Legare con l'ossigeno: cooperare è meglio!

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Continuiamo il discorso sull'ossigeno e l'emogoblina iniziato con l'articolo di Sergio Barocci con la traduzione/adattamento di un post trovato su tumblr grazie a scientificillustration: "Hemoglobin: Binding O₂ — Cooperation Makes It Easier"

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La gif animata qui sopra, realizzata dal Research Collaboratory for Structural Bioinformatics Protein Data Bank, illustra i cambiamenti di conformazione nell'emogoblina durante il suo legame con l'ossigeno⁽¹⁾.
Ma... cos'è l'emogoblina?
L'emogiblina è un'importante metalloproteina (una proteina che contiene uno ione metallico), che si trova nelle cellule rosse del sangue e gioca un ruolo importante nel trasporto dell'ossigeno. L'emogoblina è un eterotetramero costituito da quattro sottounità: due denominate $\alpha$ (una rosa pallido, mentre l'altra non può essere vista) e due $\beta$ (una blu chiaro e l'altra viola chiaro), disposte in due sottounità $\alpha\beta$ (due gruppi di dimeri). Ciascuna sottounità contiene un gruppo eme (rosso) - un anello di protoporfirina con Fe²⁺ al centro dell'anello - ottenendo così quattro gruppi eme in totale⁽²⁾
In che modo l'emogoblina si lega all'ossigeno?
E' interessante notare come l'emoglobina si lega all'ossigeno (verde acqua) in maniera cooperativa: quando un gruppo eme si lega con l'O₂, aumenta l'affinità (intesa come capacità di legarsi) con l'ossigeno da parte degli altri gruppi eme. Questa è una tipica interazione allosterica - il cambiamento di forma di una proteina, conseguenza del legame di una molecola al sito allosterico (un sito diverso rispetto a quello attivo)⁽²⁾.
Perché avviene questo?
Quando l'ossigeno non è legato, Fe²⁺ si trova leggermente al di fuori dell'anello di protoporfirina. Quando l'ossigeno è legato, Fe²⁺ "salta" dentro l'anello, portando con sé una istidina (His, gialla) residua. Attaccata alla His c'è anche una $\alpha$-elica (arancione), che si sposta anch'essa. Tutto questo movimento sconvolge e forma nuove interazioni tra le interfacce $\alpha^1\beta^1-\alpha^2\beta^2$.⁽¹⁾ E' questo cambio di conformazione che aumenta la capacità degli eme di legarsi all'ossigeno. Si osservi che, tanto più l'O₂ si lega all'emogoblina, allora il dimero $\alpha^1\beta^1$ ruoterà di 15° rispetto al dimero $\alpha^2\beta^2$, come si può osservare nella gif animata⁽²⁾.

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(1) Goodsell, D., & Dutta, S. (2003). Hemoglobin RCSB Protein Data Bank DOI: 10.2210/rcsb_pdb/mom_2003_5
(2) Krisinger, M. BIOC 202, Lecture on Protein Function. Presso la University of British Columbia, 27 maggio 2013