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Proteínas y transporte de O2 Hemoglobina y mioglobina (Relación estructura:función)

Dr. Luis A. Mora B.

Cátedra de Bioquímica

UCIMED

Introducción

La función de las proteínas depende de su estructura y

de los cambios conformacionales que puedan llevar a

cabo.

Ejemplo:

a)Proteínas de transporte de oxígeno: mioglobina y

hemoglobina

Pulmones

Sangre

Músculo

• Pigmentos respiratorios:

• Hemoglobina y citocromos ( rojos )-conjugadas.

• Grupo prostético: HEME : tetrapirrol cíclico

• naturaleza porfirínica

• Hemoproteínas: mioglobina,catalasa,peroxidasas,

• triptofano pirrolasa y xantina oxidasa.

• Cuatro cadenas polipeptídicas: estructura primaria origina propiedades fisicoquímicas y biológicas distintas.

• Estructura cuaternaria-forma tetraédrica.

Mioglobina

1- Función:

Células musculares

Almacena O2 y lo transporta a mitocondrias

Tensión baja de O2

Curva de disociación de O2

Mioglobina2- Estructura:

-globina•una cadena de 153 residuos de AA•aproximadamente el 75% de su estructura

-posee 8 segmentos alfa helicoidales (A-H)-Residuos polares en el exterior y no polares en el interior.

-heme: Se acomoda en bolsa hidrofóbica

Función: unión del O2 a la Mb ( Hb). Sin heme no hay unión.

Estructura: hierro ferroso (unión) y proto IX (4 grupos pirrólicos)

Unión al oxígeno Valencias de coordinación o ligandos. Protección de la bolsa hidrofóbica contra la oxidación del Fe.

Metamioglobina no funcional (H2O)

Electrón extra impide formación de ligando para unión de O2

Cada bola roja es un átomo de hierro hélice se muestra como cintas rojas

En rojo se representa el grupo Heme y en verde la cadena lateral de la histidina

Heme

Oxígeno

Globina

Estructura

Hemoglobina1- Características:

Su empacamiento le permite estar a altas conc. dentro del glób. rojo sin problemas de presión osmótica

o viscosidad Hay 5 mil millones de glób. rojos/mL de sangre Cada glób. rojo tiene 280 millones de moléculas de Hb

2- Funciones: Capta O2 a altas PO2 en los pulmones Capaz de liberarlo a bajas PO2 Transporta CO2 de los tejidos a pulmones

Síntesis de la Hemoglobina

Heme

Oxígeno

Globina

Estructura

0

0 0

Cada bola roja es un átomo de hierro hélice se muestra como cintas rojas

En rojo se representa el grupo Heme y en verde la cadena lateral de la histidina

Diferencia funcional entre la hemoglobina y la mioglobina:

Curva de disociaciónSigmoidal (Hb) vrs hipérbole (Mb)

Unión del O2 es cooperativa en la Hb

3- Estructura:

Tetramérica

El Heme está contenido en bolsa hidrofóbica y

es idéntico al de la Mb

Presenta gran diversidad estructural y genética

(según: edad y necesidades de O2)

Gower 1 (Gower 2 (Portland (Fetal (A (A2 (

4- Relaciones función-estructura:

•H+, 2-3 DPG y CO2 como efectores alostéricos, refuerza el

concepto de esta relación•Hb Fetal

•a- Unión cooperativa del O2

- DesoxiHb: cada unidad unida por enlaces electrostáticos ( el Fe está 0.4A fuera del plano del heme por repulsión estérica entre histidina proximal y los átomos de nitrógeno del anillo porfirínico).Forma T: baja afinidad por O2

- Oxi Hb: rompe los enlaces y origina cambios estructurales en donde los sitios quedan expuestos.Forma R: Mov. del Heme constante de afinidad: X500

Forma oxigenada y desoxigenada

b-Protones H+ y CO2: El efecto Bohr describe la relación

entre la afinidad de la Hb por el O2 a dif. niveles de PCO2 y pH

• conc. de H+ Afinidad PCO2

(desvío de la curva hacia la derecha)

La unión de protones provoca que la Hbpase de la forma R a la T.En los pulmones a alta PO2

y pH 7.4 pasaa la forma R con menor afinidad por losprotones y estos son expulsados.La unión de CO2 igualmente favorece el paso a la forma T.CO2 + NH3 N - COOH +2 H Carbamato

