Le proteine che legano ossigeno: 2) emoglobina

identità di sequenza: 18%

Il legame dell’ossigeno all’emoglobina

L’istidina distale His E7 (His64) interagisce con un

legame debole con il ferro del gruppo eme e riduce

l'affinità dell'eme per il CO

Fisiologicamente (2%) o per effetto di sostanze

ossidanti, lo ione Fe2+ si trasforma in ione Fe3+ e

l'emoglobina si trasforma in metaemoglobina

(MetHb), incapace di legare l'ossigeno.

L‘Hb ha una affinità 200 volte superiore per CO che

per l‘O2. La carbossiemoglobina (HbCO) è

incapace di legare ossigeno.

Il trasporto dell’ossigeno è regolato

dal 2,3 bifosfoglicerato (BPG)

Il BPG diminuisce l’affinità

della Hb per l’O2 e quindi

favorisce la forma deossi-

Nei capillari, il BPG

favorisce il rilascio di O2

> [BPG]eritrociti > Rilascio di 02 nei capillari

α = alfa

Β = beta

γ = gamma

Δ = delta

ε = epsilon

ζ = zeta

Forme fisiologiche:

* Hb di Portland, ζ2γ2, forma embrionale.

* Hb Gower, embrionarie: ζ2ε2 e α2ε2.

* HbF, α2γ2, forma fetale.

* HbA, α2β2, è l'Hb fisiologica dell'adulto.

* HbA2, α2δ2, (2%) nell'adulto

L’emoglobina fetale ha una bassa affinità per il BPG

Emoglobinopatie

Emoglobine patologiche:

* Hb di Bart, γ4 forma presente nell'alfa talassemia.

* HbH, β4, delezione di tutti i quattro geni emoglobinici alfa.

* HbS, α2β2 mutazione Glu6Val (anemia falciforme).

* HbC, α2β2, mutazione Glu6Lys.

* HbE: mutazione Glu26Lys.

* Hb Lepore (crossover ineguale) fusione dei geni b e d

α2(δβ)2.

* Hb Philly, Tyr35Phe in b.

* Hb Genova, mutazione Leu28Pro in b.

* Hb Köln, mutazione Val98Met in b.

* Hb Yakima, mutazione Asp99His in b.

* Hb Kansas, mutazione Asn102Thr in b.

Mutazione puntiforme (GAG -> GUG) mutazione Glu6Val nella catena b). La sostituzione di un amminoacido idrofilo con uno idrofobico abbassa la solubilità della proteina in configurazione deossi- (la valina interagisce con un sito idrofobico posto tra le eliche E-F di una catena beta di un'altra molecola di HB).

Emoglobina S e anemia falciforme

Emoglobina S e anemia falciforme

Anche l’Hb C causa anemia falciforme

Malaria ed anemia falciforme

La vita media degli eritrociti falciformi è di

10-20 giorni, contro i 4 mesi delle emazie

normali.

Negli eterozigoti, la vita più breve dell'eritrocita renda più difficile il completamento del ciclo riproduttivo del plasmodio della malaria.

La talassemia

Rappresenta la più comune malattia monogenica diffusa nel mondo

Portatori sani 18.000.000

La talassemia è una malattia degenerativa che comporta un difetto di

trasporto dell'ossigeno nel sangue.

È molto diffusa in zone mediterranee come l'Italia e l'Africa.

In Sardegna c'è un tasso di talassemia pari al 30 %.

Diffusione e frequenza della

talassemia in Italia

Portatori Sani 3.000.000

Malati 7000

7%

9%

8%

5%

0.8%

12%

2%

2.4%

7.5%

13%

2.25%

5.9%

3%

Inadeguata produzione delle catene b globiniche

ipocromia e microcitosi

Accumulo non bilanciato di altre catene

globiniche precipitati negli eritroblasti

eritropoiesi inefficace

ridotto numero di eritrociti maturi

distruzione periferica con anemia emolitica

Quali sono le conseguenze

della Talassemia?

Epatiche : epatiti acute e croniche. Emocromatosi

Cardiache: Pericarditi, Miocardioptie, Insufficienza

Cardiaca

Endocrine: Ipogonadismo, Diabete mellito,

Osteoporosi, Ipotiroidismo, Ipoparatiroidismo.

Complicanze nella talassemia major

Talassemie b

Talassemie a

Talassemie a

Metaemoglobinemia

Fe2+ Fe3+

• Nitrati • ROS • Carenza di NADH-citocromo b5 ossidasi • Carenza di NADPH-metaemoglobina

reduttasi • Carenza di enzimi che producono NADH o

NADPH • Cianosi color cioccolata (il sangue arterioso

è bruno)

• Lieve : shortness of breath, cyanosis, mental

status changes (~50%), headache, fatigue, exercise intolerance, dizziness and loss of consciousness

• Severa : (methemoglobin >50%) dysrhythmias, seizures, coma and death (>70%)

PERCHE' SOSTITUIRE IL SANGUE ?

Il sangue (o la sospensione di globuli rossi umani) è il

miglior liquido da trasfondere al paziente che ha sofferto

una grave emorragia; però :

a) può trasportare malattie infettive (AIDS, epatite, etc.) e

non può essere sterilizzato;

b) richiede la tipizzazione immunologica rispetto ai gruppi

AB0 e Rh;

c) non può essere conservato a lungo, specie in condizioni

non ottimali;

d) non è sempre disponibile in quantità adeguata.

Emoglobine artificiali: un tipico obiettivo delle biotecnologie

SOSTITUTI ARTIFICIALI DEL SANGUE

I sostituti artificiali del sangue sono soluzioni che hanno le seguenti

caratteristiche:

a) rimangono a lungo (> 24h) nel letto circolatorio e contribuiscono ad

espandere il volume del liquido circolante;

b) trasportano ossigeno.

Sono stati sviluppati è il trattamento dell'anemia postemorragica acuta;

non sono indicati per il trattamento di anemie croniche, emofilia,

leucemie, etc.

LE EMOGLOBINE MODIFICATE

Non è possibile utilizzare soluzioni di emoglobina per

infusione endovenosa perché:

1) è rapidamente filtrata dal rene (l'emivita nel circolo è di ~

30 min.)

2) i contaminanti dell'emoglobina filtrati dal rene causano

necrosi tubulare acuta

3) l'infusione induce varie risposte tossiche (febbre, rush)

4) l'affinità per l'ossigeno è troppo alta (non c’è 2,3 BPG)

5) la proteina induce una risposta ipertensiva dovuta a

vasocostrizione periferica del microcircolo.

L'emoglobina da utilizzare per scopi trasfusionali viene

modificata chimicamente (a partire da emoglobina umana

preparata da sangue scaduto oppure da emoglobina

bovina), oppure viene modificata geneticamente mediante

mutagenesi sito-specifica e biosintetizzata in batteri.

...(segue)