La transizione dalla vita anaerobica alla vita aerobica rese disponibile una grande
riserva di energia. In presenza di O2 è possibile estrarre dal glucoso una quantità
di energia 18 volte maggiore, ed è possibile usare come fonte di energia anche
lipidi e protidi.
I vertebrati hanno selezionato dei meccanismi per rifornire in modo adeguato tutte
le cellule di O2 :
-- Un sistema circolatorio, indispensabile per organismi di dimensioni maggiori di
un mm3.
-- Molecole trasportatrici di ossigeno che permettono di aumentare la solubilità
nell’acqua del gas (1 l di H2O solubilizza 5 ml di O2 , 1 l di sangue 250 ml) e di
ridurre la produzione dei radicali liberi dell’ossigeno,molto dannosi per tutte le
molecole biologiche.
EMOGLOBINA
Nel sangue è necessario un TRASPORTATORE DELL’O2
perché questo gas non è abbastanza solubile da soddisfare le
esigenze dell’organismo.
In questo modo l’Hb
A 38 °C 1 litro di plasma può
contenere in soluzione solo
2,3 ml di O2
presente in un litro di
plasma può trasportare
200 ml di O2 cioè un
 1 litro di sangue contiene
150 g di Hb
 1 g di Hb può legare 1,34
ml di O2
volume 87 volte maggiore
di quello che potrebbe
veicolare il plasma da solo.
CROMOPROTEINE
- Emoglobina
- mioglobina
- citocromi
- enzimi eminici
EMOGLOBINA E MIOGLOBINA SONO PROTEINE
CONIUGATE COSTITUITE DA :
1.
UNA PARTE PROTEICA
GLOBINA
2.
UN GRUPPO PROSTETICO
EME
Sito di legame
dell’O2
Nei mammiferi sono cromoproteine :

EMOGLOBINA Hb (P.M.: 66500 Dalton)
E’ CONTENUTA SOLO NEGLI ERITROCITI
3 FUNZIONI:
1. trasporta l’O2 dai polmoni ai tessuti periferici
2. trasporta la CO2 dai tessuti periferici ai polmoni
3. azione tampone sul pH del sangue
 MIOGLOBINA
Mb (P.M.: 16500 Dalton)
E’ CONTENUTA nelle cellule del miocardio e del muscolo scheletrico
1 FUNZIONE:
Immagazzina l’O2 nel citoplasma e lo cede ai mitocondri quando necessario
LA MIOGLOBINA E’ COSTITUITA DA UNA CATENA DI
153 AMMINOACIDI (STRUTTURA PRIMARIA) CHE SI
SVILUPPA NELLO SPAZIO FORMANDO 8 ELICHE
(STRUTTURA SECONDARIA) ORGANIZZATE IN UN
UNICO DOMINIO (STRUTTURA TERZIARIA)
L’EMOGLOBINA HA UNA STRUTTURA QUATERNARIA.
CONTIENE 4 CATENE GLOBINICHE: 2  (CON 141
AMMINOACIDI) RIPIEGATE IN 7 REGIONI AD -ELICA)
E 2  (CON 146 AMMINOACIDI) RIPIEGATE IN 8
REGIONI AD -ELICA). A CIASCUNA CATENA
GLOBINICA E’ LEGATO UN FERROPROTOEME
GLOBINA
La MIOGLOBINA è costituita da una singola globina formata da 154 aa
L’ EMOGLOBINA invece presenta 4 catene: 2 (141 aa) e 2ß (146 aa)
è dunque un tetramero 2ß2.
Ogni globina contiene un gruppo eme legato non covalentemente.
L’aspetto piu' significativo della struttura della globina è l’alta
percentuale di -eliche: piu’ del 75% degli aa è disposto in 8 tratti ad elica (A,B,C,D,E,F,G,H) ; queste -eliche sono organizzate in una
struttura terziaria globulare molto compatta e quasi sferica
Le strutture della mioglobina, delle catene  e di tutte le catene
delle Hb di tutti i vertebrati sono molto simili nella struttura terziaria,
anche se le strutture primarie sono differenti:
LA CONFORMAZIONE E’ RESPONSABILE DELLA FUNZIONE
Gli aminoacidi polari sono localizzati quasi esclusivamente sulla
superficie esterna delle globine e contribuiscono alla loro alta
solubilità.
