Hemoproteínas:Hemoglobina y Mioglobina

Hemoproteínas

Son proteínas conjugadas cuyo grupo prostético es una porfirina coordinada a un ion metálico. Suelen estar relacionadas con todos los aspectos del metabolismo aeróbico

-Transportadores de oxígeno como la hemoglobina y la mioglobina

-Transportadores electrónicos como los citocromos

- Enzimas relacionadas con el transporte electrónico como la citocromo oxidasa

- Enzimas relacionadas con el stress oxidativo, como las peroxidasas

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Heme_synthesis.png

“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

MECANISMO DE UNIÓN DEL OXÍGENOEl oxígeno se une al grupo hemo: un anillo tetrapirrólico denominado protoporfirina IX, que pertenece a la familia de porfirinas, con un ión ferroso (Fe2+) en el centro.(Citocromos, clorofila)

Anillos conjugados grandes (color)

El hemo se une de forma noEl hemo se une de forma no covalente covalente en la hendidura en la hendidura hidrofóbica o bolsillohidrofóbica o bolsillo de la proteína. de la proteína.

FUNCIÓN Y EVOLUCIÓN DE LAS PROTEÍNAS:FUNCIÓN Y EVOLUCIÓN DE LAS PROTEÍNAS:MIOGLOBINA Y GRUPO HEMOMIOGLOBINA Y GRUPO HEMO

MIOGLOBINA: proteína MIOGLOBINA: proteína monomérica monomérica que almacena oxígeno en elque almacena oxígeno en el músculo rojo en prácticamente todas las especiesmúsculo rojo en prácticamente todas las especies..

HEMOGLOBINA: proteína tetramérica contenida en los eritrocitos HEMOGLOBINA: proteína tetramérica contenida en los eritrocitos que transporta Oque transporta O22 en la sangre desde los pulmones hacia los en la sangre desde los pulmones hacia los tejidos.tejidos.

HEMOGLOBINA y MIOGLOBINAHEMOGLOBINA y MIOGLOBINA

MOLÉCULAS TRANSPORTADORAS DE OXÍGENOMOLÉCULAS TRANSPORTADORAS DE OXÍGENO

• • Posee una cadena polipeptídica Posee una cadena polipeptídica que cque contiene 8 segmentos con ontiene 8 segmentos con estructura secundaria deestructura secundaria de --hélicehélice (nombrados de la A a la H), (nombrados de la A a la H), separados porseparados por segmentos no helicoidales.segmentos no helicoidales.• • Se pliega dando una molécula prácticamente esféricaSe pliega dando una molécula prácticamente esférica (globular) (globular) muy compacta con un muy compacta con un espacioespacio en el interior donde se sitúa en el interior donde se sitúa su su grupo prostético grupo prostético el grupo el grupo hemohemo, lugar de unión al oxígeno, lugar de unión al oxígeno..

MIOGLOBINAMIOGLOBINA

Colores de grupoColores de grupo RasMolRasMol

Situación delgrupo hemo

Tanto en la hemoglobina como en la mioglobina, el hierro siempre está en estado ferroso, Fe ++

Cuando el ion ferroso, Fe++ se oxida a férrico, Fe +++, la hemoglobina se convierte en metahemoglobina, queno es funcional

Conviene no confundir metahemoglobina conoxihemoglobina, que es la forma oxigenada (pero no oxidada) de la hemoglobina

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HEMOGLOBINAFracción proteica: globinaFracción no proteica (grupo prostético)

Porción orgánica: grupo HEM Porción inorgánica: átomo de Fe+2.

Es una proteína conjugada al igual que la mioglobina.Está formada por 4 subunidades (estructura 4º)2 cadenas y2 cadenas adulto2 cadenas y 2 cadenas (feto)

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HISTIDINA F8

El FeEl Fe2+2+ del hemo puede formar del hemo puede formar 6 enlaces de coordinación6 enlaces de coordinación.  Cuatro de .  Cuatro de ellos, situados en el plano del hemo, se establecen con los ellos, situados en el plano del hemo, se establecen con los nitrógenosnitrógenos de los anillos pirrólicos de la protoporfirina IX.  Los otros dos, de los anillos pirrólicos de la protoporfirina IX.  Los otros dos, perpendiculares al plano del hemo, se establecen con el perpendiculares al plano del hemo, se establecen con el nitrógeno de nitrógeno de la cadena lateral de la histidina F8la cadena lateral de la histidina F8 (histidina (histidina proximalproximal) y con el ) y con el oxígenooxígeno. .

