Franca Esposito » 2.Proteine specializzate d'interesse biomedico: Mioglobina

Tappa fondamentale dell’evoluzione

VITA ANAEROBIA  → VITA AEROBIA

In presenza di ossigeno si estrae dal glucosio circa 15 volte più energia che in sua assenza.

La bassa solubilità dell’ossigeno ne limita notevolmente la diffusione.

Lezione della Prof. Patrizia Carandente Giarrusso

Proteine che legano O₂

I vertebrati hanno sviluppato due meccanismi per rifornire di O₂ le cellule:

1. sistema circolatorio
2. proteine che legano O₂:

• mioglobina (Mb) nel muscolo
• emoglobina (Hb) nel sangue

Mioglobina – Mb

E’ presente nei muscoli.

Mb lega O₂ con maggiore affinità rispetto ad Hb.

Cattura l’O₂ trasportato dall’emoglobina attraverso il sistema circolatorio e lo distribuisce al muscolo.

Funzione

• Riserva di O₂ nel tessuto muscolare e cardiaco
• Aumenta la solubilità effettiva di O₂, ne facilita la diffusione ed il rilascio secondo necessità

Mioglobina – Mb (segue)

Tramite studi di cristallografia a Raggi X e’ stato possibile stabilire la struttura :

1 catena polipeptidica ed +1 gruppo eme

↓

153 aa, disposti in modo molto compatto
75 % alfa elica destrogira

Mioglobina – Mb (segue)

Alfa-elica:

• 8 segmenti da A ad H
• 7 regioni non elicoidali Nucleo idrofobico (aa non polari) tranne che His F8 ed His E7 che sono cruciali per il sito di legame dell’O₂

RIPIEGAMENTO GLOBINICO

Mioglobina – Mb (segue)

Mioglobina. Immagine autoprodotta

Stato d’ossidazione del ferro

Ossidazione del ferro

• Solo lo ione ferro allo stato ferroso (Fe²⁺) può legare l’O₂ in modo reversibile
• Il legame di O₂ avviene senza variazione della valenza del Ferro

  Fe²⁺Mb → Fe²⁺MbO₂

• L’O₂ si lega al sesto legame di coordinazione del ferro
• Si ha un cambiamento della distribuzione elettronica, con ibridazione d²sp³

Eme e legame con O₂

Tratta da: JM Berg, JL Tymoczko, L Stryer “Biochimica”, Quinta edizione, Zanichelli.

Eme e legame con O₂ (segue)

Tratta da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Eme e legame con O₂ (segue)

La capacità del gruppo eme di legare O₂ sopperisce alla scarsa solubilità di questo gas nel sangue.

Lo ione Fe²⁺ libero in soluzione reagirebbe con O2 ossidandosi a Fe³⁺ e generando specie molto tossiche per la cellula (ROS), come lo ione superossido (O₂^.-) o il radicale ^.OH.

Non potrebbe essere sufficiente il solo eme libero?

Perché l’eme è legato alla globina

La reattività del Fe²⁺, già diminuita nell’anello porfirinico, viene ulteriormente ridotta quando l’eme è legato alla globina.

His E7 e gli altri residui vicini alla 6^a posizione impediscono l’ossidazione irreversibile a Fe³⁺, consentendo una ossigenazione.

Il ferro mantiene così uno stato di ossidazione Fe²⁺ e quindi la reversibilità di legame per O₂.

Quindi la funzione di un gruppo prostetico e’ modulata dalla catena proteica a cui esso e’ legato.

Saturazione di Mb/O₂

Tratta da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

 Saturazione di Mb/O₂ (segue)

 Saturazione di Mb/O₂ (segue)

 Saturazione di Mb/O₂ (segue)

 Saturazione di Mb/O₂ (segue)

Tratta da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger”, ed. Zanichelli.

 Saturazione di Mb/O₂ (segue)

P₅₀ della Mb è molto bassa, dal grafico emerge che a pO₂ fisiologiche (30÷100 torr) Mb è praticamente completamente satura di ossigeno.

Mb preposta alla conservazione dell’ossigeno ha infatti un’elevata affinità per O₂, ciò risulta necessario affinchè essa possa estrarlo dal sangue.

In cellule metabolicamente attive la pO₂ scende al di sotto del valore della P₅₀, per cui Mb cede l’O₂ a livello dei mitocondri.

Rilascio O₂ da Mb