Gli aa totalmente idrofobici sono invece confinati all’interno della
proteina dove stabilizzano l’avvolgimento del polipeptide e
formano una tasca che accoglie il gruppo eme.
LA SOLA ECCEZIONE A QUESTA DISTRIBUZIONE DEGLI
AA NELLE GLOBINE SONO DUE ISTIDINE CHE GIOCANO
UN RUOLO FONDAMENTALE NELLA TASCA DELL’EME
GLOBINA
La coordinazione del Fe2+ nella protoporfirina IX in una tasca
idrofobica della globina permette il legame dell' ossigeno senza
ossidazione del ferro a Fe3+
Max Perutz with his model of
haemoglobin and John
Kendrew with his model of
myoglobin in 1962
EME
L’eme è una ferroprotoporfirina, un chelato dello
ione ferroso (Fe2+) e delle protoporfirina IX
La porfirina è un composto ciclico formato da 4 anelli
pirrolici legati tra loro da ponti metinici
Per sostituzione degli 8H angolari delle porfirine si
ottengono le protoporfirine
È legato non covalentemente sia all’Hb che alla
mioglobina
Formula di struttura
dell’eme libero
QUANDO L’EME ISOLATO REAGISCE CON L’O2
IL FERRO PASSA IRREVERSIBILMENTE DALLO
STATO FERROSO (Fe2+ ) A QUELLO FERRICO (Fe3+ )
PER EVITARLO DOBBIAMO UTILIZZARE UNA
STRUTTURA PROTEICA
GLOBINA
COMPLESSO
DELL’EME NELLA
MIOGLOBINA
L’OSSIGENO SI LEGA REVERSIBILMENTE AL
FERRO DELL’EME
Il Fe (allo stato ferroso)
forma sei legami di
coordinazione:
4 con gli N dell’anello
porfirinico
Il 5° con l’His F8
Il 6° con l’O2
Lo ione ferroso Fe2+ viene coordinato secondo i vertici di un ottaedro, quindi deve
avere sei ligandi:
4 ligandi sono forniti dagli azoti dell' anello porfirinico per cui restano
disponibili altri due siti di coordinazione:
1) His93 (residuo F8, detto anche istidina prossimale perchè forma un legame
stabile col ferro) fornisce, con un azoto dell' anello, il quinto legame di
coordinazione;
2) il sesto legame di coordinazione è realizzato, nella deossimioglobina ,con una
molecola di acqua e, nella ossimioglobina, con una molecola di ossigeno. La
presenza del residuo di His 64 (residuo E7, detto anche istidina prossimale)
impedisce all'ossigeno di formare con il ferro un legame a 90° che sarebbe troppo
stabile:
Infatti il monossido di
carbonio si lega a 90°
con un’affinità 200 volte
superiore all’O2
RUOLO DELLA GLOBINA
Crea un ambiente idrofobico che impedisce l’ossidazione del
Fe++ a Fe+++;
His E7 (distale) diminuisce l’affinità del CO da 25.000 volte
maggiore dell’O2 a solo 210 volte
L’Hb è un tetramero in cui ogni subunità ha una
struttura tutta ad -elica.
I contatti tra le subunità - sono di due tipi:
-- Le associazioni e sono contatti
estesi ed importanti per l’impacchettamento
delle subunità (non si modificano quando l’Hb
lega l’O2).
-- Le regioni di contatto e sono
chiamate regioni di scorrimento
Modifiche conformazionali dell’Hb
conseguenti all’ossigenazione
Blu forma T deossiHb
Rossa forma R ossiHb
Ponti salini tra subunità differenti della Hb. Sono interazioni
elettrostatiche, non covalenti, che vengono rotte in seguito
all’ossigenazione.
Curva di dissociazione
ossiemoglobinica
Il legame cooperativo dell’O2 all’Hb permette di trasportare
una quantità di O2 1,7 (66/38) volte maggiore di quella che
sarebbe trasportata se i siti fossero indipendenti.
