- Caratteristiche strutturali
- Forme o strutture dell'emoglobina
- Comportamento cooperativo
- Effetti del monossido di carbonio
- Quali fattori possono influenzare l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno?
- Implicazioni funzionali
- Riferimenti
La carbossiemoglobina è il monossido di carbonio (CO) legato all'emoglobina. L'emoglobina è la proteina che trasporta l'ossigeno attraverso il sangue negli esseri umani e in molti altri vertebrati.
Per trasportare l'ossigeno, l'emoglobina deve legarsi ad esso. Max Perutz, chimico e premio Nobel nato a Vienna nel 1914 e morto a Cambridge nel 2002, ha definito "immorale" il comportamento di legame dell'ossigeno dell'emoglobina.
Struttura dell'emoglobina (Fonte: Bielabio tramite Wikimedia Commons)
Immagina due molecole di emoglobina ciascuna in grado di legare quattro molecole di ossigeno. Uno ha già tre molecole di ossigeno e l'altro nessuno. Se compare un'altra molecola di ossigeno, la domanda è la seguente: si unisce a quella "ricca" che ne ha già tre, oa quella "povera" che non ne ha? La probabilità è 100 a 1 che miri alla molecola ricca.
Ora immagina altre due molecole di emoglobina. Uno ha 4 molecole di ossigeno (è saturo) e l'altro ne ha solo una. Quale molecola ha più probabilità di dare ossigeno ai tessuti, ricchi o poveri? I più poveri forniranno ossigeno più facilmente dei ricchi.
La distribuzione dell'ossigeno nella molecola dell'emoglobina può essere vista come la parabola biblica: "… a chi ha, a lui sarà dato ea chi non ha, anche quello che ha gli sarà tolto …" (Mt, 13:12). Dal punto di vista fisiologico, questo comportamento "immorale" della molecola di emoglobina è denso di significato, poiché contribuisce all'apporto di ossigeno ai tessuti.
Il monossido di carbonio, tuttavia, qualunque sia il numero di atomi di ossigeno attaccati a una molecola di emoglobina, li "uccide" tutti. Cioè, in presenza di abbondante CO, tutto l'ossigeno legato all'emoglobina viene sostituito da CO.
Caratteristiche strutturali
Per parlare di carbossiemoglobina, che altro non è che uno stato di emoglobina associato al monossido di carbonio, è necessario prima riferirsi all'emoglobina in termini generali.
L'emoglobina è una proteina composta da quattro subunità ciascuna formata da una catena polipeptidica nota come globina e da un gruppo di natura non proteica (gruppo protesico) chiamato gruppo eme.
Ogni gruppo eme contiene un atomo di ferro allo stato ferroso (Fe 2+ ). Questi sono gli atomi in grado di legarsi all'ossigeno senza ossidarsi.
Il tetramero dell'emoglobina è costituito da due subunità di alfa globina, di 141 amminoacidi ciascuna, e due subunità di beta globina, di 146 amminoacidi ciascuna.
Forme o strutture dell'emoglobina
Quando l'emoglobina non è legata a nessun atomo di ossigeno, la struttura dell'emoglobina è rigida o tesa, a causa della formazione di ponti salini al suo interno.
La struttura quaternaria dell'emoglobina priva di ossigeno (deossigenata) è nota come "T" o struttura tesa, e l'emoglobina ossigenata (ossiemoglobina) è nota come "R" o struttura rilassata.
La transizione dalla struttura T alla struttura R avviene attraverso l'attaccamento dell'ossigeno all'atomo di ferro ferroso (Fe 2+ ) del gruppo eme attaccato a ciascuna catena globinica.
Comportamento cooperativo
Le subunità che compongono la struttura dell'emoglobina mostrano un comportamento cooperativo che può essere spiegato con il seguente esempio.
La molecola di emoglobina deossigenata (in struttura T) può essere immaginata come un gomitolo di lana con i siti di legame dell'ossigeno (gruppi eme) molto nascosti al suo interno.
Quando questa struttura tesa si lega a una molecola di ossigeno, la velocità di legame è molto lenta, ma questo legame è sufficiente per allentare un po 'la palla e portare il gruppo eme successivo più vicino alla superficie, rendendo la velocità con cui si lega l'ossigeno successivo è più alto, ripetendo il processo e aumentando l'affinità con ogni legame.
