Margherita Ruoppolo » 4.L'emoglobina come esempio delle relazioni struttura-funzione delle proteine nell'organismo

Il gruppo prostetico eme

L’emoglobina e la mioglobina contengono un gruppo non proteico chiamato eme e rappresentato in Figura 1.
L’eme è costituito da una struttura organica ad anello a cui è legato un singolo atomo di ferro nello stato di ossidazione ferroso (Fe2+).
Lo stato di ossidazione +2 del Fe è necessario per il legame con l’ossigeno. Nello stato +3, infatti, il Fe non è in grado di legare l’ossigeno.
L’eme è inserito in una tasca idrofobica della proteina che impedisce l’ossidazione del Fe.

Figura 1. Struttura dell’eme.
L’eme è una molecola organica costituita da quattro anelli pirrolici che legano Fe 2+.

(tratto da “Principi di biochimica” di A.L.Lehninger ed. Zanichelli)

Struttura e funzione delle proteine che legano l'ossigeno

in Lehninger, Principi di biochimica, Zanichelli, 1994 4/E, fig. 5.1b p. 159

Mioglobina

La mioglobina è presente in tutti i mammiferi, principalmente nei tessuti muscolari.
La mioglobina è un singolo polipeptide e contiene una molecola di eme.
La struttura della mioglobina è riportata in Figura 2. La catena polipeptidica forma otto segmenti ad alfa-elica collegati da ripiegamenti.

Figura 2. Struttura della mioglobina.
La mioglobina è costituita da otto segmenti ad alfa-elica (A-G). Contiene un gruppo eme rappresentato in rosso.

(tratto da “Principi di biochimica” di A.L.Lehninger ed. Zanichelli)

in Lehninger, Principi di biochimica, Zanichelli, 1994 4/E, fig. 5.3 p. 160

Emoglobina

L’emoglobina è una proteina tetramerica contenente due catene alfa e due catene beta (Figura 3).
Ciascuna subunità lega un gruppo eme, pertanto l’emoglobina può legare fino a quattro molecole di ossigeno.
L’emoglobina può esistere in due conformazioni principali: lo stato T e lo stato R. L’affinità dello stato R per l’ossigeno è più elevata dello stato T.
Il legame dell’ossigeno ad una subunità nello stato T innesca una modifica conformazionale che la converte nello stato R. Questa modifica si riflette sulle altre subunità rendendole più affini all’ossigeno.

Figura 3. Struttura dell’emoglobina.
L’emoglobina è costituita da quattro catene polipeptidiche, ognuna delle quali lega un gruppo eme.

(tratto da “Principi di biochimica” di A.L.Lehninger ed. Zanichelli)

in Lehninger, Principi di biochimica, Zanichelli, 1994 4/E, fig. 4.23a p 145

Legame con l’ossigeno

La mioglobina lega l’ossigeno con una curva ad andamento iperbolico come mostrato in Figura 4. Questo spiega il ruolo della mioglobina come conservazione di ossigeno.
L’emoglobina lega l’ossigeno con una curva ad andamento sigmoidale. L’emoglobina lega l’ossigeno nei polmoni e lo rilascia nei tessuti svolgendo quindi una funzione di trasporto dell’ossigeno.
Quando il legame di un ligando ad un sito modifica le proprietà conformazionali di un sito adiacente sulla stessa molecola proteica, come accade per il legame dell’ ossigeno all’emoglobina, la proteina viene detta allosterica (vedi lezione n. 8 per una più ampia trattazione delle proteine allosteriche).

Figura 4. Curva di legame con l’ossigeno.
In blu è rappresentato il legame della Mb, in rosso è rappresentato il legame dell’Hb.

(tratto da “Principi di biochimica” di A.L.Lehninger ed. Zanichelli)

in Lehninger, Principi di biochimica, Zanichelli, 1994 4/E, fig. 5.12 p. 166