Curve di saturazione della Mb e della Hb
p50 Hb = 26 torr
p50 Mb = 2,8 torr
pO2 = pressione parziale di O2
YO2 = saturazione frazionale
EFFETTO COOPERATIVO
Il legame dell’effettore alle subunità non
avviene in maniera indipendente perché
l’affinità dei singoli protomeri verso lo stesso
effettore può essere diversa (aumentata o
diminuita) in relazione allo stato della
conformazione quaternaria dell’enzima.
L’effetto cooperativo deriva dalle interazioni tra
protomeri.
EFFETTO COOPERATIVO POSITIVO
L’affinità dell’oligomero verso l’effettore
aumenta quando una o più subunità
dell’oligomero stesso hanno già legato l’effettore.
EFFETTO COOPERATIVO NEGATIVO
L’affinità dell’oligomero verso l’effettore
diminuisce quando una o più subunità
dell’oligomero stesso hanno già legato
l’effettore.
La maggior parte degli enzimi allosterici sono
regolati dallo stesso substrato con effetto
omotropico positivo, cooperativo positivo.
Movimenti dell’interfaccia
durante la transizione T R
MODELLO SIMMETRICO
DI MONOD
MODELLO SEQUENZIALE
DI KOSHLAND
Modelli per spiegare l'allosteria dell'emoglobina
1) Modello ad interazioni sequenziali (KNF):
presuppone che le
sottounità ad alta affinità R possano modificare la loro struttura terziaria in
seguito al legame con l‘ ossigeno e così influenzare le sottounità adiacenti a
bassa affinità T che passano alla forma R.
2) Modello a simmetria concertata: presuppone un equilibrio tra la
forma bassa a affinità T e quella ad elevata affinità R. Il legame dell' ossigeno
ad una sottounità di un tetramero in forma R, sposterà l' equilibrio a favore
di questa forma. Lo stato deossi corrisponde alla forma T; lo stato ossi alla
forma R.
Nessuno dei due modelli può spiegare con esattezza il comportamento allosterico
dell' emoglobina. Recentemente, sulla base delle accertate modificazioni della
struttura terziaria di ciascuna sottounità e della struttura quaternaria in seguito al
legame con l' ossigeno, Gary Ackers (1999) ha proposto che in asseza di ossigeno l'
emoglobina è presente in conformazione a bassa affinità T (deossi); quando una
molecola di ossigeno si lega ad una sottounità questa sola modifica la sua struttura
terziaria da T a R. Quando però in ciascuno dei due dimeri  un sito è ossigenato,
anche le altre due sottounità libere passano nella conformazione R, per cui si
realizza la transizione T–––> R che riguarda anche la struttura quaternaria (ciò non si
realizza se ad essere ossigenati sono le due sottounità dello stesso dimero).
T-state
R-state
Modificazioni della struttura dell'emoglobina indotte dal legame con
l' ossigeno
In seguito a completa ossigenazione delle quattro sottounità, un dimero  ruota
di circa 15° rispetto all' altro, portando le sottounità  più stretto contatto,
restringendo la cavità centrale della molecola
La transizione dalla conformazione deossi a quella ossi comporta modificazioni
rilevanti delle interazioni esistenti tra le sottounità  ed  apparteneti a due
differenti dimeri.
In particolare il C terminale delle sottounità  (il 146) nella forma deossi instaura
legami ponti idrogeno e legami ionici con i residui dal 36 al 42 dell' elica C della
sottounità  appartenente all' altro dimero .
Inoltre il residuo His 97 appartenente al gomito FG delle
sottounità  nella forma deossi è schiacciato contro il gomito
CD delle sottounità appartenenti all' altro dimero (tra Thr 41
e Pro 44). In seguito ad ossigenazione la rotazione dei dimeri
porta alla rottura dei legami tra il C terminale delle sottounità 
con l' elica C della sottounità  appartenente all' altro dimero
(His 97 si sposta tra i residui Thr 38 e Thr 41): le sottounità si
avvicinano tra loro riducendo la cavità centrale.
Cambiamenti strutturali dopo l’ossigenazione
Deossiemoglobina
Ossiemoglobina
DA DOVE DERIVA L’ENERGIA NECESSARIA AD
EFFETTUARE LA TRANSIZIONE DEOSSI
OSSI ?
Dal legame dell’O2 all’eme !!!
