Scopri Tutto Sulla Curva di Saturazione di Emoglobina e Mioglobina: Guida Completa e Facile

L'emoglobina (Hb) e la mioglobina (Mb) sono due proteine fondamentali per il trasporto e l'immagazzinamento dell'ossigeno (O2) nel corpo umano.

Introduzione

In questo articolo, esamineremo le differenze sostanziali dal punto di vista strutturale e funzionale di queste due molecole, trattando il ruolo, la funzione e la struttura dell'emoglobina, spiegando la legge della cooperatività.

Emoglobina: Trasporto di Ossigeno nel Sangue

L'emoglobina è una proteina contenuta nei globuli rossi (GR) ed è deputata al trasporto dell'O2. Questa proteina rappresenta un efficace sistema di trasporto, poiché l'O2 si deve disciogliere nel sangue, ma in base alle sole leggi fisiche dei gas se ne discioglie una quantità insufficiente per le esigenze dell’organismo. La soluzione, quindi, è rappresentata dal sistema di trasporto reso possibile dall'Hb che carica l'O2 nella forma disciolta e permette che altro se ne possa disciogliere, continuando via via a caricarsene sino al limite delle sue capacità.

Struttura dell'Emoglobina

L'unità strutturale dell'Hb è formata da una molecola proteica detta GLOBINA che ospita in una tasca idrofobica il gruppo prostetico dell'Eme, il quale rappresenta il centro attivo dell'Hb stessa essendo coinvolto nel legame con L'O2. Il gruppo Eme è formato dalla porfirinaIX in cui al centro si inserisce un atomo di ferro allo stato di ossidazione (Fe++), a cui si lega l’O2. L'Hb è formata da quattro monomeri (dunque è un tetramero) rappresentati dal complesso globina-eme. Il gruppo eme rimane identico, ciò che varia sono le globine che si contraddistinguono con le lettere dell’alfabeto greco (alfa, beta, gamma, delta).

Tipi di Emoglobina

La differenza sostanziale tra l'HbF (emoglobina fetale), HbA (adulta largamente presente nel nostro organismo) e l'HbA2 (presente in meno del 5%) sta nell'approvvigionamento dell'02 ovvero nella "avidità" che questi tetrameri emoglobinici hanno nei confronti del gas.

Funzione dell'Emoglobina

La funzione cardine dell'Hb è il legame ed il trasporto dell'O2 attraverso i trasportatori che altro non sono che i GR. Nei polmoni, dove godiamo di una pO2 elevata (100 mmHg), prevarrà (HbO2) e dunque l'equazione è spostata verso destra. In periferia, la pO2 è bassa e quindi, calando uno dei due reagenti, l'equazione è spostata verso sinistra (Hb+O2). L'affinità dell’O2 nei confronti dell’Hb non è sempre uguale ma varia al variare della pressione del gas. La saturazione continuerà ad aumentare fino a un punto (80% di siti di legame saturati) oltre il quale la saturazione avverrà con molta difficoltà perché molti siti di legame sono già occupati da molecole di 02, ma comunque si protrarrà fino a completa saturazione (100% valore in percentuale che corrisponde a valori di pO2 che ritroviamo nei capillari polmonari a livello del mare sui 100 mmHg).

Mioglobina: Riserva di Ossigeno nel Muscolo

La mioglobina è una molecola presente nel muscolo la cui struttura è simile ad uno dei monomeri di Hb con una parte proteica simile alla catena beta e un gruppo eme (la mioglobina ha la struttura di un monomero). Questa struttura è di fondamentale importanza dal momento che rappresenta una "riserva" di O2 per il muscolo nel momento in cui l'attività muscolare è a livelli tali da portare la saturazione dell'Hb a percentuali molto basse. In questi casi dunque la Mb cede parte dell’O2 immagazzinato rendendo possibili ancora per un po' le attività metaboliche delle cellule. Si noti come per percentuali molto basse è in grado di saturarsi in percentuale elevata attorno al 70% (per pO2di 20 mmHg la molecola risulta praticamente satura contro i 100 mmHg che occorrono a livello alveolare per saturare completamente l'Hb).

Differenze Strutturali e Funzionali

L'Hb infatti presenta una struttura molto più complessa che vede la presenza di quattro monomeri che cooperano tra loro e che vanno a formare diversi tetrameri emoglobinici mentre la mioglobina presenta una struttura più essenziale formando un solo monomero. L’emoglobina è composta da quattro subunità proteiche (ha quindi una struttura quaternaria) due subunità chiamate α e due β, la mioglobina è formata da una singola unità proteica (perciò si ferma ad avere una struttura terziaria). Entrambe possiedono il gruppo Eme: l’emoglobina ne possiede 4, uno per ogni subunità; la mioglobina uno. La zona in cui si lega l’ossigeno è una zona apolare che si trova in una sacca della struttura terziaria. Spazialmente, vicino all’ossigeno legato al gruppo Fe2+, troviamo un istidina detta istidina distale che protegge il gruppo Eme impedendo che si formino ponti ossigeno Eme-O-Eme. Inoltre, l’istidina distale abbassa l’affinità del gruppo Eme per sostanze come il cianuro (CN-) e il monossido di carbonio (CO) che vi si legano in modo quasi irreversibile causando soffocamento.

