Eventi successivi alla comparsa dell O 2

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Eventi successivi alla comparsa dell O 2"

Umberto Pasquali
5 anni fa
Visualizzazioni

1 Eventi successivi alla comparsa dell O 2 Possibilità di ottenere circa 20 volte più energia dalla combustione del glucosio Sviluppo di un sistema circolatorio per la distribuzione dell ossigeno: infatti, l assenza di tale sistema limita le dimensione di un organismo a 1 mm, perché la diffusione dell ossigeno sarebbe troppo lenta Acquisizione di molecole trasportatrici di ossigeno per superare le limitazioni dovute alla sua bassa solubilità in acqua. Nel sangue, la presenza di Hb aumenta la capacità di trasporto di O 2 da 5 a 250 ml/litro

2 Eritrociti umani Etimologia: erythos = rosso kytos = contenitore cavo Disco biconcavo senza nucleo e mitocondri contenente 3x10 8 molecole di emoglobina Concentrazione di Hb nel sangue 5-10 mm

3 Protoporfirina IX ed eme

4 Mioglobina

5 Interazione Proteina-Eme L Eme stabilizza il folding della proteina. Si lega in una tasca idrofobica. I gruppi propionato sono sulla superficie. Gruppi carbossilici del propionato.

6 Struttura comparata di Mb e catena β

7 Il gruppo eme

8 Rapporti eme-proteina

10 Spettro d assorbimento di ossi e deossi Hb

11 Tabella di Mendelejev

12 Struttura elettronica del ferro Numero atomico elettroni formano un guscio stabile (argon) I 6 elettroni del Fe +2 occupano 5 orbitali 3d dello strato M (stato paramagnetico high-spin) Può accettare fino a 36 elettroni formando un guscio stabile. Legami di coordinazione. Quando il Fe +2 lega l ossigeno, i suoi 6 elettroni vengono riarrangiati in tre coppie e vanno ad occupare soltanto 3 orbitali d, formando una struttura più compatta (stato diamagnetico low-spin)

13 Distribuzione orbitale degli elettroni 3d in un atomo di ferro low-spin 3d 4s 4p high-spin

14 Curve di binding dell ossigeno Obiettivi. Capire le curve di binding dell O 2 per la Mb. Capire le curve di binding dell O 2 per la Hb. Identificazione del meccanismo cooperativo di legame.

15 Binding dell O 2. Misurazione della forma Ossi- vs Deossi- mediante spettroscopia (banda di Soret). La reazione è Mb + O 2 MbO 2 La costante di dissociazione è data da: K = [Mb][O 2 ] /[MbO 2 ] La frazione di proteina legata: Y = [MbO 2 ] / ([Mb] + [MbO 2 ]) Riarrangiare in termini delle quantità misurabili: Y = po 2 / (po 2 + p 50 )

16 Curva di saturazione della Mb Il legame è caratterizzato dalla p 50. Pressione parziale di ossigeno per la quale metà della Mb è saturata. Maggiore affinità, curva verso sinistra. Minore affinità, verso destra.

17 I punti di contatto α 1 β 2 sono 19, quelli α 1 β 1 sono 34 Nell Hb i residui all interfaccia sono apolari Nella Mb gli stessi residui sono prevalentemente polari

18 Curva di saturazione dell Hb

Hill Plot per l Hb (legata/libera) log = n log (P O 2 ) n log (P 50 ) Y O 2 1 - Y O 2 Risposta non lineare

19 Hill Plot per l Hb (legata/libera) log = n log (P O 2 ) n log (P 50 ) Y O Y O 2 Risposta non lineare all ossigeno. Slope 1 per basse e alte po 2. Le affinità sono però molto differenti agli estremi. Slope, n > 1.

20 Regolazione cooperativa Legame dell ossigeno all Hb: All inizio O 2 si lega alla forma deossi- con una data affinità. L affinità aumenta nei legami successivi. Regolazione cooperativa positiva. Proteine multimeriche. Coefficiente di Hill ~ numero delle subunità che interagiscono. Vantaggi: l interazione è più sensibile a piccoli cambiamenti di [ligando].