Quando l’O2 viene rilasciato ,la molecola di Hb riassume la
conformazione T ( a più bassa energia), ristabilendo i legami
che l’ossigenazione aveva rotto.
Inoltre nella conformazione deossi la protoporfirina IX è
leggermente convessa e lo ione ferroso (Fe 2+) è leggermente al
di sopra del piano dell’eme.
Il legame di coordinazione tra His F8 (istidina prossimale) e Fe2+ non è perpendicolare al
piano dell' anello tetrapirrolico, ma è inclinato di circa 8°. Quando l' ossigeno instaura il
sesto legame di coordinazione trascina lo ione Fe2+ nel piano della protoporfirina IX,
causandone l' appiattimento. La repulsione tra l' eme ed uno degli idrogeni dell' anello
imidazolico dell' istidina F8 da una parte, e quella con il residuo di valina FG5 provoca
uno spostamento di His F8 che rende perpendicolare al piano dell' eme il quinto legame
di coordinazione.
Il riallineamento di His F8 trascina con sè l' elica F e il gomito FG
provocando la rottura dei ponti idrogeno e legami salini tra il C terminale
di una sottounità  e l' elica C della sottounità  appartenente all' altro
dimero.
L' ossigenazione in presenza di imidazolo
di un' emoglobina in cui, per mutagenesi
sito-specifica le istidine prossimali siano
state sostituite con glicina, comporta
ancora lo spostamento dello ione Fe2+
nel piano dell'anello dell'eme e l'
appiattimento dell' eme ma non si
osservano modificazioni di struttura della
proteina e di conseguenza non si osserva
cooperatività.
La differenza di affinità per l'O2
tra lo stato T e lo stato R può
essere compreso in termini di
cambiamenti della struttura
quaternaria che accompagnano
la
conversione
dalla
deossiemoglobina
alla
ossiemoglobina.
Possiamo
notare i cambiamenti dalla
seguente animazione.
TETRAMERO DELL’Hb
Si
può
distinguere
la
conformazione ossi a causa
degli O2 in rosso che legano il
Fe in blu. Lo spostamento di
conformazione si origina dal
fatto
che
nella
deossiemoglobina il ferro si
trova fuori del piano dell'anello
dell'eme
In BLU e CELESTE: catene 
In GIALLO e VERDE : catene 
In ROSSO: pigmento dell’eme
Curva standard di dissociazione/associazione
emoglobina-O2
La forma SIGMOIDE è dovuta ad un’interazione molecolare tra i
quattro gruppi eme che conferisce all’Hb la proprietà di :
a) assumere rapidamente l’O2 a livello dei capillari polmonari,
dove pO2 alveolare = 100 mmHg
b) cedere altrettanto velocemente l’O2 a livello dei capillari
tissutali, dove pO2= 30 mmHg
Questo significa che la quantità di O2 trasportata dai polmoni è
quasi max. e che la quantità ceduta ai tessuti è notevole, pur essendo la
pO2 dei capillari sistemici ancora elevata.
La curva può essere modificata da variazioni:
1. Di POSIZIONE
2. Di FORMA : quest’ultima interferisce con il
trasporto di O2 molto più che una variazione di
posizione
MODIFICAZIONI DI POSIZIONE
LA CURVA STANDARD SI APPLICA SOLO ALLE SEGUENTI CONDIZIONI:
1.
Hb umana di tipo A (HbA: è l’emoglobina presente nell’adulto)
2.
pH = 7.40
3.
pCO2 = 40 mmHg
4.
T = 37 °C
5.
[ 2,3- bifosfoglicerato]= 15µmol/g Hb
QUANDO I VALORI DI UNO DEGLI ULTIMI QUATTRO FATTORI:
A. AUMENTANO: l’affinità dell’Hb per l’O2 si
riduce
LA CURVA SI SPOSTA A Dx
B. DIMINUISCONO: l’affinità aumenta
LA CURVA SI SPOSTA A Sx
ATTENZIONE!
SI MODIFICA
LA POSIZIONE
non la forma
Deviazione a Dx della curva
Ridotta affinità
A PARITÀ di pO2:
1. NEI CAPILLARI POLMONARI l’Hb lega una minore quantità
di O2.
