TRASPORTO DI O2 L’EMOGLOBINA Respiratorio_4

Concentrazione di O2 nel plasma Usando la legge di Henry possiamo calcolare la [O2] sciolta nel plasma come gas: [O2] = coeff solub x % PO2 0.003 ml  0.024 ml x 100 mmHg ml H2O 760 mmHg Che equivale a: 3.0 ml O2 1000 ml H2O L’O2 totale nel nostro sangue è invece : 1000 ml H2O 200 ml O2 Quindi: 3.0 /200 = 1.5% di O2 è sotto forma di gas 197 /200 = 98.5% di O2 è legato all’Hb4 nel sangue Respiratorio_4

E’ possibile respirare senza emoglobina? La richiesta di O2 in condizioni normali è di: 250 ml/min Con una G.C. di 5 l/min ed una quantità di O2 sciolto sotto forma di gas di 3 ml/l, avremmo una disponibilità di O2 di: 3 ml/l x 5 l/min = 15 ml/min Per far fronte a una richiesta di 250 ml/min la G.C. dovrebbe aumentare 17 volte mentre può al massimo crescere 9 volte Respirazione con emoglobina - L’emoglobina lega  200 ml di O2 e ne scambia 50 ml con i tessuti per ogni litro di plasma. 50 ml di O2 per litro di plasma moltiplicati per la G.C. (5 l/min) danno: 50 ml/l x 5 l/min = 250 ml/min che rappresenta la quantità di O2 al minuto di cui abbiamo bisogno in condizioni normali Respiratorio_4

Struttura della emoglobina (Hb) cambia colore se legata a O2 HbO2 (rosso vivo; ossiemoglobina) Hb (rosso bruno; deossiemoglobina) - l’O2 si lega al Fe2+ del gruppo eme ma non lo ossida. Forma un legame reversibile ad alta affinità se il Fe2+ si ossida a Fe3+, l’Hb diventa metaemoglobina (non è in grado di legare l’O2, cessa di trasportare O2) la metaemoglobina-riduttasi ripristina i livelli di Hb proteina di P.M. 68 kD formata da 4 subunità: 2a + 2b - ciascuna subunità contiene un gruppo ferroporfirinico (gruppo eme) che lega una molecola di O2 Il gruppo eme è formato da 4 gruppi pirrolici (anello porfirinico planare) - il Fe2+ possiede 4 legami di coordinazione + 2 di valenza i 2 di valenza e 2 di coordinazione sono utilizzati per legare i 4 gruppi pirrolici i 2 legami residui di coordinazione sono utilizzati per legare il gruppo imidazolico (istidina) della globina e il restante per legare reversibilmente l’O2 Respiratorio_4

la quantità di O2 legata all’Hb è proporzionale alla PO2 Interazione O2 Hb la quantità di O2 legata all’Hb è proporzionale alla PO2 legame reversibile 100% di saturazione equivale alla capacità massima del sangue di legare l’O2 la [Hb] nel sangue è 150 gr/litro 1 gr di Hb lega 1.35 ml di O2 l’Hb lega 150 gr/l x 1.35 ml = 200 ml O2/ litro di sangue la mioglobina è formata da una sola subunità di globina possiede alta affinità per l’O2. E’ contenuta nel m. scheletrico ed è saturata a PO2 = 40 mmHg (sangue venoso) è una riserva di O2 muscolare, che viene ceduto quando l’O2 plasmatico diminuisce La curva 50% HbCO è fortemente spostata a sinistra perché il CO che si lega con alta affinità è presente in almeno due dei 4 gruppi eme e aumenta enormemente l’affinità per l’ O2 degli altri 2 gruppi. In questo modo le due molecole di O2 legate si staccano difficilmente a PO2 = 40 mmHg l’Hb ha una affinità 250 volte maggiore per il CO il CO sposta la curva di saturazione verso sinistra (maggiore affinità dell’O2 per l’Hb) PCO molto basse saturano l’Hb lo scambio di O2 in presenza di 50% HbCO è molto sfavorito Ogni molecola di Hb lega 2 CO e 2 O2. L’O2 è ceduto ai tessuti solo a basse PO2 Respiratorio_4

Effetti del pH, temperatura e 2,3-DPG Effetto Bohr per l’Hb Riduzioni del pH o aumenti della PCO2 riducono l’affinità per l’O2 La curva di saturazione si sposta a destra e cambia pendenza (minor affinità dell’O2 per l’Hb) L’effetto Bohr permette uno scambio maggiore di O2 tra s. arterioso e tessuti e tra s. venoso e alveoli Modello molecolare: Il legame con l’H+ diminuisce l’affinità del gruppo eme per l’O2 che viene rilasciato più facilmente Respiratorio_4

Effetti della temperatura e 2,3-DPG aumenti della temperatura e del [2,3-DPG] producono gli stessi effetti di bassi pH il 2,3-DPG è prodotto dagli eritrociti e viene sintetizzato ad alte quote, quando la PO2 diminuisce 2,3-DPG = 2,3 difosfoglicerato. Composto intermedio della glicolisi. Prodotto dagli eritrociti a basse PO2 pH, temperatura e 2,3-DPG cambiano l’affinità dell’O2 per l’Hb