Visión frontal de la moléc. de Hb: en gris se observan los átomos de Carbono, el Nitrógeno en púrpura, y la bola roja es el hierro

Imagen lateral con el aminoácido histidina unido al Fe

El oxígeno (naranja) se une al Fe y a la histidina

c- Papel del 2,3 BPG:

Se encuentra en los GRs en una concentración parecida

a la de la Hb

Responsable de bajar significativamente la afinidad de la

Hb por el O2 y promueve el paso a la forma T

Solo una molécula de 2,3 BPG interactúa con cada

tetrámero de Hb

Aumenta en el GR conforme se adaptan a la hipoxia

tisular (anemia, grandes altitudes y disfunción pulmonar)

Disminuye en la sangre almacenada por lo que disminuye

la capacidad de liberar O2 a los tejidos

Forma oxigenada y desoxigenada

Vía Glicolítica

Ciclo del 2-3 DPG

2-3 DPG

Unión del 2-3 DPG

d- Hemoglobina Fetal• Alta afinidad por el O2 (subunidades gamma no unen

bien el 2-3 DPG)• La curva de afinidad por el oxígeno de la HbF está

desviada a la izquierda comparada con la de la HbA.

Aspectos clínicos

Glicosilación HbA en diabetes mellitus.

Hemoglobinopatías:Enfermedades genéticas en las que las subunidades

de la Hb han sufrido una mutación.Se han descrito cientos de ellas. Algunas pasan

inadvertidas pero otras producen enfermedad desde leve a grave.

Tipo de alteración:Por cambios estructuralesPor disminución o ausencia en la síntesis de cadenas

de globina (Talasemias)

Hemoglobinopatías más frecuentes(por alteración estructural)

Hemoglobinopatías

Patrones electroforéticos de algunas hemoglobinopatías

Herencia de la talasemia

Ubicación genética de lasCadenas de globina

Hemoglobinopatías

Talasemia

Definición

• Grupo de anemias hemolíticas hereditarias.

• Disminución de la síntesis de 1 ó + cadenas polipeptídicas de Hb.

• Cuadro clínico desde indetectables hasta anemia severa y fatal. (Síndromes talasémicos)

Hb adulto:

2 + 2

Alfa talasemia: Disminución en la síntesis cadenas α

(Exceso cadenas β)

Beta talasemia: Disminución en la síntesis de cadenas β

(Exceso cadenas α)

Talasemia

Causa molecular

• Provocada por mutaciones puntuales o deleciones en en 1 o varios de los genes de la α globina y la β globina.

La producción de un tipo de proteína

Producción de otra proteína constituyente

Exceso produce Hb inestable

Desnaturalizaciónprecipitación y destrucción GR

Talasemia

Talasemia

α Talasemia Β Talasemia

B- talasemia mayor

B Talasemia menor

PortadorSilencioso

Hydrops fetalis

Enfermedad Hb H

Rasgo talasémico

B talasemia intermedia

Talasemia mayor- Anemia del Mediterráneo-Anemia de Cooley

1920:

Dr. Denton Cooley describió por 1 vez la enfermedad

Reconoció signos clínicos (niños italianos y griegos)

•Anemia

•Bazo agrandado

•Deformidades en hueso

Antonio Maccanti describía al mismo tiempo esta hemoglobinopatía

Talasemia Mayor

• Carácter recesivo

• Común en Países del Mediterráneo, Sudeste Asiático, India y el Medio Oriente.

• Costa Rica (De 10 a 12 casos reportados). Último caso hace 2 años.

Talasemia

Hb S

Hb E

Hb C

Figura 1. Distribución primaria aproximada de talasemia y desórdenes de B-globina en el mundo

Talasemia Mayor (Derivado de palabra griega para mar “thalassa” )

Características más importantes:• Anemia severa• Hb de 4 – 5 g/dL• Dx entre los 6 – 12 meses de edad• Hepato esplenomegalia• Eritropoyesis ineficaz• Dependientes vitalicios de transfusiones (daño de órganos)

• Patrón de electroforesis de Hb: FA2, FAA2

-+A F A2

MUCHAS GRACIASMUCHAS GRACIAS