HEMOGLOBINA Y MIOGLOBINA

1. BIOQUÍMICA I Q.B.P. Karla E. Díaz Tamez HEMOGLOBINA Y MIOGLOBINA

2. Introducción • Como parte de sus sitios de unión, algunas proteínas globulares tienen cofactores pequeños, moléculas no proteínicas necesarias para que la proteína funcione. • Algunos cofactores se disocian y reasocian durante el curso de la reacción fisiológica.

3. Introducción • Los cofactores que no se disocian se llaman grupos prostéticos. • Una proteína activa que tiene todos su cofactores, es una holoproteína. • Una proteína a la que le faltan sus cofactores se llama apoproteína.

4. HEMOGLOBINA (Hb) • La hemoglobina es uno de los derivados nitrogenados de la ferroprotoporfirina. • Es una proteína conjugada que contiene proteínas básicas incoloras, las globinas y ferroprotoporfirina o hemo (el cual consta de una parte orgánica y un átomo de hierro). • Esta proteína es la encargada de transportar el O2 en la sangre, por poseer el grupo hemo, es similar a la mioglobina.

5. Hemoglobina • La hemoglobina es transportada por los eritrocitos. • Un eritrocito humano contiene aproximadamente 3 x 108 moléculas de hemoglobina. • El color rojo asociado a las formas oxigenadas de la hemoglobina se debe al grupo prostético hemo.

6. Hemoglobina

7. Grupo hemo • Sistema de 4 anillos pirrólicos enlazados (protoporfirina IX) que forma un complejo con hierro iónico. • Los cuatro anillos están enlazados por puentes meteno (-CH=), de modo que es una estructura insaturada. • Están unidos al sistema anular tetrapirrólico 4 grupos metilo, 2 grupos vinilo, y 2 grupos carboxietilo (o propionato). • El Hierro está en forma reducida, o sea en el estado de oxidación ferroso (Fe2+).

8. Hemoglobina • La molécula de hemoglobina está formada por cuatro cadenas polipeptídicas (Alfa 1, Beta 1 , Alfa 2, Beta 2), unidas no covalentemente entre sí. • Hay cuatro complejos hemo-hierro.

9. Hemoglobina • En la hemoglobina humana de adulto, HbA1, 2 de las cadenas de un solo tipo se designan como , y las segundas 2 cadenas de un solo tipo se denominan , por lo que la composición de HbA1 es 22. • La cadena polipeptídica  contiene 141 aminoácidos, mientras que la  contiene 146.

10. Hemoglobina • La mayor parte de los aminoácidos de la hemoglobina forman hélices alfa, conectadas por segmentos cortos no helicoidales. (La hemoglobina no tiene ni láminas beta ni puentes disulfuro).

11. Hemoglobina

12. MIOGLOBINA (Mb) • Almacena oxígeno y facilita su difusión dentro de los músculos. • Gracias al grupo hemo, su forma oxigenada adquiere el color rojo. • Corresponde al 8% de las proteínas totales de los músculos de mamíferos acuáticos como las focas y ballenas, que almacenan grandes cantidades de oxígeno.

13. Mioglobina • El componente polipeptídico o apoproteína se llama globina, y consiste en 153 residuos de aa. • Posee 8 -hélices. • El grupo hemo está metido como cuña dentro de una hendidura hidrofóbica, semejante a una jaula.

14. Mioglobina

15. Mioglobina

16. Mioglobina • En la oximioglobina, el hierro está coordinado por 6 ligandos, formando un complejo octahédrico. • Cuatro de los ligandos, son los 4 átomos de nitrógeno del sistema tetrapirrólico. • El quinto ligando es un nitrógeno imidazol que proviene de la His-F8. • El sexto ligando es oxígeno molecular, unido entre el hierro y la cadena lateral imidazol de His-E7.

17. Hemoglobina y Mioglobina • La estructura terciaria de cada una de las 4 cadenas de la hemoglobina, es casi idéntica a la de la mioglobina. • Anteriormente se describía a la hemoglobina como 4 subunidades de mioglobina. • Actualmente se sabe que la hemoglobina es en realidad un dímero de subunidades .

19. Unión del oxígeno • Las funciones de la mioglobina y la hemoglobina dependen de la unión reversible del oxígeno a los grupos hemo. • Este proceso se ilustra por curvas de unión al oxígeno.

20. Mioglobina • La constante de equilibrio Keq para la unión del O2 a la mioglobina está dada por: • La saturación fraccional (Y) es la proporción de la mioglobina total que está oxigenada.

