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Elisa Lara. Medicina, UNCO.
PROTEÍNAS CON ACTIVIDAD BIOLÓGICA:
ENZIMAS, HEMOGLOBINA Y MIOGLOBINA.
I. ESTRUCTURA DE LA HEMOGLOBINA.
Presente en el eritrocito.
Proteína CONJUGADA, porque tiene una
parte proteíca, que es la globina, y una
parte no proteíca, que en este caso son 4
grupos HEMO.
Está constituida por dos pares de
polipéptidos que en el adulto la
conformación más común es la que posee
dos cadenas α y dos cadenas β.
El grupo hemo es el que lleva el oxígeno.
Esta proteína es rica en aminoácidos
básicos. Su estructura secundaria es
conformada por formas alfa hélice, unidas
por segmentos al azar. La estructura
cuaternaria se produce por la interacción
de las cuatro cadenas polipeptídicas. Hay
que poner especial atención a que
estructuralmente son cuatro monóneros,
pero funcionalmente esta proteína actúa a
través de dímeros. Es decir, las dos
cadenas alfa, con las dos cadenas beta,
están íntimamente ligadas entre sí: α1-β1
y α2-β2, por uniones hidrofóbicas y
puentes hidrógeno.
Elisa Lara. Medicina, UNCO.
El grupo HEMO es una porfirina IX, y forma un
plano. En el centro del plano está el átomo de
hierro. El átomo de hierro se une, a través de
sus seis enlaces, con:
- Los cuatro nitrógenos de los anillos
pirrólicos.
- Una histidina de la globina (quinto enlace).
- Oxígeno (sexto enlace).
El hierro del grupo hemo debe estar en
ESTADO FERROSO; Fe
+2
solo en este estado
(reducido) puede transportar el oxígeno.
ESTADIO DE DESARROLLO
SÍMBOLO
CADENAS
Adulto
HbA1 (98%)
α
2
β
2
Adulto
HbA2 (2%)
α
2
δ
2
Feto
HbF
α
2
γ
2
II. ESTRUC. MIOGLOBINA.
Presente en el miocito.
Llega hasta un nivel de organización
terciario debido a que es una sola
cadena peptídica.
Posee un solo grupo hemo.
Tiene una alta afinidad por el oxígeno.
Su función es facilitar el transporte de
oxígeno en el músculo que respira con
rapidez.
Su estructura es muy semejante a la
subunidad β de la HB.
Tanto en la HB como en la MB los aminoácidos que rodean al grupo hemo forman un bolsillo hidrofóbico que
protege al hierro de la oxidación. Esto debido a que para que el hierro pueda transportar el oxígeno debe estar en estado
ferroso, es decir, reducido.
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III. CURVAS DE DISOCIACIÓN DE LA MIOGLOBINA Y LA HEMOGLOBINA
CON EL OXÍGENO.
1.- MIOGLOBINA.
Analizando los ejes:
- EJE Y: Saturación de la mioglobina con
oxígeno
, esto puede estar en porcentaje o
en fracción (decimal). Donde el máximo de
saturación puede ser 100% o 1.0
respectivamente.
- EJE X: Presión parcial de oxígeno, lo que
es equivalente a la concentración de ese
gas en el ambiente que se está analizando.
Utiliza unidades de presión tales como
mmHg, Torr, kPascal, etc.
Curva de tipo
HIPERBÓLICA, que llega casi
al 100% en muy poco tiempo. Esto quiere
decir que a bajar presiones parciales de
oxígeno se alcanza rápidamente la
saturación casi completa de la mioglobina. Esto da cuenta de una alta afinidad de la mioglobina por el oxígeno.
Porque a bajas preciones parciales de oxígeno, en la mioglobina, se alcanza un alto porcentaje de saturación.
Que la mioglobina esté saturada con oxígeno significa que tiene todos sus grupos HEMO están unidos al oxígeno.
2.- HEMOGLOBINA.
Curva de tipo SIGMOIDEA, esto debido a los
sitios de cooperación que posee la molécula de
hemoglobina, entre sus grupos hemo.
Esta curva,
en su comienzo, representa que a
bajas presiones parciales de oxígeno, a medida
que se aumenta la presión, es poca la variación
en el porcentaje de saturación. Esto quiere
decir que a bajas presiones parciales de
oxígeno, a este gas le cuesta mucho entrar a la
molécula de hemoglobina.
