HEMOGLOBINA
La mioglobina
és una proteïna monomèrica, en canvi, l´hemoglobina és una proteïna tetramèrica
(té 4 subunitats): 2 subunitats a i 2 subunitats
b. Aquesta és la composició de l´hemoglobina A (Hb
A). És la que existeix al 98 % dels mamífers. L´hemoglobina F es dóna al fetus
a partir de les 2/3 parts de la gestació. Té una composició a2 c2.
L´estructura
tridimensional de l´hemoglobina A es va aconseguir al 1959. Es va veure que
l´hemoglobina és una proteïna globular molt compacta de manera que les 4
subunitats estan col·locades de forma que les subunitats a i b estan interaccionant entre sí. Hi ha pocs ponts de
contacte entre a o entre b. Cada
subunitat està unint un grup hemo
col·locat al solc de la subunitat. Una molècula d´hemoglobina és capaç d´unir 4
molècules d´oxígen.
Les estructures
tridimensionals es troben tant a la mioglobina com a les 2 subunitats
d´hemoglobina. Tenen una homologia només del 17%. Són seqüències molt diferents
d´aminoàcids que poden replegar-se de manera similar.
Quan es
comparen les seqüènciesde mioglobina i les subunitats d´hemoglobina, els canvis
que es donen són bastant similars. L´interior de la molècula és sempre similar.
Es donen sustitucions conservatives que mantenen les condicions elèctriques i
de polaritat de la molècula.
Els canvis a la
superfície són més variables. Hi ha determinats aminoàcids que sempre es
conserven a totes les mioglobines i hemoglobines. Aquests aminoàcids que es
mantenen són les histidines F8 i E7.
Les
característiques de les interaccions són diferents perquè l´hemoglobina és una
proteïna oligomèrica formada per subunitats que li donen una sèrie de
propietats peculiars. És cert per moltes proteïnes oligomèriques. Aquestes
propietats són la cooperativitat i l´al·losterisme.
La unió de l´oxígen
a la mioglobina és ràpida i linial (les primeres molècules d´oxígen que
s´uneixen a la mioglobina és mitjançant certa afinitat, però sempre és igual).
Per quantificar
aquest paràmetre es defineix la P50: és la pressió parcial d´oxígen
a la qual la meitat de les molècules de mioglobina tenen enganxat un oxígen. La
P50Mb = 1 torr, mentre que la P50Hb = 26 torr.
Que tingui una
corba significa que quan hi ha poc
oxígen, l´Hb té poca afinitat per ell.
La mioglobina
té molta més afinitat per l´oxígen a l´hemoglobina.
Cooperativitat
La
cooperativitat és el fenòmen mitjançant el qual la unió de les primeres
molècules d´oxígen facilita la unió de la resta de molècules d´oxígen. A
l´hemoglobina, és una cooperativitat possitiva. Si la unió de la primera
molècula dificulta la unió de les següents, es tracta d´una cooperativitat
negativa. És una característica de moltes proteïnes oligomèriques.
La
cooperativitat és el fenòmen pel qual la unió d´una molècula de lligant afecta
o modifica la unió de la resta de molècules de lligant. Això es reflexa o
experimenta amb aquesta corba sigmoide.
REPRESENTACIÓ
DE TALL
La
representació de tall és la manera de representar la linearització de la corba.
Es representa la PO2 per una banda i per l´altra el log de la
fracció de saturació/ 1-fracció de saturació.
S´obté un
factor (n): que és el pendent de la recta que ens defineix el grau de
cooperativitat. Es quantificca matemàticament el grau de cooperativitat d´una
proteïna.
A la
mioglobina, n = 1 (significa que no hi ha cooperativitat).
Si n > 1,
aleshores existeix cooperativitat.
A
l´hemoglobina, n = 2´8 (hi ha cooperativitat possitiva).
El valor màxim
de n és el nombre màxim de molècules
que pot unir. El màxim n de l´hemoglobina és 4. Si, al cas de l´hemoglobina, n
=4, les 4 molècules d´oxígen s´uneixen simultàniament.
Al cos humà la
PO2 als pulmons és de 100 torrs i la PO2 als teixits perifèrics és de 20 torrs. L´hemoglobina,
quan es troba als pulmons, estarà saturada d´oxígen. Quan va caps als teixits,
la PO2 comença a disminuir progressivament i l´hemglobina estarà
cada cop menys carregada.
L´oxígen que es
va alliberant als teixits (músculs esquelètics) és agafat immediatament per la
mioglobina, que a 20 torrs està completament saturada. D´aquesta manera,
l´eficiència és total.
Al·losterisme
L´al·losterisme
és la propietat per la qual la presència d´unes molècules anomenades efectors,
que no són els lligants, afecten a la interacció entre la proteïna i el
lligant.
Aquests
efectors poden ser possitius o negatius perquè poden disminuir o augmentar
l´afinitat de la proteïna pel seu lligant.
Al 1904 es va
descobrir l´efecte Bohr. Va observar que la sang cedia Oxígen als teixits però
que als teixits, metabòlicament actius, la cesió era més ràpida. El causant de
l´efecte Bohr és el PH. El metabolisme energètic fa que s´originin H+.
Els teixits metabòlicament actius tenen un Ph relativament àcid. Aquesta
diferència de PH és petita.
Teixits
metabòlicament actius -> PH = 7´2 (més àcids).
Teixits normals
-> PH = 7´6
L´hemoglobina
en un tampó de PH = 7´2 i PH = 7´6 donaria dos corbes diferents:
L´hemoglobina
té més afinitat per l´oxígen a PH = 7´6.
L´hemoglobina
té menys afinitat per l´oxígen a PH = 7´2 i l´alliberarà més fàcilment.
