Struttura dell'Emoglobina: Assemblaggio Quaternario, Gruppi Eme e Legame Cooperativo dell'Ossigeno
L'emoglobina (Hb) è una proteina tetrameric a di trasporto dell'ossigeno negli eritrociti. La sua struttura permette un efficiente caricamento di O₂ nei polmoni e scarico nei tessuti.
Architettura Molecolare
- Quattro catene globiniche: 2α (141 aa) + 2β (146 aa) nell'HbA adulto (α₂β₂). HbF fetale = α₂γ₂; HbA₂ = α₂δ₂.
- Ogni catena si ripiega in globin fold: 7-8 α-eliche (A-H) formando una tasca idrofobica per l'eme.
- Gruppo eme: Anello protoporfirina IX + Fe²⁺ (ferro ferroso) centrale. Il Fe²⁺ lega O₂ reversibilmente; Fe³⁺ (metaemoglobina) non può.
- Istidina prossimale (F8) coordina Fe²⁺; istidina distale (E7) stabilizza O₂ legato, ostacola stericamente legame CO.
Struttura Quaternaria e Cooperatività
- Stato T (teso): DeossiHb; bassa affinità O₂; subunità vincolate da ponti salini (interfaccia α₁β₂).
- Stato R (rilassato): OssiHb; alta affinità O₂; ponti salini rotti, subunità ruotano ~15°.
- Legame cooperativo: Il primo O₂ legato sposta equilibrio verso stato R → successivi O₂ legano più facilmente. Curva dissociazione O₂ sigmoidale.
- Effettori allosterici:
- 2,3-BPG: Lega cavità centrale stato T → stabilizza T → abbassa affinità O₂ (spostamento a destra). Critico per trasferimento O₂ feto-materno.
- H⁺ (effetto Bohr): pH basso → stabilizza T → rilascio O₂ in tessuti metabolicamente attivi.
- CO₂: Formazione carbammati su N-termini → stabilizza T.
- Temperatura: Febbre → spostamento a destra.
Significato Funzionale
- Polmoni (alta pO₂, alto pH, basso CO₂, basso effetto 2,3-BPG): Stato R favorito → >95% saturazione.
- Tessuti (bassa pO₂, basso pH, alto CO₂, alto 2,3-BPG): Stato T favorito → O₂ rilasciato.
- Ogni Hb trasporta 4 O₂; 1 g Hb lega 1,34 mL O₂.
Varianti Cliniche
- Falciforme (HbS): β6 Glu→Val → polimerizzazione in stato T → falcizzazione, emolisi, vaso-occlusione.
- Talassemie: Produzione sbilanciata catene α/β → precipitazione, eritropoiesi inefficace.
- Hb ad alta affinità: Curva spostata a sinistra → ipossia tissutale → eritrocitosi.
- Metaemoglobinemia: Fe³⁺ → anemia funzionale, cianosi.
L'elegante allosteria dell'emoglobina è un paradigma di cooperatività proteica e regolazione fisiologica.