En el final de la curva se muestra que a altas
presiones parciales de oxígeno, la hemoglobina
está completamente saturada con oxígeno.
En el medio la curva es exponencial, eso
significa que con pequeñas variaciones de la
presión parcial de oxígeno aumenta muchísimo el porcentaje de saturación de la hemoglobina con el oxígeno.
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IV. P50:
Es la
PRESIÓN PARCIAL DE OXÍGENO (eje X) a la cual la
hemoglobina o la mioglobina
están saturadas por oxígeno en
un 50%.
Se establece en el gráfico entrando primeramente por el 50%
de saturación, con el fin de marcar de forma precisa la presión
parcial de oxígeno correcta que le corresponde. Si ese eje de
saturación contiene porcentaje, se entra desde el 50%, y si ese
mismo eje contiene decimal, se entra desde el 0.5.
La relación entre la P50 y la afinidad de la proteína por el
oxígeno es
INVERSAMENTE PROPORCIONAL.
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V. ENZIMAS:
1.- ENZIMAS MICHAELIANAS:
Comparable con la curva de la MIOGLOBINA, por
su característica
HIPERBÓLICA.
Analizando los ejes:
- EJE Y: Velocidad inicial de reacción. Representa
la actividad enzimática, es decir, la formación de
sustrato en producto. Si una enzima es más veloz
en transformar un sustrato en producto, tiene
mayor actividad.
- EJE X: Concentración de sustrato.
Parámetros cinéticos:
- Vmáx: En el eje Y. Se logra cuando hay
altas concentraciones de sustrato.
Representa la actividad de la enzima
cuando ella está completamente saturada por sustrato, es decir, sin sitios activos libres.
- Km: En el eje X. Es una medida de concentración de sustrato a la cual se alcanza la mitad de la velocidad
máxima.
La relación entre el Km y la afinidad de la enzima por su sustrato es INVERSAMENTE PROPORCIONAL.
2.- ENZIMAS ALOSTÉRICAS:
Para que una enzima sea alostérica la
proteína debe ser oligomérica, es decir, debe
tener más de una subunidad. Y además, debe
tener más de un sitio activo.
Comparable con la curva de la
HEMOGLOBINA, por su característica
SIGMOIDEA. Su curva es sigmoidea porque la
enzima tiene
más de un sitio activo y porque
existe cooperatividad entre ellos.
Poseen sitios alostéricos a los cuales se unen
moduladores los cuales pueden aumentar o
inhibir la actividad de la enzima.
Poseen sitios activos a los cuales se une el
sustrato.
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VI. CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LA HEMOGLOBINA.
1.- CONFORMACIÓN DE LA HEMOGLOBINA:
CONFORMACIÓN RELAJADA (R):
- Mayor afinidad por el oxígeno.
- Generalmente se encuentra en conformación Oxi-Hb.
- Estabilizada por ligando, es decir, el oxígeno.
- Menor cavidad central.
- Ruptura de puentes salinos alfa-beta.
- Esta forma predomina en los pulmones debido a las altas presiones
parciales de oxígeno, las cuales mantienen la Hb altamente saturada.
Esto con el fin de que la Hb tome el oxígeno con facilidad y así pueda
transportarlo a los tejidos.
CONFORMACIÓN TENSA (T):
- Menor afinidad por el oxígeno.
- Generalmente se encuentra en conformación Desoxi-Hb.
- Estabilizada por red de puentes salinos y otros moduladores intra e
inter subunidades.
- Mayor cavidad central.
- En ausencia de ligando, es más estable que la R.
- Esta forma predomina en los tejidos debido a las bajas presiones
parciales de oxígeno, las cuales, junto con la estabilizaciones iónicas,
mantienen la Hb muy poco saturada. Esto con el fin de que la Hb
libere con mucha mayor facilidad el oxígeno a los tejidos.
2.- EFECTO HOMOTRÓPICO POSITIVO.
La TRANSICIÓN ENTRE LAS FORMAS T y R se
produce a medida que la hemoglobina va
abandonando los pulmones para ir a los tejidos,
y viceversa.
