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

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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.

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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.

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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.

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Hemoglobina
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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).

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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.

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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.

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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).

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Hemoglobina
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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.

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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.

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Mioglobina
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Mioglobina
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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.

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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 ??.

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(No Transcript)
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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 c1 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

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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.

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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

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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.

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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 11 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.