TRASPORTO DI O2
L’EMOGLOBINA
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Concentrazione di O2 nel plasma
Usando la legge di Henry possiamo calcolare la [O2] sciolta
nel plasma come gas:
[O2] = coeff solub x % PO2
0.003 ml  0.024 ml
ml H2O
ml H2O
Che equivale a:
x
100 mmHg
760 mmHg
3.0 ml O2
1000 ml H2O
L’O2 totale nel nostro sangue è invece :
200 ml O2
1000 ml H2O
Quindi:
3.0 /200 = 1.5% di O2 è sotto forma di gas
197 /200 = 98.5% di O2 è legato all’Hb4 nel sangue
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E’ possibile respirare senza emoglobina?
La richiesta di O2 in condizioni normali è di:
250 ml/min
Con una G.C. di 5 l/min ed una quantità di O2 sciolto sotto
forma di gas di 3 ml/l, avremmo una disponibilità di O2 di:
3 ml/l x 5 l/min = 15 ml/min
Per far fronte a una richiesta di 250 ml/min la G.C.
dovrebbe aumentare 17 volte mentre può al massimo
crescere 9 volte
Respirazione con emoglobina
- L’emoglobina lega  200 ml di O2 e ne scambia 50 ml con i
tessuti per ogni litro di plasma.
- 50 ml di O2 per litro di plasma moltiplicati per la G.C. (5
l/min) danno:
50 ml/l x 5 l/min = 250 ml/min
che rappresenta la quantità di O2 al minuto di cui abbiamo
bisogno in condizioni normali
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Struttura della emoglobina (Hb)
- proteina di P.M. 68 kD
- formata da 4 subunità: 2a + 2b
- ciascuna subunità contiene un
gruppo ferroporfirinico (gruppo
eme) che lega una molecola di O2
- cambia colore se legata a O2
HbO2 (rosso vivo; ossiemoglobina)
Hb (rosso bruno; deossiemoglobina)
- l’O2 si lega al Fe2+ del gruppo eme ma
non lo ossida. Forma un legame
reversibile ad alta affinità
- se il Fe2+ si ossida a Fe3+, l’Hb diventa
metaemoglobina (non è in grado di
legare l’O2, cessa di trasportare O2)
- la metaemoglobina-riduttasi ripristina
i livelli di Hb
- Il gruppo eme è formato da 4 gruppi
pirrolici (anello porfirinico planare)
- il Fe2+ possiede 4 legami di
coordinazione + 2 di valenza
- i 2 di valenza e 2 di coordinazione
sono utilizzati per legare i 4 gruppi
pirrolici
- i 2 legami residui di coordinazione
sono utilizzati per legare il gruppo
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imidazolico (istidina) della globina e il
restante per legare reversibilmente l’O2
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Interazione O2
Hb
 la quantità di O2 legata all’Hb è
proporzionale alla PO2
 legame reversibile
 100% di saturazione equivale alla
capacità massima del sangue di
legare l’O2
 la [Hb] nel sangue è 150 gr/litro
 1 gr di Hb lega 1.35 ml di O2
 l’Hb lega 150 gr/l x 1.35 ml =
200 ml O2/ litro di sangue
 la mioglobina è formata da una sola subunità di globina
 possiede alta affinità per l’O2. E’ contenuta nel m. scheletrico ed è
saturata a PO2 = 40 mmHg (sangue venoso)
 è una riserva di O2 muscolare, che viene ceduto quando l’O2
plasmatico diminuisce
 l’Hb ha una affinità 250 volte
maggiore per il CO
 il CO sposta la curva di
saturazione verso sinistra (maggiore
affinità dell’O2 per l’Hb)
 PCO molto basse saturano l’Hb
 lo scambio di O2 in presenza di
50% HbCO è molto sfavorito
 Ogni molecola di Hb lega 2 CO e
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2 O2. L’O2 è ceduto ai tessuti solo a
basse PO2
Effetti del pH, temperatura e 2,3-DPG
Effetto Bohr per l’Hb
 Riduzioni del pH o aumenti
della PCO2 riducono l’affinità
per l’O2
 La curva di saturazione si
sposta a destra e cambia
pendenza (minor affinità
dell’O2 per l’Hb)
 L’effetto Bohr permette uno
scambio maggiore di O2 tra s.
arterioso e tessuti e tra s.
venoso e alveoli
Modello molecolare:
 Il legame con l’H+ diminuisce
l’affinità del gruppo eme per l’O2
che viene rilasciato più facilmente
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Effetti della temperatura e 2,3-DPG
 aumenti della temperatura e del [2,3-DPG] producono gli
stessi effetti di bassi pH
 il 2,3-DPG è prodotto dagli eritrociti e viene sintetizzato ad
alte quote, quando la PO2 diminuisce
pH, temperatura e 2,3-DPG
cambiano l’affinità dell’O2
per l’Hb
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TRASPORTO DI CO2
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Proprietà della CO2 nel sangue
 la CO2 è prodotta nei tessuti (200 ml/min)
 diffonde nel plasma e negli eritrociti
 esiste in tre forme principali:
CO2, HCO3–, legata all’Hb o a plasma-proteine
 in soluzione, a pressione atmosferica e a temperatura corporea (37o
C) la CO2 reagisce lentamente con l’H2O per formare H2CO3
 la reazione (lenta) fornisce tre specie ioniche : H+, HCO3– e CO3– –
secondo le seguenti reazioni:
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3– + H+
CO3– – + H+
 la quantità di H2CO3, HCO3– e CO3– – in soluzione dipende
fortemente dal pH (oltre che dalla temperatura e forza ionica della
soluzione) secondo la seguente curva di titolazione:
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Chi produce l’HCO3- disciolto nel plasma?
Dalle leggi della chimica, a pH 7.4 (linea nera) le proporzioni tra HCO3e H2CO3, sono:
HCO3–  20
H2CO3
1
mentre:
CO2
1000