La presión parcial de oxígeno en los tejidos es
baja, por lo que al
comienzo de la curva, donde
la hemoglobina se encuentra en su forma tensa,
la saturación de la Hb será baja.
La presión parcial de oxígeno va aumentando a
medida que la hemoglobina ingresa a los
pulmones, por lo que la Hb comienza a entrar
en un estado de forma relajada, unida al
oxígeno, por lo que la saturación de la Hb será
alta.
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El cambio conformacional de la Hb es disparado por la influencia del oxígeno; cuando el oxígeno se une al hierro del
grupo hemo tracciona a este posicionándolo de una forma completamente paralela al plano del anillo pirrólico.
Generando así, la forma RELAJADA. Cuando cambia la conformación del primer grupo hemo con la unión del primer
oxígeno, los otros grupos hemo se encuentran más disponibles para unirse a otras moléculas de oxígeno, por lo que
los otros oxígenos entran con mayor facilidad. Este es el sustento básico del
EFECTO HOMOTRÓPICO:
COOPERATIVO POSITIVO.
Cuando la hemoglobina no está unida al oxígeno, el hierro del grupo hemo se encuentra más cercano a la histidina
de la globina, desapareado del plano del anillo pirrólico. Generando así, la forma TENSA.
3.- OTROS LIGANDOS DE LA HEMOGLOBINA:
El CO es un ligando de la Hb porque se unen a su grupo Hemo. Con una afinidad 200 veces mayor que la del
oxígeno, estabiliza a la proteína en su forma relajada. Como estabiliza esta forma, el transporte de oxígeno a los
tejidos no es posible, ya que la afinidad de Hb-CO es tan alta, que mantiene una conformación relajada que no
tiene capacidad de transformarse en tensa y liberar al oxígeno de los otros grupos hemo a los tejidos. Este proceso
implica que la P50 disminuya, por lo tanto aumenta considerablemente la afinidad de la Hb por el oxígeno.
4.- EFECTO HETEROTRÓPICO: MODIFICADORES DE LA P50.
- 2,3-BPG.
- H
+
(Efecto Bohr).
- CO
2
(Efecto Bohr).
Estos tres elementos son MODULADORES, (a diferencia del oxígeno y el CO, que son “ligandos”) ya que se unen a
sitios que son diferentes del grupo hemo.
Disminuyen la afinidad del oxígeno por la Hb, con el fin de que este sea liberado a los tejidos según los
requerimientos fisiológicos, por lo tanto favorecen la forma TENSA.
a) 2,3- BIFOSFOGLICERATO (2,3-BPG):
Se forma a parte de un intermediario de la glucólisis, el 1,3-BPG.
El BPG se une a la cavidad central de la Hb.
Aumenta la P50, por ende, disminuye la afinidad de la Hb por el oxígeno.
Es muy útil en el músculo activo donde es necesaria una constante
disposición de oxígeno para sintetizar ATP.
También es útil en la transferencia de oxígeno de la madre al feto. Las
dos cadenas gamma de la HbF tienen menos aminoácidos básicos que la
HbA, por lo tanto hay menos cargas positivas hacia la cavidad central,
esto hace que haya una menor interacción con el 2,3-BPG (que tiene
grupos fosfato, de carga negativa).
Al tener la HbF una menor afinidad por el 2,3-BPG, la afinidad de la
hemoglobina fetal por el oxígeno es mayor, con respecto a la materna.
Esto tiene como consecuencia que el oxígeno de la hemoglobina materna difunde a los eritrocitos fetales.
Es impotante recordar que estos moduladores heretrópicos negativos son más importantes a
bajas presiones parciales de oxígeno, que son las que están en los tejidos, esto debido a que es
en este punto donde es necesaria una mayor disociación del oxígeno de la hemoglobina.
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El mecanismo de adaptación a las alturas
también implica la acción del 2,3-BPG.
Teniendo en cuenta que al aumentar la
altura, la presión atmosférica es menor (y
por ende, la presión parcial de oxígeno
menor), es lógico pensar que también el
suministro de oxígeno en los pulmones es
menor, por lo tanto, hay menos
disponibilidad de oxígeno para los tejidos.