His distal

His proximal

La hemoglobina se encuentra en dos estados :

Estado T (desoxihemoglobina) Estado R (oxihemoglobina)Desoxihemoglobina + 4O2

Desoxihemoglobina + 4O2 Oxihemoglobina

Hemoglobina A o HbA es llamada también hemoglobina del adulto o hemoglobina normal, representa aproximadamente el 97% de la hemoglobina degradada en el adulto, formada por dos globinas alfa y dos globinas beta.

Hemoglobina A2: Representa menos del 2,5% de la hemoglobina después del nacimiento, formada por dos globinas beta y dos globinas delta, que aumenta de forma importante en la beta-talasemia, al no poder sintetizar globinas beta. α2δ2

Hemoglobina s: Hemoglobina alterada genéticamente presente en la Anemia de Células Falciformes.

Hemoglobina f: Hemoglobina característica del feto. α2γ2

Metahemoglobina: Hemoglobina con grupo hemo con hierro en estado férrico, Fe (III).

Carboxihemoglobina: Hemoglobina resultante de la unión con el

CO. • Carbaminohemoglobina: Hb + CO2

EFECTOS ALOSTERICOSEFECTOS ALOSTERICOS

La hemoglobina (La hemoglobina (2222) se comporta como una proteína alostérica ) se comporta como una proteína alostérica en su afinidad con el Oen su afinidad con el O22

ALOSTERICO: ALOSTERICO: De otro sitioAlosterismoAlosterismo:la unión de un ligando en su sitio específico dentro :la unión de un ligando en su sitio específico dentro de la proteína genera un efecto a distancia sobre otros sitios de de la proteína genera un efecto a distancia sobre otros sitios de unión a nuevas moléculas de ligando, aumentando o unión a nuevas moléculas de ligando, aumentando o disminuyendo su afinidad. disminuyendo su afinidad. PhPhPCO2PCO22-3 DIFOSFOGLICERATO2-3 DIFOSFOGLICERATOTemperaturaTemperatura

p50 es la presión parcial de O2 que se requiere para lograr la saturación media o semisaturaciòn de los sitios de fijaciòn.

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

Saturación de O2 en Mioglobina y Hemoglobina

Hemoglobina

Mioglobina

Efecto del pH sobre la saturación de la hemoglobina

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

pH 7.4pH 7.0

pH 6.6

(Efecto Bohr)

Efecto de la presión parcial de CO2

PO2, mm Hg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

40 mmHg

60 mmHg

80 mmHg

El COEl CO22 disminuye la afinidad de la Hb por el O disminuye la afinidad de la Hb por el O22

El COEl CO2 2 generado durante el metabolismo catabólico en los tejidos generado durante el metabolismo catabólico en los tejidos difunde a la sangre donde puede participar en dos reacciones:difunde a la sangre donde puede participar en dos reacciones:

1) Formación de ión bicarbonato (HCO1) Formación de ión bicarbonato (HCO33--) por acción de la ) por acción de la

anhidrasa carbónica del eritrocitoanhidrasa carbónica del eritrocito

2) Condensación con grupos aminos de residuos de la Hb, 2) Condensación con grupos aminos de residuos de la Hb, formando grupos formando grupos carbamilatocarbamilato: :

R-NHR-NH33+ + + CO+ CO22 R-NH-CO + HR-NH-CO + H22OO

Efecto del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) sobre la saturación de la hemoglobina

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

00.1 mM

1 mM

La unión al OLa unión al O22 en un primer grupo hemo favorece la unión en un primer grupo hemo favorece la unión sucesiva de más moléculas de Osucesiva de más moléculas de O22 a la proteína: a la proteína: UNIÓN UNIÓN COOPERATIVA.COOPERATIVA.

La anemia puede definirse como la disminución de los glóbulos rojos de la sangre o de su contenido de hemoglobina

ANEMIA FALCIFORMEANEMIA FALCIFORME

Glu 6 Val 6Mutación puntual de un aminoácido

La Hb S interacciona entre sí La Hb S interacciona entre sí generando una agregación de generando una agregación de proteínas intraeritrocitarias a proteínas intraeritrocitarias a través de la formación de través de la formación de fibrillas.fibrillas.La formación de estas fibrillas La formación de estas fibrillas provoca la atracción anormal provoca la atracción anormal de los eritrocitos lo que de los eritrocitos lo que conlleva a insuficiencia en el conlleva a insuficiencia en el transporte de Otransporte de O22