2. NEI CAPILLARI SISTEMICI: aumenta la quantità di O2 che
può essere ceduto ai tessuti
N.B. :per pO2 > 70mmHg la saturazione è superiore al 90%
(parte piatta della curva) pertanto per questi valori di
pO2 le deviazioni della curva hanno scarsi effetti sulla
concentrazione arteriosa di O2
Deviazione a Sx
affinità aumentata
A PARITÀ di pO2:
1.
Nei capillari polmonari accelera l’assunzione di O2 da parte dell’Hb
e questo ha un effetto positivo soprattutto durante l’esercizio fisico
(quando la velocità del flusso ematico è aumentata).
2.
Nei capillari sistemici riduce la quantità di O2 che viene rilasciata e
questo può comportare (in assenza di compenso) ipossia tissutale
cioè ridotta disponibilità di O2 per il metabolismo aerobico
MODIFICAZIONI DI POSIZIONE
1.
EFFETTO DEGLI H+ : è dovuto ad una maggiore affinità di
questi ioni per l’Hb desossigenata che per l’ossiemoglobina
2.
EFFETTO DELLA CO2: nel plasma la CO2 forma acido
carbonico per cui determina modificazioni della [H+]
3.
EFFETTO DELLA TEMPERATURA: è quello tipico per tutti gli
equilibri chimici: una temperatura più elevata favorisce la
dissociazione tra Hb e O2, viceversa
4.
EFFETTO DEL 2,3- BIFOSFOGLICERATO (2,3-BPG):
si lega con maggiore affinità all’Hb ridotta.
Effetto del pH e della CO2
sull’affinità dell’emoglobina per l’O2
è noto come
EFFETTO BOHR
EFFETTO BOHR
Si è visto che per un determinato valore di pO2, il grado di dissociazione
della HbO2 aumenta parallelamente all’aumento della pCO2
Ma anche un aumento di [H+] ( che equivale ad una diminuzione di pH)
produce lo stesso effetto.
PERCHÉ?
Perché la CO2 disciolta in acqua è presente come acido carbonico;
quest’ultimo viene convertito dall’anidrasi carbonica in bicarbonato e H+
con conseguente riduzione del pH
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
Anidrasi
carbonica
La diminuzione del pH riduce l’affinità dell’Hb per l’O2
consentendo il rilascio dell’O2 legato.
L’effetto dei protoni sull’affinità dell’Hb per l’O2 è detto
effetto Bohr ed è dovuto al legame dei protoni
all’ossiemoglobina secondo la seguente reazione:
Hb(O2)4 + nH+
Hb(H+)n + 4O2
( n di poco > 2 )
Da questa reazione si deduce che i protoni spostano la
curva di dissociazione verso Dx promuovendo il rilascio di
O2
RILEVANZA FISIOLOGICA DELL’EFFETTO BOHR
La presenza di elevati livelli di CO2 e H+ nei capillari dei tessuti
metabolicamente attivi determina il rilascio di ossigeno dall’Hb.
Nei polmoni, invece, l’elevata concentrazione di ossigeno induce il
distacco della CO2 e degli H+ dall’Hb.
• La riduzione di pH sposta la curva verso Ds (minore affinità dell’Hb per
O2)
• L’aumento di pH sposta la curva verso Sn (maggiore affinità di Hb per O2 )
• L’aumento di pCO2 sposta la curva verso Dx ( minore affinità
dell’Hb per l’O2)
• La riduzione di pCO2 sposta la curva verso Sn (maggiore affinità )

TRASPORTO DELLA CO2
La CO2 viene trasportata nel sangue in tre principali forme:
1. Come CO2 in soluzione fisica (una piccola quota viene convertita ad ac.
carbonico, H2CO3)
2. Come ioni bicarbonato HCO3- (~80%)
3. Come forma legata a gruppi aminici liberi delle proteine plasmatiche e
dell’Hb (carboemoglobina).
Dunque a livello tissutale l’Hb reagisce con gli aminogruppi
N-terminali di proteine ed in particolare dell’emoglobina formando
formando dei carbammati:
…..N3H+ + HCO3NHCOO- + H+ + H2O
La reazione di carbammazione dell’Hb oltre a contribuire al trasporto
della CO2 comporta il rilascio di protoni che contribuiscono all’effetto
Bohr. Inoltre l’introduzione della carica negativa del carbammato al posto
della carica positiva degli NH2 terminali favorisce la formazione dei
ponti salini tra le catene a e b tipici della deossiemoglobina.