21. Mioglobina • Cuando se traza una gráfica de la saturación fraccional de una solución que contiene mioglobina en comparación con la concentración de oxígeno (presión parcial de oxígeno gaseoso, pO2) se obtiene una curva hiperbólica. • A la presión parcial de O2 que el 50% de los sitios están ocupados se le llama P50 y es una medida de la afinidad de la proteína por el ligando Si la P50 sube la pO2 debe ser alta para ocupar la mitad de los sitios, y si P50 es baja es que tiene mucha afinidad.

23. Hemoglobina • En tanto que sólo una molécula de O2 se une a la mioglobina, a la hemoglobina se unen hasta 4. • Una gráfica de la saturación fraccional de la hemoglobina da como resultado una curva sigmoide, en vez de hiperbólica. • La curva sigmoide indica que la unión del O2 al grupo hemo facilita la unión de moléculas adicionales de O2 a los otros tres grupos hemo. Este fenómeno de unión interactiva se llama cooperatividad positiva de enlace.

24. Hemoglobina Para que haya cooperatividad se deben dar una serie de requisitos: • Deben haber varios sitios iguales, por lo tanto varias cadenas iguales, la proteína será oligomérica. Todas las oligoméricas presentan cooperatividad, la mayor parte de las veces positiva. Ahora n no es una hipérbola sino una curva sigmoidea. • En el caso de la unión del O2 por la hemoglobina hay cuatro sitios. Las proteínas tienen poca afinidad por el ligando al principio pero como presenta cooperatividad positiva cada vez se unen más rápido y se obtiene un salto en la curva.

25. Coeficiente de Hill Explicación de la curva sigmoidea por Hill: • Si la cooperatividad fuera infinita en cuanto se uniera un ligando inmediatamente se unen los demás, la proteína tendría una afinidad muy alta por el ligando. • c es el coeficiente de Hill que cuantifica la cooperatividad. Si c=1 no hay cooperatividad. La cooperatividad será positiva si c varía entre 1 y n y negativa si varía entre 0 y 1. Las proteínas cooperativas al representar n frente a [L] sale una curva sigmoidea

26. Hemoglobina • Cuando el O2 se une se produce un cambio en la conformación. • Cooperatividad: al unirse el O2 la proteína se acomoda a él produciendo u pequeño cambio en la conformación. Como la Hb presenta estructura cuaternaria las interacciones entre sus subunidades cambian, con lo que varía la conformación. Como es mejor que la anterior conformación, la cooperatividad es positiva y si no negativa. Si se pierde la estructura cuaternaria se desunen las subunidades y al no comunicarse se pierde la cooperatividad. • Alosterismo: igual para el activador, en el caso del inhibidor se dificulta la entrada del ligando.

27. Hemoglobina Otros ligandos que pueden unirse a la hemoglobina. La hemoglobina puede unir otros ligandos que afecten a la unión del O2 Su efecto es la disminución de la afinidad de la hemoglobina por el O2. • Protones: se unen a grupos que se estén disociando a pH celular. Los grupos afectados en la hemoglobina son el imidazol de la histidina y los 4 a-amino. Al aumentar la concentración de protones disminuye la afinidad y la curva de n se desplaza a la derecha. Como consecuencia del metabolismo aumenta la concentración de protones en los tejidos periféricos y cuando la hemoglobina llega disminuye su afinidad por el O2 y los suelta. • CO2: el CO2 es la forma más oxidada del C, es un producto final del metabolismo. Su concentración aumenta en los tejidos donde se degrada la materia orgánica. Se transporta en forma de ácido carbónico disuelto en la sangre hasta los pulmones donde se intercambia. Está disociado en HCO3- y H+. Esos protones tienen efecto sobre la afinidad del O2. El CO2 se une a la hemoglobina por medio del -amino de la cadena polipeptídica

28. Efecto Bohr • Efecto Bohr: Efecto conjunto de H+ y CO2 sobre la afinidad de la hemoglobina por el O2. • En los tejidos se producen H+ y CO2 y el pH baja. Hay tendencia a que la hemoglobina suelte el O2. En los pulmones la presión parcial de O2 es alta por lo que se capta el O2 y se eliminan H+ y CO2 pasando a la forma oxihemoglobina.

29. BPG 2,3-Bifosfoglicerato (2,3-BPG): está cargado a pH fisiológico: • Presente en alta concentración en la sangre, comprable a la de la hemoglobina. Es un ligando que se une a la hemoglobina en proporción 1:1 por medio de la cavidad central del tetrámero. • Tendrán que haber muchas cargas positivas para estabilizarlo, uniéndose a ellas iónicamente. Para soltarlo habrá que romper los enlaces iónicos por medio de energía. En la forma oxihemoglobina el hueco central es más pequeño y el 2,3-DPG no cabe. El efecto que produce es la disminución de la afinidad porque aporta interacciones extra que hay que romper para pasar a la forma oxi. • Aumenta la cooperatividad desplazando la curva de n a la derecha.