Diffusione e globuli rossi

Della dottoressa Catherine Shaffer, Ph.D.Reviewed by Chloe Barnett, BSc

Gli animali respirano ossigeno, dopo di che deve essere consegnato a tutti gli organi del corpo. Questo processo coinvolge i globuli rossi e la diffusione.

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I globuli rossi

I globuli rossi (RBC) sono un tipo di cellule del sangue il cui ruolo è quello di trasportare ossigeno dai polmoni ai tessuti periferici del corpo. L’ossigeno si diffonde dagli alveoli dei polmoni nei globuli rossi, dove si lega all’emoglobina. Una molecola di emoglobina può legare quattro molecole di ossigeno (O2).

La pressione parziale dell’ossigeno determina l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno. Nei polmoni, la pressione parziale dell’ossigeno è alta, e l’emoglobina ha un’alta affinità per l’ossigeno. In altri tessuti, la pressione parziale dell’ossigeno è più bassa, e l’emoglobina rilascia le sue molecole di ossigeno.

Questa differenza di affinità è importante perché l’ossigeno sia consegnato dove è necessario. I globuli rossi hanno la forma di un disco appiattito, generando un’ampia superficie per la diffusione dell’ossigeno. Poiché il loro unico scopo è trasportare l’ossigeno in tutto il corpo, mancano di molte strutture cellulari tipiche, compreso un nucleo.

Emoglobina

I globuli rossi sono pieni di emoglobina. L’emoglobina è una proteina globulare composta da quattro catene polipeptidiche con un gruppo legante il ferro chiamato eme su ogni catena. Il gruppo eme ha affinità per l’ossigeno e quando l’ossigeno è presente è rosso, ma quando manca l’ossigeno è bluastro. L’emoglobina lega anche l’anidride carbonica di scarto per il suo ritorno ai polmoni, ma questo non avviene nel suo sito di legame eme.

Emoglobina fetale

Un feto in sviluppo riceve ossigeno attraverso il sangue della madre. L’emoglobina fetale ha una maggiore affinità per l’ossigeno rispetto al sangue materno, in modo che l’ossigeno sia trasferito con successo dai globuli rossi materni attraverso la placenta ai globuli rossi fetali.

La ragione per cui l’emoglobina fetale ha una maggiore affinità per l’ossigeno è che manca la capacità di interagire con il 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG), che nelle cellule adulte riduce l’affinità per l’ossigeno. La differenza è dovuta a un singolo cambiamento di aminoacido nella tasca di legame del 2,3-BPG.

Diffusione all’interno delle RBC

La velocità con cui le RBC possono scambiare ossigeno e anidride carbonica è una misura della fitness delle cellule. Per scambiare i gas, le cellule subiscono una serie di passaggi tra cui la permeazione del gas attraverso la membrana cellulare e il legame dell’emoglobina. Nel caso della CO2, le molecole sono convertite in ioni HCO3- e ioni H+.

Gli ioni HCO3- sono trasportati dallo scambiatore di anioni, AE1, e gli ioni H+ sono tamponati dall’emoglobina. La diffusione citoplasmatica all’interno della cellula collega tutti questi processi. L’efficienza dello scambio di gas dipende dal trasporto di membrana facilitato dalle proteine, compreso il trasporto di ioni HCO3- da parte di AE1 e la permeazione dei gas assistita dalle proteine di membrana.

Si ritiene che la forma appiattita delle RBC faciliti lo scambio di gas aumentando il rapporto superficie/volume e riducendo la lunghezza del percorso per la diffusione citoplasmatica, e quindi riducendo i ritardi introdotti dalla diffusione citoplasmatica. Tuttavia, questi vantaggi si sono rivelati modesti.

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Scritto da

Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer è una scrittrice freelance di scienza e salute del Michigan. Ha scritto per un’ampia varietà di pubblicazioni commerciali e di consumo su argomenti di scienze della vita, in particolare nell’area della scoperta e dello sviluppo dei farmaci. Ha un dottorato in chimica biologica e ha iniziato la sua carriera come ricercatrice di laboratorio prima di passare alla scrittura scientifica. Scrive e pubblica anche fiction, e nel suo tempo libero ama lo yoga, andare in bicicletta e prendersi cura dei suoi animali domestici.

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