Nei polmoni l’elevata pressione parziale di O2 sposta l’equilibrio della (1)
verso sinistra portando alla liberazione di protoni che reagendo con il
bicarbonato, trasportato dal plasma ai polmoni, permettono la liberazione di
CO2.
Il meccanismo dell’effetto Bohr a livello molecolare si spiega con la maggiore
affinità per i protoni dell’emoglobina in forma deossi. Essenziale è il ruolo di
His 146 presente all’estremità C terminale delle catene b. Nella forma deossi il
residuo di His 146 ha
un pKa elevato e dunque è protonato e caricato
positivamente per cui forma un legame ionico con Asp 94 della stessa catena.
L’ossigenazione comporta la rottura del legame ionico con conseguente ritorno
del pKa a valori normali (~ 6.5), per cui per valori di pH = 7.4 (pH del sangue
arterioso) sarà quindi quasi completamente deprotonata.
Nell’effetto Bohr oltre a His 146 sono coinvolti con meccanismo analogo altri
residui tra i quali gli NH2 terminali delle catene a.
Il rilascio di CO2 abbassa l’affinità dell’Hb per l’O2 in due modi:
Una parte dell’anidride carbonica si trasforma in bicarbonato e rilascia H+
CO2+ H2O
H2CO3
HCO3- + H+
Questa reazione avviene lentamente nel plasma e nei liquidi interstiziali mentre
è rapida all’interno degli eritrociti per la presenza dell’enzima anidrasi carbonica
Parte del bicarbonato è trasportato all’esterno dei G.R. ma parte reagisce
direttamente con l’Hb legandosi agli amino-gruppi N-terminali delle catene
formando carbammati:
-NH2+ + HCO3-
HNCOO- + H+ + H2O
Quindi abbassiamo di nuovo il pH e in più formiamo un legame salino tra catene
a e b caratteristico dello stato deossi.
TRASPORTO della CO2
TEMPERATURA
• L’aumento di T sposta la curva verso Ds (minore affinità dell’Hb per O2)
• La riduzione di T sposta la curva verso Sn (maggiore affinità di Hb per O2 )

Il 2,3 -BIFOSFOGLICERATO
• L'acido 2,3 bisfosfoglicerico (2,3-BPG) è un effettore
allosterico negativo, la cui attività si somma a quella di CO2
e H+.
• Il 2,3-BPG si lega nella cavità tra le catene b formando
legami
ionici
con
residui
carichi
positivamente
e
stabilizzando in questo modo la configurazione deossi
dell'emoglobina. Il 2,3-BPG è sempre presente e viene
allontanato dalla cavità solo in seguito all' ossigenazione.
• E’ presente nei globuli rossi
nella stessa concentrazione
molare dell’Hb.
• Il 2,3-BPG abbassa l’affinità
dell’Hb per l’ossigeno di
26 volte : stabilizza la forma deossi
favorendo il rilascio di ossigeno
nei capillari tissutali.
• si lega alla deossiHb ma non alla ossiHb
FENOMENO DELL’ ADATTAMENTO AD
ALTE
QUOTE
È
UN
FISIOLOGICO LEGATO:
1. Ad un aumento della sintesi di Hb
2. All’aumento della [2,3-BPG] negli
eritrociti
PROCESSO
Adattamento ad alte quote
SHERPAS
VARIANTI DELL’EMOGLOBINA
 La variante più comune è l’Hb fetale ( HbF ): è costituita da 2 catene a e 2
. (a2  2 ) Subito dopo la nascita le catene  vengono sostituite dalle b.
N.B.: è una condizione FISIOLOGICA!!
 La sua persistenza dopo la nascita costituisce una condizione patologica
Catene
50%
Catene

Catene


25%
0%
-9
Concepimento
0
Nascita
9
Mesi
L’HbF ha un’affinità per l’O2 leggermente inferiore a quella dell’HbA
( deviazione a Dx ); però l’HbF non lega il 2,3-BPG per cui funzionalmente
mostra un’affinità per l’O2 maggiore della HbA (deviazione a Sx).
