Emoglobine anormali: patologia molecolare dell'emoglobina

Le emoglobine mutanti hanno rappresentato un opportunità unica per lo studio delle relazioni tra struttura e funzione nelle proteine; tutt'oggi sono state scoperte 400 emoglobine mutanti.
L'effetto fisiologico della sostituzione di un amminoacido nell'Hb può essere classificato in molti casi in base alla localizzazione della sostituzione nella molecola. (1) Ad esempio un cambio nei residui sulla superficie è di solito innocuo in quanto molti di questi residui non hanno specifici ruoli funzionali (sebbene l'Hb delle cellule falciformi, l'HbS, rappresenti un eccezione a questa regola). (2) Al contrario, sostituendo un residuo interno si viene spesso a destabilizzare la molecola dell'Hb.  I portatori di queste emoglobine instabili soffrono di un'anemia emolitica di varia gravità. Infatti, sostituendo un residuo amminoacidico interno, il gruppo eme può essere rimosso abbastanza facilmente dalla tasca idrofobica in cui è immerso, come nel caso dell'Hb Hammersmith, in cui l'apertura che si viene a creare consente l'ingresso di acqua nella tasca dell'eme e lo stesso gruppo eme, idrofobico, può essere facilmente rimosso dalla sua sede. (3) Modificazioni a livello del sito che lega l'O2 che stabilizzano l'eme nello stato di ossidazione con il Fe(III) eliminano la capacità di legare ossigeno della subunità alterata. Questa metaemoglobine sono indicate con la sigla HbM e la patologia viene detta metaemoglobinemia. Gli individui con questa malattia hanno di solito una pelle bluastra, una condizione detta cianosi, che deriva dalla presenza di deossiHb nelle loro arterie.. Le metaemoglobine hanno una costante di Hill di circa 1,2. Ciò indica che la cooperatività di queste molecole è ridotta, anche se l'HbM, che può legare un massimo di due molecole di ossigeno, può avere un valore massimo di costante di Hill pari a due (le catene non modificate restano funzionali). (4) Le sostituzioni a livello dei contatti α1-β2 interferiscono molto spesso con le modificazioni della struttura quaternaria dell'emoglobina. Molte di queste emoglobine mutate hanno un'affinità per l'ossigeno aumentata e quindi ne rilasciano nei tessuti quantità inferiori alla norma, in quanto queste sostituzioni possono cambiare la stabilità relativa dello stato T o dello stato R. Gli individui portatori di queste emoglobine tendono a compensare i difetti che derivano dalle anomalie dell'Hb aumentando la concentrazione di eritrociti nel sangue. Questa condizione detta policitemia, genera nei pazienti un colorito rossastro.