21 Movimento del Fe sul piano dell eme

22 Blu, deossi Rosso, ossi Modificazioni conformazionali dovute all ossigenazione

23 Modificazioni conformazionali dell Hb

24 Modificazioni conformazionali all interfaccia α1/β2

25 Ponti salini nella deossi Hb

26 Rete di ponti salini e legami idrogeno nella deossihb

27 Effetto del ph sulla curva di saturazione H + rilascia O 2

28 Effetto Bohr L affinità per l ossigeno è sensibile al ph. ph; p 50 (abbassamento dell affinità). D94 H146 ponte salino presente solo nella forma T. Eccesso di H + forma il ponte salino, favorendo la forma deossi. H146 D94

29 CO 2 Prodotta dal metabolismo aerobico. Reagisce con il terminale aminico; reazione di carbamilazione. La carica negativa forma un ponte salino con αr141, stabilizzando la forma deossi. R-NH 2 + CO 2 R-NH-CO H + Nel polmone, Bassa CO 2 Nei tessuti, Alta CO 2

30 Legame dello ione cloruro Favorisce la forma T Forma ponti salini con αr141 e αv1 nella forma T. Viene rilasciato nella forma R.

31 Effetto del BPG Adattamento all alta quota

32 Sito di legame del BPG

33 Sito di legame del BPG Dimensioni della cavità 2 x 2,5 x 1 nm

35 Scambio O2/CO2

36 Scambio dei cloruri

38 Catene emoglobiniche durante lo sviluppo

39 Scambi respiratori tra sangue materno e sangue fetale

40 Evoluzione dei geni delle globine

41 Evoluzione molecolare attraverso duplicazione genica

42 NO (monossido di azoto) e Hb NO potente vasodilatatore Miorilassante (muscolatura liscia) Neurotrasmettitore Prodotto dalla Ossido Nitrico Sintasi (NOS). Arginina Citrullina + NO Attiva la guanilato ciclasi solubile, cascata di trasduzione del segnale. Reagisce con Hb, volte meglio di O 2.

43 Trasporto di NO tramite Hb NO si lega alla Cys93 sulla catena β della HbO 2 (forma R), Formando: CH 2 S N=O Nei capillari viene trasferito al glutatione e ad altri trasportatori tiolici che lo presentano ai recettori endoteliali.

44 Trasporto di NO attraverso Hb La reazione di trasferimento dipende dallo stato T/R. Lo stato R promuove il legame alla Cys93 Nel polmone si formano addotti SNO-Hb. Nello stato T, NO viene rilasciato. Efficiente trasporto di NO ai vasi sanguigni. La vasodilatazione aumenta il trasporto di O 2. Blood substitutes

45 Distribuzione delle mutazioni nell emoglobina

46 Residui invarianti nelle emoglobine Posizione Aminoacido Ruolo F8 His Istidina prossimale E7 His Istidina distale CD1 Phe Contatto dell eme F4 Leu Contatto dell eme B6 Gly Permette l avvicinamento delle eliche B ed E C2 Pro Interruzione dell elica HC2 Tyr Unisce le eliche H ed F C4 Thr Sconosciuto H10 Lys Sconosciuto 93β Cys Legame con NO

47 Effetti patologici di mutazioni

48 Tipi di mutazioni

49 O H 2 N C NH OH

50 Fasi di aggregazione dell HbS

51 Eritrociti normali Eritrociti falciformi

52 Fibre di deossihbs da globulo rosso

53 Distribuzione geografica malaria/hbs Popolazione 2,5 miliardi Malati 100 milioni 1 milione di morti all anno

54 Anemie emolitiche. Emoglobine instabili, degradate dagli eritrociti. Cianosi. Emoglobine che favoriscono la formazione di metaemoglobina. Policitemie. Aumentato numero di globuli rossi (emoglobine mutate all interfaccia α 1 β 2, perdita di cooperatività). Soggetti al rischio di trombosi arteriose e venose, per cui si potranno avere infarto del miocardio, trombosi cerebrale, trombosi arteriose e/o venose degli arti inferiori, embolia polmonare ecc.

55 MICROCITEMIE α-talassemia: un individuo può avere fino a 4 geni di globina α. Se almeno 3 di questi geni non funzionano, gli individui sono anemici per la bassa produzione di Hb. Si formano tetrameri β 4 (Hb H) o γ 4 (Hb Bart), che non presentano cooperatività o effetto Bohr e permangono nella struttura R. Quindi legano e trasportano O 2, ma non lo liberano. β-talassemia: in condizioni di omozigosi, quando l unico gene di globina β non funziona, l Hb è formata da catene γ (α 2 γ 2 ). Eritropoiesi inefficace. Trasfusioni. Questi individui non sopravvivono a lungo. Trapianto del midollo. Negli eterozigoti, la patologia è meno grave, perché almeno un allele funziona.

Documenti analoghi

Mioglobina Emoglobina

Mioglobina Emoglobina RESPIRAZIONE : assunzione di O 2 dall ambiente e rilascio di CO 2 La RESPIRAZIONE CELLULARE è un processo redox attraverso il quale vengono trasferiti atomi di idrogeno da un composto