Effetti del monossido di carbonio
Per studiare gli effetti del monossido di carbonio sul trasporto dei gas nel sangue, è necessario prima descrivere le caratteristiche della curva dell'ossiemoglobina, che descrive la sua dipendenza dalla pressione parziale dell'ossigeno per “caricarsi” o meno con le molecole di ossigeno.
La curva dell'ossiemoglobina ha una forma sigmoidea o "S" che varia in funzione della pressione parziale dell'ossigeno. Il grafico della curva emerge dalle analisi effettuate sui campioni di sangue utilizzati per costruirla.
La regione più ripida della curva si ottiene con pressioni inferiori a 60 mmHg ea pressioni superiori a questa la curva tende ad appiattirsi, come se raggiungesse un plateau.
In presenza di determinate sostanze, la curva può mostrare deviazioni significative. Queste deviazioni mostrano i cambiamenti che si verificano nell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno nella stessa PO 2 .
Per quantificare questo fenomeno è stata introdotta la misura dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, nota come valore P 50 , ovvero il valore della pressione parziale dell'ossigeno a cui l'emoglobina è satura al 50%; cioè, quando metà dei suoi gruppi eme sono attaccati a una molecola di ossigeno.
In condizioni standard, che devono essere intesi come pH 7,4, pressione parziale di ossigeno di 40 mmHg, e la temperatura di 37 ° C, il basso P 50 rappresenta un adulto è di 27 mmHg o 3,6 kPa.
Quali fattori possono influenzare l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno?
L'affinità per l'ossigeno dell'emoglobina contenuta negli eritrociti può diminuire in presenza di 2,3 difosfoglicerato (2-3DPG), anidride carbonica (CO 2 ), alte concentrazioni di protoni oa causa dell'aumento della temperatura; e lo stesso vale per il monossido di carbonio (CO).
Implicazioni funzionali
Il monossido di carbonio è in grado di interferire con la funzione di trasporto dell'ossigeno nel sangue arterioso. Questa molecola è in grado di legarsi all'emoglobina e di formare carbossiemoglobina. Questo perché ha un'affinità per l'emoglobina circa 250 volte maggiore di O 2 , quindi è in grado di spostarla anche quando è legata ad essa.
Il corpo produce monossido di carbonio in modo permanente, anche se in piccole quantità. Questo gas incolore e inodore si lega al gruppo eme allo stesso modo dell'O 2 e normalmente circa l'1% dell'emoglobina nel sangue esiste come carbossiemoglobina.
Poiché la combustione incompleta della materia organica produce CO, la proporzione di carbossiemoglobina nei fumatori è molto più alta, raggiungendo valori compresi tra il 5 e il 15% dell'emoglobina totale. L'aumento cronico della concentrazione di carbossiemoglobina è dannoso per la salute.
Un aumento della quantità di CO inalata che genera più del 40% di carbossiemoglobina è pericoloso per la vita. Quando il sito di legame del ferro ferroso è occupato da CO, l'O 2 non può legarsi .
Il legame del CO provoca la transizione dell'emoglobina alla struttura R, in modo tale che l'emoglobina riduce ulteriormente la capacità di fornire O 2 nei capillari sanguigni.
La carbossiemoglobina ha un colore rosso chiaro. Pertanto, i pazienti avvelenati da CO diventano rosa, anche in coma e paralisi respiratoria. Il miglior trattamento per cercare di salvare la vita di questi pazienti è far loro inalare ossigeno puro, anche iperbarico, per cercare di spostare il legame del ferro con la CO.
Riferimenti
- Fox, SI (2006). Human Physiology 9th Edition (pp. 501-502). Stampa McGraw-Hill, New York, USA.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA e Rodwell, VW (2014). Biochimica illustrata di Harper. McGraw-Hill.
- Rawn, JD (1998). Biochimica (1989). Burlington, North Carolina: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
- Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Physiology. (3a ed.) Ediciones Harcourt, SA
- West, JB (1991). Basi fisiologiche della pratica medica. Williams & Wilkins