L’effetto è benefico in quanto consente al feto di “ strappare “ O2 al sangue
materno.
VARIANTI PATOLOGICHE
I.
EMOGLOBINOPATIE: per indicare CAMBIAMENTI nella
SEQUENZA AMINOACIDICA di una delle catene della globina
II.
TALASSEMIE: per indicare anomalie dovute a DIFETTI
QUANTITATIVI nella produzione delle catene globiniche.
La frequenza delle varianti patologiche varia notevolmente tra le
diverse popolazioni; alcune sono concentrate in popolazioni
nelle quali CONFERISCONO UN VANTAGGIO SELETTIVO
ALLO STATO DI PORTATORE .
QUESTO VANTAGGIO È SOLITAMENTE LA RESISTENZA
AD UN’INFEZIONE COME LA MALARIA.
( Harrison, Principi di Medicina Interna; McGrawHill )
EMOGLOBINOPATIE
 Sono generalmente prodotte da una sostituzione aminoacidica
 Sono conosciute centinaia di mutazioni
 La maggior parte delle mutazioni patologiche sono situate nella
tasca idrofobica e nella regione di contatto a-b
 Circa la metà delle varianti è clinicamente silente
 Le mutazioni non silenti sono:
-spesso letali per la proteina
-di solito dannose
-molto raramente vantaggiose
HbS
È una malattia ereditaria dovuta alla presenza nei GR della HbS
che polimerizza in particolari condizioni di ipossigenazione e
deforma i GR impartendo loro una conformazione falciforme.
In inglese si chiama Sickling Cell Disease e da sickle (falce)
viene la lettera S con cui è indicata la emoglobinopatia.
Nelle catene b dell' emoglobina S l' acido glutammico in A3
(Glu 6) è sostituito da una valina (Val 6). Questo fa sì che Val
6 si inserisca nella tasca idrofobica del gomito EF di una catena
b di un'altra molecola di emoglobina. La tasca idrofobica in EF
è accessibile solo nelle forme deossi
EMOGLOBINA S
ANEMIA A CELLULE FALCIFORMI
L’EMOGLOBINA S DIFFERISCE
DALL’EMOGLOBINA NORMALE
PERCHE’ NELLE CATENE  (IN
POSIZIONE 6) AL POSTO DELL’ACIDO
GLUTAMMICO E’ PRESENTE LA
VALINA
La polimerizzazione della HbS attraverso le interazioni
tra le catene laterali idrofobiche delle Val in posizione
6 e le tasche idrofobiche nei ripiegamenti EF delle
catene  in molecole adiacenti di Hb
Ossi HbA Deossi HbA Ossi HbS Deossi HbS
La deossiHbS polimerizza
formando dei filamenti
FORMAZIONE DI FIBRE DI DEOSSIEMOGLOBINA
A CAUSA DELLA VALINA MUTATA
ERITROCITI NORMALI
ERITROCITI A FALCE
L’HbS è presente con una frequenza del 10-40% in alcune
popolazioni esposte alla malaria endemica.
Può essere presente in:
A. OMOZIGOSI : in questo caso la malattia si manifesta nel corso
del primo anno di vita con aumentata suscettibilità a contrarre
infezioni, crisi dolorose, anemia emolitica cronica.
SOLO IN OMOZIGOSI LE EMAZIE ASSUMONO LA
FORMA A FALCE
B.
ETEROZIGOSI :
in questo caso la [HbS]~ 50%; ne
conseguono due vantaggi:
1. non si verifica la falcizzazione per cui , solitamente, è
asintomatica
2.offre una protezione nei confronti della malaria in quanto crea
condizioni non ottimali per la sopravvivenza del Plasmodio
falciparum
Polimerizzazione HbS
Si osserva il fenomeno della
falcizzazione ogni qualvolta
la pO2 scende sotto i 50-60 mmHg.
La desossi-emoglobina S infatti è
meno solubile della desossiemoglobina A e tende a
polimerizzare
formando,
all’interno dell’eritrocita, fasci di
fibre tubulari insolubili a decorso
parallelo dette “tattoidi.”
Questi
fasci
deformano
la
struttura del GR che assume un
aspetto a falce.
