 2 è poco solubile in acqua, mentre il bicarbonato è più solubile. Gli H+^ vanno a protonare le istidine, le proteine, etc, tra cui l’emoglobina.
CO (^2) CO 2 + H 2 O (^) H 2 CO (^3) HCO 3 -^ + H+
L’anidrasi a livello dei tessuti periferici fa bicarbonato e lo manda fuori (là dove sono ricco di CO 2 ). Lo stesso enzima a livello degli alveoli trasforma CO 2 in CO 2 + H 2 O.
Il CO 2 può anche legarsi all’N terminale dell’emoglobina formando un carbammato.
La CO 2 viene eliminata:
- trasporto diretto su emoglobina
- dissociandosi in acqua
Meccanismo di antiporto => nel mitocondrio ci sono dei canali che fanno uscire Cl-^ quando entra bicarbonato per far mantenere la polarizzazione della membrana nel valore corretto.
La carbammilazione dell’emoglobina la rende meno affine a legare l’ossigeno => è ancora più propensa a lasciare l’ossigeno in sede. Questo avviene per due motivi:
- perché la reazione di carbammilazione rilascia H+
- perché crea dei ponti salini che contribuiscono a stabilizzare ulteriormente la forma T
2,3-bisfosfoglicerato effettore allosterico => quando lo aggiungo, l’affinità dell’emoglobina verso
l’ossigeno diminuisce. Questo composto aumenta quando la pressione parziale di ossigeno si riduce => c’è enzima che trasforma 1,3-bifosfoglicerato a 2,3-bifosfoglicerato (che lega l’emoglobina in una tasca proteica e riduce la sua affinità verso l’ossigeno) => compenso la bassa pressione con una migliore cessione ossigeno ai tessuti.
L’emoglobina è estremamente adattabile all’ambiente => proteina modulabile, ma è anche proteina che si deve adattare a varie fasi della vita. Quando nasciamo non ci sono catene α e catene β nella nostra emoglobina, ma ci sono catene che sono sintetizzate da geni diversi rispetto a quello attivi quando siamo adulti (famiglie geniche => vedi genetica torroni).
Dall’ 8° mese c’è una grande quantità di catene α. ε e Θ sono catene che ci sono nei primi mesi ma spariscono velocemente. La catena β in tutta la vita pre-nascita è molto minore in quantità rispetto alla catena α.