Legame e Trasporto dell'Ossigeno

Durante l’atto inspiratorio riempiamo i polmoni di ossigeno, questo negli alveoli passa nel sangue e nello specifico si lega all’emoglobina dentro gli eritrociti. L’ossigeno è poco solubile in acqua, è una molecola idrofoba che nel sangue può avere una concentrazione di 7,15 mg/L mentre l’emoglobina ne porta 357 mg/L. L’emoglobina lo trasporta a tutti i tessuti poiché l’ossigeno è necessario a tutte le cellule per compiere la respirazione cellulare e produrre energia. Come prodotto di scarto della respirazione cellulare si ottiene anidride carbonica (CO2) che entra nel globulo rosso e qui viene trasformato in ione idrogenocarbonato (HCO3-) dall’enzima anidrasi carbonica (in grado di trasformare 106 molecole di CO2 al secondo) secondo la reazione: CO2 + H2O ⇌ H++ HCO3-.

Affinità per l'Ossigeno

Quando c’è tanto ossigeno la mioglobina lo lega facilmente e quando ce n’è poco lo lascia andare altrettanto facilmente, quindi è avida e satura quando la pressione parziale di ossigeno è alta ed è generosa e scarica quando la pressione parziale è bassa. L’emoglobina si lega all’ossigeno in modo più debole rispetto alla mioglobina e lo rilascia più facilmente, per questo motivo non ha un andamento acceso-spento ma presenta delle condizioni intermedie.

Curve di Saturazione

Graficamente la cinetica della mioglobina è rappresentata da una curva iperbolica. La rappresentazione cinetica dell'emoglobina è una curva sigmoide. La mioglobina è efficiente nel legame ma non nel trasporto mentre l’emoglobina è efficiente in entrambe le cose.

Per comprendere il motivo per il quale la mioglobina è un immagazzinatore di ossigeno e l’emoglobina un trasportatore bisogna porre l’attenzione sulla saturazione dell’emoglobina e della globina in funzione della pressione parziale di ossigeno. N.B.: la saturazione è il numero di siti ai quali si lega l’ossigeno diviso per il numero di siti totali.

La curva della mioglobina è iperbolica perché il ligando può avere una quantità maggiore del componente presente in ordinata. La curva dell’emoglobina è invece sigmoide, essendo un tetramero speciale; anche in questo caso però ad alta concentrazione di ossigeno, l’emoglobina è satura. In questa condizione sono sature sia emoglobina che mioglobina, quindi ad alta concentrazione di ligando non vi è una grande differenza tra le due curve. Al contrario se si vuole simulare un muscolo ad intensa attività è necessario porsi vicino all’origine degli anni.

Cooperatività dell'Emoglobina

Quando si fa riferimento alla cooperatività dell’emoglobina si intende il fatto che proteina e ossigeno cooperino per far sì che essa si carichi o scarichi di ossigeno: ad ogni ossigeno che lega aumenta la probabilità che l’emoglobina diventi in forma R; il fatto che sia in forma R aumenta la probabilità di legare ossigeno.

Ruolo del 2,3-Bisfosfoglicerato (2,3-BPG)

Il 2,3 bisfosfoglicerato (2,3-BPG, isomero dell’1,3 BPG che è un intermedio della glicolisi) è un composto anionico presente negli eritrociti approssimativamente alla stessa concentrazione dell’emoglobina. Questa molecola si lega all’emoglobina in modo allosterico: si lega, cioè, in un sito diverso da quello principale dell’ossigeno (gruppo Eme) limitando però l’attitudine della proteina a legarsi a quest’ultimo. In altre parole, diminuisce l’affinità per l’ossigeno stabilizzando la forma T (deossi-emoglobina) e lo fa legandosi in uno spazio “vuoto” tra le quattro subunità di emoglobina che è più ampio in forma T e meno ampio nella forma R.

Effetto Bohr

Riprendiamo la reazione che avviene negli eritrociti ad opera dell’anidrasi carbonica: CO2 + H2O ⇌ H++ HCO3- , questa reazione libera ioni idronio (H+) che abbassano il pH (lo rendono più acido). Questo è molto importante perché il pH acido rende l’emoglobina meno affine all’ossigeno, perciò giungendo ai tessuti periferici dove c’è un alta concentrazione di anidride carbonica che si traduce in un abbassamento del pH all’interno dell’eritrocita, l’emoglobina è spinta al rilascio di ossigeno a quegli stessi tessuti. Al contrario quando la CO2 raggiunge i polmoni e viene rilasciata, il pH sale e l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno cresce.

Tabella Comparativa: Emoglobina vs. Mioglobina

Caratteristica	Emoglobina	Mioglobina
Struttura	Tetramero (4 subunità)	Monomero (1 subunità)
Funzione	Trasporto di O2	Riserva di O2
Curva di saturazione	Sigmoide	Iperbolica
Cooperatività	Presente	Assente