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emoglobina

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Definizione

sf. [sec. XX; da ematina +globina]. Pigmento contenuto negli eritrociti che conferisce al sangue il caratteristico colore rosso. È chimicamente una cromoproteina con peso molecolare di ca. 68.000 Dalton.

La struttura

La molecola dell'emoglobina "Per la struttura chimica vedi il lemma dell'8° volume." "Vedi schema vol. IX, pag. 39" è formata da 4 sub-unità, ciascuna con peso molecolare di ca. 17.000. Ogni sub-unità è costituita da una porzione proteica, o globina, combinata con un gruppo prostetico detto eme. Questo è un derivato porfirinico: la protoporfirina IX, legante il ferro in forma di ione bivalente. Sede di sintesi dell'emoglobina sono gli eritroblasti nei vari stadi maturativi, fino a quello di reticolocita (il precursore dell'eritrocita, incapace di sintesi proteica): in particolare i ribosomi e i mitocondri della cellula rispettivamente per la globina e per l'eme.

Il processo di sintesi

Il processo di sintesi "Per il processo di biosintesi vedi schema al lemma dell'8° volume." "Vedi disegni vol. IX, pag. 39" della globina non differisce da quello delle altre proteine plasmatiche. La molecola proteica si ripiega più volte su se stessa (struttura terziaria), mentre inizia il “montaggio” del complesso globinico con la dimerizzazione, cioè con la riunione in coppie, di due catene diverse. Ciascun dimero si combina infine con un altro dimero; il risultante tetramero (struttura quaternaria dell'emoglobina) è un complesso proteico di forma irregolarmente tetraedrica, di dimensioni 64×55×50 Å, che si può dividere idealmente in due metà identiche; ognuna di queste è costituita da una coppia di catene polipeptidiche diverse per composizione e per sequenza amminoacidica. L'ultima fase della sintesi dell'emoglobina consiste nell'unione del tetramero proteico con quattro molecole di eme, che si collocano ognuna nell'interno di una catena polipeptidica.

Costituzione e funzioni

Alla costituzione della globina normale del soggetto adulto partecipano due catene polipeptidiche α formate da 141 amminoacidi ciascuna, e due catene β di 146 amminoacidi; tali polipeptidi sono legati in due dimeri α-β identici. Oltre a questo tipo di emoglobina, detto HbA, esiste, sempre in condizioni fisiologiche, una seconda molecola emoglobinica, costituita da due catene α, uguali a quelle dell'HbA, e due catene γ, pure unite in due dimeri identici α-γ. Questa emoglobina prende il nome di emoglobina fetale o HbF ed è presente nell'adulto in concentrazioni limitatissime. Esiste infine una terza emoglobina fisiologica, detta HbA₂, identificata nel 1955, formata da due catene α e due catene δ. Le catene γ e δ sono formate da 146 amminoacidi, come la catena β, dalla quale differiscono per la diversa sequenza amminoacidica. Mediante raffinate tecniche di indagine (analisi cristallografica, diffrazione con raggi X, elettroforesi, cromatografia, spettro di assorbimento nell'ultravioletto, ecc.) sono state evidenziate numerose emoglobine anomale, la cui presenza negli eritrociti umani può talora alterarne la funzione e l'integrità provocando varie malattie del sangue (emoglobinopatia). Il gruppo eme dell'emoglobina è costituito da un anello tetrapirrolico legante il ferro bivalente (Fe++) con legami di coordinazione. I gruppi pirrolici sono uniti tra loro da ponti metinici (=C–CH–) e possiedono catene carboniose laterali di vario tipo. Le sei valenze di coordinazione dell'atomo di ferro sono saturate dai quattro atomi di azoto dei gruppi pirrolici, da un gruppo imidazolico della globina, rimanendo libero un legame che può essere saturato da vari gruppi molecolari, quali l'ossigeno, l'ossido di carbonio, l'acido solfidrico e altri. Combinandosi con l'ossigeno l'emoglobina si trasforma in ossiemoglobina. La presenza nel sangue di agenti ossidanti provoca l'ossidazione del ferro emoglobinico da bivalente a trivalente (Fe+++); in questo modo l'emoglobina si trasforma in metemoglobina, pigmento scuro inefficace ai fini respiratori. Fisiologicamente inattive sono pure la carbossiemoglobina e la solfoemoglobina, che si formano per combinazione dell'emoglobina rispettivamente con l'ossido di carbonio e con l'acido solfidrico. L'emoglobina, essendo la sola proteina del sangue capace di legare reversibilmente l'ossigeno, svolge una funzione fondamentale nella fisiologia respiratoria, trasportando il gas dal polmone ai tessuti periferici; inoltre trasporta, legata ai gruppi amminici terminali con legame carboammidico, l'anidride carbonica dai tessuti al polmone. Infine l'emoglobina dà un notevole contributo ai processi di regolazione del pH ematico. Il contenuto medio di emoglobina è di ca. 16 g per 100 ml di sangue nell'uomo e di 14 g per 100 ml nella donna. In un soggetto adulto vengono prodotti giornalmente 7,5 g di emoglobina, e altrettanti ne vengono distrutti da parte delle cellule del sistema reticolo-endoteliale. L'emoglobina viene distaccata dai globuli rossi e quindi scissa nei suoi costituenti fondamentali: la globina, il ferro e l'anello porfirinico. Gli amminoacidi della globina vengono in gran parte riutilizzati nei processi di sintesi proteica; il ferro viene trasportato nei depositi tessutali oppure immediatamente utilizzato per la sintesi di altre molecole di emoglobina. La degradazione della porfirina inizia con la formazione di un nucleo tetrapirrolico aperto per rottura di un ponte metinico: da tale composto si formano in seguito la biliverdina e la bilirubina, costituenti della bile.