TRASPORTO DI CO2 Respiratorio_4

Proprietà della CO2 nel sangue la CO2 è prodotta nei tessuti (200 ml/min) diffonde nel plasma e negli eritrociti esiste in tre forme principali: CO2, HCO3–, legata all’Hb o a plasma-proteine in soluzione, a pressione atmosferica e a temperatura corporea (37o C) la CO2 reagisce lentamente con l’H2O per formare H2CO3 la reazione (lenta) fornisce tre specie ioniche : H+, HCO3– e CO3– – secondo le seguenti reazioni: CO2 + H2O H2CO3 HCO3– + H+ CO3– – + H+ la quantità di H2CO3, HCO3– e CO3– – in soluzione dipende fortemente dal pH (oltre che dalla temperatura e forza ionica della soluzione) secondo la seguente curva di titolazione: Respiratorio_4

Chi produce l’HCO3- disciolto nel plasma? Dalle leggi della chimica, a pH 7.4 (linea nera) le proporzioni tra HCO3- e H2CO3, sono: HCO3– 20 H2CO3 1  mentre: CO2 1000 di fatto, in condizioni fisiologiche normali (pH 7.4), il rapporto è: HCO3– 20 CO2 1 quindi, teoricamente uno si aspetterebbe : HCO3– 20 1 CO2 1000 50 = ovvero, il nostro organismo “produce” grandi quantità di bicarbonato. Ciò è dovuto alla presenza dell’enzima “anidrasi carbonica” all’interno degli eritrociti che accelera  1000 volte la reazione: CO2 + H2O H2CO3 a.c. e cambia drasticamente il rapporto: CO2 1 H2CO3 1  Respiratorio_4

Altre forme di CO2 nel plasma e negli eritrociti L’H+ interagisce con le plasmaproteine per formare HPr e l’HCO3– forma NaHCO3 (il plasma è ricco di Na+): H2CO3 + NaPr NaHCO3 + HPr Na+ + HCO3– Nel plasma: La CO2 reagisce con i gruppi NH2 dell’emoglobina deossigenata (Hb4), formando composti carboamminici: Hb-NH2 + CO2 H+ +Hb-N (deossigenata) COO– H (carboammino-emoglobina) L’H+ interagisce con l’emoglobina ossigenata per formare H4Hb (emoglobina idrogenata). L’HCO3– forma KHCO3 : 4KHbO8 + 4H2CO3 H4Hb + 4KHCO3 + 4O2 K+ + HCO3– (ossigenata) (idrogenata) All’interno degli eritrociti: Respiratorio_4

Curva di dissociazione della CO2 nel sangue (effetto Haldane) La CO2 può trovarsi in soluzione in tre forme principali: CO2 molecolare (5%) (gas) HCO3- (89%) (bicarbonato) composti carboamminici (6%) (legata all’Hb deossigenata) A livello dei tessuti: Produciamo e scambiamo normalmente 40 ml/l di CO2 che è circa 1/10 della CO2 presente nel sangue (in massima parte come HCO3–) l’Hb deossigenata lega meglio la CO2 formando composti carboammino-emoglobinici (effetto Haldane). l’effetto Haldane è responsabile di circa la metà della CO2 che viene scambiata a livello dei tessuti e trasportata nel sangue. Respiratorio_4

la CO2 che si libera viene scambiata con l’alveolo ed espulsa L’affinità della CO2 per l’Hb dipende dallo stato di ossigenazione dell’Hb A livello tissutale: l’Hb deossigenata lega meglio la CO2 (alta affinità) formando composti carboammino-emoglobinici (HbCO2) A livello alveolare: la formazione di HbO2 riduce l’affinità della CO2 e H+ per l’Hb (bassa affinità) la CO2 che si libera viene scambiata con l’alveolo ed espulsa Respiratorio_4

Formazione di HCO3- e scambio dei cloruri (effetto Hamburger) Lo scambiatore HCO3– /Cl – trasporta HCO3– fuori dalla cellula (effetto Hamburger) e favorisce la formazione di NaHCO3 che diventa la forma dominante della CO2 nel sangue . L’85% dell’ HCO3– è sotto forma di NaHCO3. Il restante 15% è KHCO3. Respiratorio_4

Volumi di O2 e CO2 scambiati in un minuto O2 consumato = 250 ml/min CO2 prodotta = 200 ml/min Quoziente respiratorio (QR) = CO2 prodotta/O2 consumato = 0.8 Nel sangue arterioso ci sono: 200 ml O2/litro di sangue e 480 ml CO2/litro di sangue Nel sangue venoso c’è ancor meno O2 e più CO2: 150 ml O2/litro di sangue e 520 ml CO2/litro di sangue La quantità totale di CO2 nel plasma è sempre maggiore di quella dell’O2 Quoziente respiratorio (QR): O2 consumato/CO2 prodotta = 0.8 Ogni 10 molecole di O2 ne produciamo 8 di CO2 L’ossidazione del glucosio ha un QR di1. L’ossidazione di grassi e proteine ha QR di 0.7 e 0.8. L’ossigeno che entra nei polmoni con una ventilazione alveolare normale è il 20% di 4200 ml/min, ovvero 840 ml/min. Respiratorio_3