Emoglobina: differenze tra le versioni

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L''''emoglobina''' (indicata con la sigla '''Hb''', dall'inglese ''hemoglobin''<ref>{{Cita web|url=https://www.farmacoecura.it/diagnostici/emoglobina-alta-bassa-valori-normali-pericoli/|titolo=Emoglobina: alta, bassa, valori normali e pericoli|sito=farmacoecura.it|data=2018-09-17|lingua=it|accesso=2021-11-22}}</ref>) è una [[proteina globulare]] con [[struttura quaternaria]] formata da quattro [[subunità]]. È solubile e di colore rosso ([[cromoproteina]]). È presente nei [[globulo rosso|globuli rossi]] dei [[vertebrati]] (esclusi alcuni pesci [[Antartide|antartici]]) per i quali svolge la funzione vitale di trasporto dell'[[ossigeno]] molecolare da un compartimento ad alta concentrazione di O₂, il [[sangue]] [[Arteria|arterioso]], ai [[Tessuto (biologia)|tessuti]].

Ognuna delle sue 4quattro catene [[Polipeptide|polipeptidiche]] è legata [[Legame covalente|covalentemente]] a un [[Cofattore (biologia)|gruppo prostetico]] detto [[eme]], costituito da una molecola di [[protoporfirina]] IX (che rappresenta la componente organica) coordinante uno ione [[ferro]] Fe²⁺ (rappresentante la componente inorganica) che sporge leggermente dal piano della molecola. Laddove la protoporfirina IX incontri lo ione ferroso, legandolo, si va a formare la cosiddetta “ferroprotoporfirina”"ferroprotoporfirina" (che altro non è che il gruppo “eme”"eme" per come lo troviamo all’internoall'interno della proteina). Lo spazio che racchiude lo ione ferroso viene anche chiamato “spazio"spazio tetradentato”tetradentato" per la sua forma caratteristica.

L'emoglobina è inoltre una proteina [[Regolazione allosterica|allosterica]]. Viene sintetizzata inizialmente a livello dei [[proeritroblasti]] policromatofili (precursori dei [[globuli rossi]]), rimanendo poi in alte concentrazioni all'interno dell'[[eritrocita]] maturo (che ha perso il [[Nucleo cellulare|nucleo]]).

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== Struttura ==

[[File:Hemoglobin.jpg|thumb|Struttura dell'emoglobina.|270x270px]]

L'emoglobina è stata soggetto di innumerevoli lavori. Il primo che riuscì a cristallizzarla e a determinarne la struttura con la [[cristallografia]] a [[raggi X]] fu [[Max Perutz]] nel [[1959]].

=== Struttura quaternaria e geni ===

È una [[proteine#Classificazione|proteina coniugata]] tetramerica solubile pesante circa 64.000{{formatnum:64000}} [[Unità di massa atomica|dalton]]. Le catene del [[tetramero]] fisiologicamente sono a due a due uguali (vedi [[emoglobinopatia]] per le aberrazioni): due appartenenti alla classe α (in giallo nella figura) e due alla classe β (in rosso). Del gruppo α fanno parte le catene α₁, α₂ e ζ mentre del gruppo β fanno parte le catene β, Aγ, Gγ (queste due molto simili per struttura ed espressione), δ, e infine ε. Nell'uomo i geni delle catene α si trovano sul cromosoma 16 e sono intervallati da 2due [[pseudogene|pseudogeni]], mentre quelli del gruppo β sono sul cromosoma 11 con interposto un unico pseudogene.

Ogni subunità è a contatto con le altre: le interazioni α₁-β₁ (e α₂-β₂) coinvolgono 35 [[amminoacidi]], α₁-β₂ (e α₂-β₁) ne coinvolgono 19 e l'interfaccia tra α₁-α₂ e β₁-β₂ è formata da un basso numero variabile di [[Amminoacidi|residui]], in quanto è interposto un canale acquoso centrale.

