HemoClimb: consegna di ossigeno

Un omaggio a Chuckie Egg (A&F Software, 1983). Invece di raccogliere uova, sei un globulo rosso che raccoglie ossigeno nei polmoni in cima allo schermo e lo porta giù a una cellula bersaglio in fondo. I patogeni pattugliano le piattaforme, le cellule ipossiche cercano di rubarti l’ossigeno, pneumococchi e monossido di carbonio vagano nei polmoni e, proprio come nell’originale, l’ascensore ti porterà volentieri a schiantarti contro il soffitto se non scendi in tempo.

La scienza

• Sei un globulo rosso (eritrocita), un disco flessibile senza nucleo, pieno di circa 270 milioni di molecole di emoglobina.
• Perché quattro molecole di ossigeno? Ogni molecola di emoglobina ha quattro gruppi eme, ognuno con un atomo di ferro che lega una molecola di O₂. Il limite di quattro del gioco corrisponde a una molecola di emoglobina.
• Caricare e scaricare. L’ossigeno entra nel sangue negli alveoli polmonari, dove ce n’è in abbondanza, e viene rilasciato nei tessuti che ne hanno bisogno. L’emoglobina cede l’ossigeno più facilmente dove l’ossigeno è scarso e anidride carbonica e acidità sono alte (l’effetto Bohr e la curva di dissociazione dell’emoglobina (in inglese)). Le cellule a corto di ossigeno sono ipossiche.
• Pericoli nei polmoni. Lo pneumococco (Streptococcus pneumoniae) è una causa comune di polmonite. Al microscopio si presenta a coppie (diplococchi) dentro una capsula, e con la colorazione di Gram si colora di viola. Il monossido di carbonio, dai gas di scarico e dalle stufe difettose, lega l’emoglobina più di 200 volte più fortemente dell’ossigeno: ogni molecola di CO mette fuori uso un eme, ed è per questo che l’avvelenamento da monossido di carbonio è così pericoloso.
• Dove finisce l’ossigeno. Nei mitocondri della cellula bersaglio, l’ossigeno è l’ultima fermata della catena di trasporto degli elettroni: il complesso IV (citocromo c ossidasi) lo trasforma in acqua mentre pompa i protoni che alimentano la sintesi dell’ATP. Ho lavorato alla struttura di una citocromo c ossidasi di tipo caa3, un complesso IV con un suo citocromo c incorporato: l’ha risolta Joseph Lyons da dottorando, e io ho pescato i cristalli e ho supervisionato il lavoro cristallografico.
• Un classico della cristallografia. L’emoglobina è stata una delle prime strutture proteiche risolte con la cristallografia a raggi X, da Max Perutz, che condivise il Premio Nobel per la chimica del 1962 con John Kendrew.
• Un nuovo globulo rosso. Ogni tanto passa l’eritropoietina (EPO). I reni la rilasciano quando l’ossigeno scarseggia, e dice al midollo osseo di produrre più globuli rossi (l’eritropoiesi).

Dove il gioco bara un po’

• I globuli rossi non si arrampicano, non saltano e non prendono l’ascensore. Il cuore li pompa in tutto il corpo, e un giro completo dura circa un minuto. L’ascensore è puro Chuckie Egg.
• Un globulo rosso trasporta molte più di quattro molecole di ossigeno: con circa 270 milioni di emoglobine che ne portano quattro ciascuna, sono circa un miliardo. Le quattro del gioco sono il carico di una sola emoglobina, per tenere i conti semplici.
• I globuli rossi veri vivono circa 120 giorni e poi vengono riciclati da milza e fegato: una fine più dolce del soffitto.