H2CO3
1
quindi, teoricamente uno si aspetterebbe :
HCO3–
20

CO2
1000
=
1
50
di fatto, in condizioni fisiologiche normali (pH 7.4), il rapporto è:
HCO3–

CO2
20
1
ovvero, il nostro organismo “produce” grandi quantità di
bicarbonato.
Ciò è dovuto alla presenza dell’enzima “anidrasi carbonica”
all’interno degli eritrociti che accelera  1000 volte la
reazione:
CO2 + H2O a.c. H2CO3
e cambia drasticamente il rapporto:
CO2  1
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H2CO3
1
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Altre forme di CO2 nel plasma e negli eritrociti
Nel plasma:
L’H+ interagisce con le plasmaproteine per formare HPr e
l’HCO3– forma NaHCO3 (il plasma è ricco di Na+):
H2CO3 + NaPr
NaHCO3 + HPr
Na+ + HCO3–
All’interno degli eritrociti:
L’H+ interagisce con l’emoglobina ossigenata per formare H4Hb
(emoglobina idrogenata). L’HCO3– forma KHCO3 :
4KHbO8 + 4H2CO3
(ossigenata)
H4Hb + 4KHCO3 + 4O2
(idrogenata)
K+ + HCO3–
La CO2 reagisce con i gruppi NH2 dell’emoglobina
deossigenata (Hb4), formando composti carboamminici:
Hb-NH2 + CO2
(deossigenata)
H+ +Hb-N
H
COO–
(carboammino-emoglobina)
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Curva di dissociazione della CO2 nel
sangue (effetto Haldane)
La CO2 può trovarsi in soluzione in tre forme principali:
 CO2 molecolare
(5%)
(gas)
 HCO3(89%)
(bicarbonato)
 composti carboamminici (6%)
(legata all’Hb deossigenata)
A livello dei tessuti:
 Produciamo e scambiamo normalmente 40 ml/l di CO2 che è circa
1/10 della CO2 presente nel sangue (in massima parte come HCO3–)
 l’Hb deossigenata lega meglio la CO2 formando composti
carboammino-emoglobinici (effetto Haldane).
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 l’effetto Haldane è responsabile
di circa la metà della CO2 che12
viene scambiata a livello dei tessuti e trasportata nel sangue.
L’affinità della CO2 per l’Hb dipende dallo stato
di ossigenazione dell’Hb
A livello tissutale:
A livello alveolare:
 l’Hb deossigenata lega
meglio la CO2 (alta
affinità) formando
composti carboamminoemoglobinici (HbCO2)
 la formazione di HbO2
riduce l’affinità della CO2 e
H+ per l’Hb (bassa affinità)
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 la CO2 che si libera viene
scambiata con l’alveolo ed
espulsa
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Formazione di HCO3- e scambio dei cloruri
(effetto Hamburger)
 Lo scambiatore HCO3– /Cl – trasporta HCO3– fuori dalla cellula
(effetto Hamburger) e favorisce la formazione di NaHCO3 che
diventa la forma dominante della CO2 nel sangue .
 L’85% dell’ HCO3– è sotto forma di NaHCO3. Il restante 15% è
KHCO3.
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Volumi di O2 e CO2 scambiati in un minuto
O2 consumato = 250 ml/min
CO2 prodotta = 200 ml/min
Quoziente respiratorio (QR) = CO2 prodotta/O2 consumato = 0.8
Nel sangue arterioso ci sono: 200 ml O2/litro di sangue e
480 ml CO2/litro di sangue
Nel sangue venoso c’è ancor meno O2 e più CO2: 150 ml O2/litro di
sangue e 520 ml CO2/litro di sangue
La quantità totale di CO2 nel plasma è sempre maggiore di quella
dell’O2
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