=== Struttura primaria e secondaria ===

I monomeri hanno una struttura secondaria quasi totalmente identica nonostante gli amminoacidi in comune siano intorno al 20%. Sono tutte formate da 8otto α eliche (indicate con le lettere da A a H) intervallate da brevi segmenti di congiunzione indicate con la coppia di lettere delle eliche che la precedono e la seguono (es. ansa BC). La catena α manca del segmento D.

=== Struttura terziaria ===

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=== Strutture limite ===

L’emoglobinaL'emoglobina presenta due strutture limite, la prima prevalentemente rappresentata dalla deossiemoglobina, definita come '''“struttura"struttura tesa”tesa" (T)''', la seconda relativa, invece, alla ossiemoglobina, chiamata questa volta '''“struttura"struttura rilassata”rilassata" (R)'''. Con “strutture"strutture limite”limite" si intendono due differenti assetti che la molecola può acquisire in base al formarsi o venir meno di determinati legami ([[Legame a idrogeno|legami a idrogeno]], interazioni ioniche e interazioni idrofobiche) che sussistono all’internoall'interno della molecola e ne caratterizzano la struttura quaternaria.

È possibile trovare strutture intermedie fra le due, ma statisticamente la T e la R rappresentano la maggior parte delle molecole di Hb presenti.

Queste due “forme”"forme" sono caratterizzate da una differente affinità per l’Ossigenol'ossigeno, infatti la struttura T presenta un’affinitàun'affinità minore rispetto alla struttura R. Ogni emoglobina è capace di assumere la prima o la seconda conformazione a seconda dell’ambientedell'ambiente in cui si trova, in prossimità del circolo polmonare, ad esempio, l’altal'alta pressione parziale di Ossigenoossigeno farà sì che questo si leghi alla molecola, modificando la sua conformazione successivamente ada una vera e propria “mobilitazione”"mobilitazione" dei due protomeri (α₁β₁ α₂β₂) che causerà la rottura di determinati legami, passando quindi dalla struttura T alla struttura R (ossiemoglobina). L’inversoL'inverso accadrà nei tessuti periferici, dove la pressione parziale dell’Ossigenodell'ossigeno cala e diventa preponderante la forma T (quindi la forma deossigenata, è qui infatti che l’emoglobinal'emoglobina tende a cedere l’Ossigenol'ossigeno).

== L'emoglobina nella respirazione ==

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=== La saturazione dell'emoglobina === <!-- QUI PUNTANO DEI #REDIRECT -->

{{vedi anche|Saturazione arteriosa dell'ossigeno}}

[[File:Hemoglobin saturation curve.svg|miniatura|Curva di saturazione dell'emoglobina.]]

Quando si lega all'ossigeno, l'emoglobina viene chiamata '''ossiemoglobina'''; invece nella forma non legata '''deossiemoglobina'''.

La saturazione indica il rapporto percentuale tra il numero medio di molecole di ossigeno (O₂) realmente legate alle molecole di emoglobina, e il massimo numero di molecole di ossigeno che potrebbero essere legate alle stesse molecole di emoglobina. Non indica la mera percentuale di ossigeno legata all'emoglobina rispetto all'ossigeno totale nel sangue.

Sebbene esista una piccola percentuale di ossigeno non legata all'emoglobina (pari a circa 0,3 mlmL/100 mlmL di sangue, lo 0,3%), il resto dell'ossigeno è legato e trasportato dall'emoglobina. La saturazione emoglobinica indica quindi la percentuale di emoglobina impiegata nel trasporto di ossigeno rispetto al totale impiegabile.

Ogni molecola di emoglobina è in grado di legarsi, al massimo, con 4quattro molecole di O₂ e quando ciò accade si dice sia satura. Se tutte le molecole di emoglobina fossero legate a 4quattro molecole di O₂, allora la saturazione sarebbe pari al 100%; se invece, per esempio, mediamente ogni molecola di emoglobina fosse legata a 2due molecole di ossigeno, allora la saturazione sarebbe pari al 50%.