Para asegurar que todo el oxígeno
disponible en los eritrocitos se libere en los
tejidos, aumenta la concentración de 2,3-
BPG en los eritrocitos, por lo tanto se
fuerza a la Hb a que libere todo el oxígeno
que tiene disponible.
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5.- EFECTO BOHR (MODULADORES HETEROTRÓPICOS NEGATIVOS):
a) EFECTO DEL PH:
Los protones tienen un efecto en la afinidad de la
hemoglobina por el oxígeno debido a que se unen a
grupos ionizables de la proteína, favoreciendo la
forma tensa. Uno de los grupos más susceptibles a
captar protones en la hemoglobina es la HISTIDINA,
debido a sus anillos de imidazol. Este, junto con que
el Pk de la histidina es cercano al ph fisiológico, es
uno de los sustentos de la capacidad buffer de la Hb.
A mayor concentración de protones (es decir, menor
PH) la curva de disociación de la hemoglobina por el
oxígeno se desplaza a valores mayores en el eje X.
Por lo tanto disminuye la afinidad de la Hb por el
oxígeno (aumenta la P50).
A menor concentración de protones (es decir, mayor
PH) la curva de disociación de la hemoglobina por el oxígeno se desplaza a valores menores en el eje X. Por lo
tanto aumenta la afinidad de la Hb por el oxígeno (disminuye la P50).
b) EFECTO DEL CO
2
:
Cuando el dióxido de carbono actúa como modulador,
la P50 aumenta, es decir, la afinidad de la Hb por el
oxígeno disminuye.
Hay un aumento de la concentración de dióxido de
carbono en los eritrocitos cuando hay un alto
metabolismo aeróbico (ej: actividad física).
El dióxido de carbono que se produce en los tejidos
pasa al LIC y luego a los eritrocitos, allí
se hidrata a
ácido carbónico
gracias a la acción de la ANHIDRASA
CARBÓNICA.
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La concentración de protones en el
eritrocito se debe al resultado de la
disociación del ácido carbónico. Esos
protones se unen a los grupos
captadores de la Hb, así se amortiguan
los posibles cambios bruscos en el pH
fisiológico.
Estos protones captados por la
hemoglobina favorecen su forma tensa y
permiten la disociación del oxígeno del
grupo HEMO.
El efecto modulador del dióxido de carbono, de disminución de la afinidad de la Hb por el oxígeno se debe a 2
razones:
- Genera los protones del efecto Bohr.
- Se puede unir directamente a los amino terminales de las cadenas alfa de la Hb como grupos carbamino.
El bicarbonato que se genera en la reacción de los tejidos no puede salir por sí solo desde el eritrocito al plasma,
debido a que está cargado, entonces tiene que tener un transporte facilitado. Este contra-transporte pasivo
(debido a que ambos se mueven a favor de su gradiente electroquímico) lo ejerce una glucoproteína llamada:
INTERCAMBIADOR DE CLORURO-BICARBONATO. Este transporte es electroneutro, debido a que sale una carga
negativa y entra una carga negativa. En este caso, sale el bicarbonato del eritrocito, y entra el cloruro.
En los pulmones, donde la presión parcial de oxígeno es alta, y propende la forma relajada, los protones que
había captado la hemoglobina deben ser liberados. Estos protones son usados, junto con el bicarbonato para
formar agua y dióxido de carbono. El bicarbonato que está disuelto en el plasma entra al eritrocito, y en este
caso, el cloruro sale.
La
reacción catalizada por la AC es
reversible, puede actuar en ambos sentidos:
- Hacia la formación de protones y
bicarbonato: Cuando los eritrocitos
están circulando por los capilares
sistémicos.
-
Hacia la formación de agua y
dióxido de carbono: Cuando los
eritrocitos estén circulando por los
capilares alveolares.
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6.- CINÉTICA DE TRANSPORTE:
DIFUSIÓN SIMPLE: Gráfico en forma de recta, debido a que a medida que aumenta el soluto a difundir, aumenta
la velocidad del transporte.
Porque no hay nada limitante.
TRANSPORTADOR: Hay una cinética hiperbólica debido a que el número de transportadores es finito, por lo tanto
llega un punto en que se saturan. Para poder superar esa saturación de los transportadores es necesario aumentar
la cantidad de los mismos, por lo tanto,
se modifica aumentando el parámetro cinético de la velocidad máxima.
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