L'emoglobina nei Primati e nell'uomo

Dal punto di vista antropologico interessano le variazioni nella sequenza degli amminoacidi costitutivi delle catene α, β, γ, δ dell'emoglobina, a livello dei vari gruppi di Primati in comparazione anche con l'uomo. Le indagini fino a ora condotte hanno permesso infatti di stabilire che le differenze rilevabili fra le emoglobine delle varie specie considerate costituiscono un'espressione diretta della loro distanza filogenetica. Così, tanto più le specie sono vicine nella scala evolutiva, tanto minori sono le differenze a livello della composizione delle catene polipeptidiche delle loro emoglobine. Gli Ilobatini possiedono un'emoglobina che differisce solo per alcuni particolari da quella umana; le emoglobine di Macaca e di alcune specie di Cercopitecidi, fra le Scimmie Catarrine, e di altre specie, fra le Platirrine, non si discostano molto da quella umana ma ne differiscono già per un maggior numero di particolari strutturali; si discostano invece abbastanza dall'emoglobina umana le emoglobine dei Galagini, ancor più quelle di alcune Proscimmie (Lemuridi) e, più di tutte, quella di Tupaia, considerata da molti come l'anello di congiunzione fra i due ordini tassonomici degli insettivori e dei Primati. È stato notato, inoltre, che la catena α umana mostra, in comparazione con l'omologa di altre specie di Primati, meno differenze di quante invece non ne presenti la β; ciò è interpretato nel senso di una maggiore stabilità della catena α rispetto alla β e sarebbe indicativo di una maggiore antichità evolutiva della stessa struttura α rispetto alla β. In virtù poi del fatto che ogni variazione, sia pur limitata a un singolo amminoacido, è il risultato di una mutazione del materiale genico codificante la proteina, conosciuto il tasso di mutazione e il tempo medio di generazione dei Vertebrati, è stato possibile postulare sia la sequenza degli eventi evolutivi dei geni responsabili della sintesi dell'emoglobina sia il lasso di tempo intercorso fra questi. La sequenza di tali eventi, secondo una delle teorie più note, postula l'inizio dell'evoluzione dell'emoglobina a partire da una struttura monomerica di tipo mioglobinico. Responsabile della sintesi di questa “emoglobina primitiva” sarebbe stato un gene α che per duplicazione e successiva traslocazione e mutazione avrebbe originato un nuovo gene α₂ responsabile della sintesi della catena α dell'emoglobina presente nei vari gruppi di Vertebrati anche attuali. A partire da questo momento, una serie di mutazioni avrebbe provocato l'insorgere dei geni responsabili della sintesi delle catene γ dell'emoglobina fetale, β e δ come anche delle emoglobine anomale. Il numero di mutazioni necessario al compimento dell'intero ciclo sarebbe da valutare intorno a 1000, e il tempo impiegato intorno a 5×108 anni.