==== Fattori che influenzano la saturazione ====

La saturazione dell'emoglobina per l'ossigeno è influenzata dalla pressione parziale dell'ossigeno che con [[legame cooperativo]] aumenta l'affinità dell'emoglobina verso l'ossigeno in risposta a un aumento della quantità di ossigeno, per cui l'emoglobina cambia conformazione passando da uno stato conformazionale a bassa affinità per l'ossigeno, definito Statostato T (teso), a uno ad alta affinità per l'ossigeno, definito Statostato R (rilassato). Ciò si verifica a livello alveolare permettendo la cattura dell'ossigeno da parte dell'emoglobina, mentre il contrario succede a livello periferico, dove l'emoglobina passa dallo stato R allo stato T rilasciando ossigeno ai tessuti che possono così assumerlo per utilizzarlo attraverso le ossidazioni. L'emoglobina ha un comportamento altamente cooperativo, con un [[coefficiente di Hill]] teorico pari a 4 e uno sperimentale pari a 2,8.

Altre influenze sulla saturazione dell'emoglobina per l'ossigeno sono: la [[temperatura]] e il [[2,3-bisfosfoglicerato]] (BPG). Quest'ultimo, presente nei [[globuli rossi]], riduce l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno perché stabilizza la sua forma deossigenata. La sua quantità presente nel globulo rosso è regolata dalla pressione parziale dell'ossigeno nell'ambiente per un ottimale rilascio ai tessuti. Per cui se una persona che vive a livello del mare si sposta in montagna, dove la pressione dell'ossigeno è minore, ha nei primi giorni una carenza di BPG e quindi una ridotta capacità a fare lavoro, perché l'emoglobina ha un'elevata affinità per l'ossigeno e non ne rilascia abbastanza nei tessuti. Man mano che la concentrazione di BPG aumenta nei suoi eritrociti diminuendo l'affinità per l'ossigeno, può fare più lavoro e si dice che acquista il "passo del montanaro". Il BPG svolge anche un importante ruolo nell'approvvigionamento di ossigeno al feto. Infatti, l'emoglobina fetale ha un'affinità per la BPG nettamente inferiore a quella dell'individuo adulto. Questo permette il passaggio dell'ossigeno dal sangue della madre a quello del feto.

Il BPG svolge anche un importante ruolo nell'approvvigionamento di ossigeno al feto. Infatti, l'emoglobina fetale ha un'affinità per la BPG nettamente inferiore a quella dell'individuo adulto. Questo permette il passaggio dell'ossigeno dal sangue della madre a quello del feto.

Infine l'efficacia dell'emoglobina è influenzata anche dalla maggiore presenza di CO₂a livello dei tessuti che, grazie al suo comportamento acido in acqua, rilascia protoni che si legano all'emoglobina favorendo la formazioniformazione di ponti salini caratteristici della conformazione T; si ha quindi il rilascio di ossigeno. Inoltre, la CO₂che non si è ancora dissociata si lega ai gruppi amminici delle catene β dell'emoglobina formando così la [[carbodiossiemoglobina]] e quindi si ha il rilascio di ossigeno da parte della stessa. Questi due fenomeni insieme prendono il nome di [[effetto Bohr]].

=== Veleni respiratori ===

Fisiologicamente o per azione di determinate sostanze ossidanti ([[perossido di idrogeno|acqua ossigenata]], [[permanganato di potassio]], [[nitrito]], ecc.) o di certi farmaci o di alcune sostanze contenute nelle [[Vicia faba|fave]] (vedi [[favismo]]), lo ione Fe²⁺ ([[ferro|ione ferroso]]) si trasforma in ione Fe³⁺ (ione ferrico) e l'emoglobina si trasforma in [[metaemoglobina]] (MetHb), incapace di legare l'ossigeno. Nel sangue è normale una presenza del 2% di MetHb; se questa percentuale sale, la respirazione viene compromessa. La riconversione a ione ferroso avviene tramite l'enzima [[Riduzione (chimica)|riducente]] metaemoglobina reduttasi, con una [[reazione a catena]] che comporta l'[[ossidazione]] del [[NADPH]] e la riduzione del [[glutatione]], che mantiene la cellula in uno stato riducente prevenendo la formazione di MetHb.