EFFETTORI ALLOSTERICI
NEGATIVI
-pH
-CO2
-2,3 bisfosfoglicerato
EFFETTO BOHR
L’affinità dell’Hb per l’O2 aumenta all’aumentare
del pH.
TRASPORTO CO2
Ruolo dell’Hb
nel trasporto
della CO2
Effetto del BPG e della CO2 sulla
curva di dissociazione dell’Hb
Il BPG è presente
nel sangue alla
stessa [Molare]
della Hb.
In assenza di BPG
la p50 dell’Hb è 1
torr. In presenza di
BPG sale a 26 torr.
Quindi abbassa
l’affinità dell’Hb di
26 volte.
L’EMOGLOBINA FETALE CONTIENE DUE
CATENE  E DUE CATENE 
LE CATENE  LEGANO IL
2,3-DIFOSFOGLICERATO MENO
SALDAMENTE DELLE DUE CATENE 
CINETICA DI OSSIGENAZIONE
DELL’EMOGLOBINA FETALE
HbC
 L’HbC è dovuta alla sostituzione dell’acido glutamico con la
lisina nella posizione 6 della catena b della emoglobina.
 È frequente soprattutto fra le popolazioni nere dell’Africa
occidentale (40% nel nord del Ghana).
HbE
 È dovuta alla sostituzione dell’acido glutamico con la lisina
nella posizione 26 della catena b dell’Hb.
 È frequente nel sud-est asiatico
TALASSEMIE
Due gruppi:
• a-talassemia
• b-talassemia
a-TALASSEMIA
Caratterizzata da deficit di sintesi di catene a cui consegue un’eccessiva
produzione di catene b nell’adulto e nel bambino, e di catene  nel feto.
Le catene b si accumulano formando tetrameri:

l’Hb di Barts (4)

l’Hb H negli adulti
Questi tetrameri sono Hb anomale con notevole instabilità, curva di
dissociazione dell’O2 spostata a Sx e mancanza dell’effetto cooperativo
( la curva non ha una forma sigmoide)
Le manifestazioni cliniche dipendono dal grado di accumulo di questi
tetrameri e da quanti dei quattro loci a sono deleti o inattivati da una
mutazione.
L’a-talassemia è dovuta ,nella maggior parte dei casi, a delezione genetica.
Nel cromosoma 16 sono presenti due copie di geni per la catena a per cui
sono possibili due alterazioni a livello del singolo cromosoma:
A. delezione di entrambe le copie del gene della catena a
B. delezione di una sola copia del gene della catena a
Da questo si deduce che un individuo può avere da 4 a 0 copie del gene a:
1.
2.
ASSENZA DI UNA SOLA COPIA: stato di portatore silente
(asintomatico)
ASSENZA DI DUE COPIE: alterazione ematologica lieve
( detta trait- talassemico); buon stato di salute
3.
ASSENZA DI TRE COPIE: presenza nelle emazie di Hb formata da
tetrameri di catene b (HbH = b4); quadro clinico grave
4.
ASSENZA DI QUATTRO COPIE: CONDIZIONE INCOMPATIBILE
CON LA VITA: MORTE INTRAUTERINA
In queste condizioni si forma scarsa quantità di Hb anomala in quanto
formata da 4 catene  ( Hb Barts = 4 )
b-TALASSEMIE
Si distinguono in
bo o b+ a seconda che la sintesi delle catene b sia rispettivamente assente
o ridotta.
TERMINOLOGIA CLINICA:
1. MAJOR : Morbo di Cooley (Thal b0 omozigote); anemia molto grave:
il paziente necessita di continue trasfusioni di sangue altrimenti muore
prima dell’adolescenza (è la più importante!!)
2. INTERMEDIA: ( Thal b+ omozigote): quadro clinico ed ematologico
di gravità intermedia tra la forma major e la minor
3. MINOR : ( Thal b0 eterozigote ): il paziente è affetto da anemia cronica
non grave; non richiede trasfusioni
4. MINIMA: ( Thal b+ eterozigote ): paziente portatore del tratto
talasssemico; manca ogni manifestazione clinica.
INCIDENZA DELLA
-TALASSEMIA IN
ITALIA
È indicata la
frequenza degli
eterozigoti