Un altro pericolo per la respirazione è il [[monossido di carbonio]] (CO): l'emoglobina ha un'affinità circa 250 volte superiore per questo gas che per l'ossigeno, si lega quindi rapidamente al CO e il legame formato è estremamente difficile da scindere (quasi irreversibile normalmente). Se nell'aria è presente una percentuale di CO pari a 1/250 quella dell'ossigeno (circa quattro parti per mille di ossigeno), la metà dell'emoglobina si combinerà con l'ossido di carbonio, dando luogo a [[carbossiemoglobina]] (HbCO), incapace di legare ossigeno. La carbossiemoglobina viene prodotta in quantità minime anche all'interno dei tessuti, in quanto il CO ha funzione di trasmettitore di segnali.

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* ossiemoglobina, quando si lega all'[[ossigeno|O₂]].

* [[carbodiossiemoglobina]] (o ''[[carbaminoemoglobina]]''), quando ha ceduto l'[[ossigeno|O₂]] e ha captato una parte dell'anidride carbonica ([[anidride carbonica|CO₂]]).

* deossiemoglobina (o ''emoglobina ridotta''), quando ha ceduto l'[[ossigeno|O₂]]. Se presente in quantità maggiore di 5 grg/dldL si avrà cianosi.

* [[cianoemoglobina]], Hb che lega CN^-;

* [[carbossiemoglobina]], Hb che lega [[Monossido di carbonio|CO]].

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=== L'emoglobina nelle fasi della vita ===

[[File:Hemoglobin 3up.jpg|thumb|upright=1.5|L’artistaL'artista [[Julian Voss-Andreae]] ha creato nel 2005 una scultura dal titolo ''Cuore d'Acciaio'' (''Heart of Steel''), basata sulla struttura della proteina stessa. La scultura è realizzata in vetro e acciaio patinato. L'arrugginimento intenzionale dell'opera, inizialmente lucida, riflette la reazione chimica fondamentale dell'emoglobina, che lega l'ossigeno al ferro. Le immagini mostrano la scultura, alta 1,60 m, subito dopo l'installazione, dopo 10 giorni e dopo alcuni mesi di esposizione agli agenti atmosferici<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Constance|cognome=Holden|anno=2005|mese=settembre|titolo=Blood and Steel|rivista=[[Science]]|volume=309|numero=5744|p=2160|lingua=en|doi=10.1126/science.309.5744.2160d|url=https://www.sciencemag.org/cgi/reprint/309/5744/2160d.pdf|cid=harv|giorno=30|formato=pdf}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=Moran L, Horton RA, Scrimgeour G, Perry M|titolo=Principles of Biochemistry|anno=2011|editore=Pearson|città=[[Boston]]|lingua=en|pagine=127|isbn=0-321-70733-8}}</ref>.]]

==== Periodo intrauterino ====

La composizione della molecola di emoglobina varia nel corso della vita intrauterina ed è diversa da quella degli adulti (che si inizia a formare nei primi mesi di vita).

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== Il valore diagnostico dell'emoglobina ==

Per gli adulti il valore dev'essere compreso tra 12 e 16 g/dL per le donne e tra 13,5 e 17 g/dL per gli uomini. Per i bambini può considerarsi normale il valore minimo di 10 g/dL. Nel caso in cui siano sottoposti a chemioterapia, abbiano subito interventi chirurgici o perdite di sangue piuttosto importanti, il valore può scendere considerevolmente e in questo caso la maggioranza dei medici procede con una trasfusione di sangue{{Citazione necessaria}}.

Per i bambini può considerarsi normale il valore minimo di 10 g/dL. Nel caso in cui siano sottoposti a chemioterapia, abbiano subito interventi chirurgici o perdite di sangue piuttosto importanti, il valore può scendere considerevolmente e in questo caso la maggioranza dei medici procede con una trasfusione di sangue{{Citazione necessaria}}.

Nella medicina forense veniva utilizzato il [[test di Kastle-Meyer]] per evidenziare eventuali tracce di emoglobina sulla scena del crimine.