Els H+
són un efector actiu de l´hemoglobina (disminueixen l´afinitat de l´hemoglobina
per l´oxígen).
Aquest efecte
Bohr també està produït pel CO2. Els teixits metabòlicament actius
produeixen més CO2.
El CO2
disminueix l´afinitat de l´hemoglobina per l´oxígen.
L´hemoglobina
dins dels glòbuls vermells té una afinitat molt més baixa que l´hemoglobina
lliure perquè dins dels glòbuls vermells hi ha un factor alostèric negatiu.
Aquest factor és el 2,3-Bisfosfoglicerat:
Les
concentracions de 2,3-bifosfoglicerats dins dels glòbuls vermells són molt
elevades. Es troben a concentracions molt baixes a tots els teixits. A mamífers
d´utilitza la molècula 2,3-bifosfoglicerat. A altres espècies són elements
diferents.
L´hemoglobina F
(fetal) ha de tenir més afinitat per l´oxígen.
A nivell molecular,
aquests fenòmens s´expliquen que passi
a l´hemoglobina i no a la mioglobina
perquè s´ha d´entendre que el fet que una proteïna estigui formada per
subunitats faci que es puguin modificar entre sí i es pot modificar el
comportament dels altres.
La
cooperativitat de l´hemoglobina és que la unió d´oxígen facilita la resta
d´unions d´oxígens.
L´àtom de ferro
de l´hemoglobina es troba una mica desplaçat. L´àtom de ferro està
interaccionant amb una histidina. Quan el ferro interacciona amb l´oxígen,
s´estira l´àtom de ferro i es provoca un desplaçament de determinats aminoàcids
d´un fragment de la cadena peptídica. La disposició dels àtoms en la forma oxi
és diferents a la forma desoxi.
Quan s´uneix la
primera molècula d´oxígen i es modifiquen les interaccions entre els
aminoàcids, es mdifica l´orientació de les subunitats respectes les altres i es
produeix un canvi entre les interaccions entre unes subunitats i altres.
De les moltes
subunitats que poden interaccionar hi ha algunes que apareixen a les formes
desoxi, però a la forma oxi desparareixen. Són 8 enllaços iònics (ponts
salins). Són enllaços que alguns es formen dins d´una mateixa subunitat però la
majoria estan unint diferents subunitats (fixen els extrems carboxi o amino).
Es donen a la forma desoxi perquè les
subunitats estan orientades de forma que es poden realitzar els enllaços. La
formes desoxi de l´hemoglobina és una forma molt rígida qp té molts enllaços.
Aquesta estructura del model actual que explica el comportament de les subunitats
i cooperativitat és la forma T (tensa): desoxihemoglobina.
Quan entra
oxígen, les subunitats es desplacen lleugerament de manera que aquests enllaços
no poden existir perquè es desplacen lleugerament. La forma oxi de
l´hemoglobina és una forma més relaxada (forma R), és més lleugera.
La conformació
són diferents formes i orientacions espaials que són interconvertibles entre sí
perquè no cal trencar cap enllaç covalent per arribar al canvi.
La configuració
són diferents formes que no són interconvertibles entre sí. S´han de trencar
enllaços per pasar d´una a altra. Diferents conformacions són interconvertibles
entre sí. Les proteïnes alostèriques es basen en que a una proteïna poden
existir diferents conformacions que es troben en equilibri. L´hemoglobina
es desplça de forma R<--->T. La cooperativitat
explica aquest model perquè si la forma desoxi és T per l´existència d´aquests
enllaços, a l´Oxígen és difícil entrar perquè és molt rígida. Quan l´oxígen
interacciona amb el grup oxi corresponent, alguns enllaços d´aqueste es
trenquen i l´estructura de l´hemoglobina no serà tan rígida. Per això, a la
segona molècula d´oxígen, li és més fàcil entrar i es trenquen més enllaços. A
la següent és encara més fàcil.
La unió de cada
molècula d´oxígen es troba a una forma més relaxada.
L´alosterisme
explica aquest model perquè es modifica aquest equilibri. Un efector alostèric
possitiu desplaçaria l´equilibri cap a la forma R. Un efector alostèric negatiu
desplaçaria l´equilibri cap a la forma T.
Desplaçar
l´equilibri és afavorir l´estada de les molècules cap a un cantó. A
l´hemoglobina només hi ha factors alostèrics negatius ( H+, CO2,
(2,3)-BPG) i estabilitzen la forma desoxi. Tots ells interaccionen millor amb
la forma T que amb la forma R i l´estabilitzen.
El CO2
s´uneix a l´hemoglobina, preferentment a la forma desoxi, concretament formant
un enllaç amb els extrems amino terminals. Es forma un grup carbamat.
En presència de
CO2 es forma a la molècula d´hemoglobina una càrrega negativa.
Aquesta càrrega negativa pot establir més ponts salins que estabilitzar la
forma desoxi (T). Realitza més enllaços interns i és més estable.
Els H+
(només la histidina pot ionitzar-se (cedir o agafar electrons) a PH semblants).
Segons
l´entorn, es modifiquen les seves característiques àcid-base. Les histidines de
la forma desoxi es protonen més fàcilment que a les formes oxi. Els H+
estan interaccionant més a la forma desoxi i també serà un efector alostèric
negatiu.
El 2,3-BPG
interacciona amb una molècula de BPG per una molècula d´hemoglobina. (El CO2
és 1 cada 4 molècules d´hemoglobina). El BPG es col·loca al forat que queda
entre les subunitats. El reté i es col·loca perquè es troba en un entorn molt
bàsic (Protonat). El BPG, es troba molt carregat negativament, és atret per les
càrregues negatives. Això passa preferentment a la forma desoxi perquè el forat
a la forma desoxi és més gran i cap millor. Té més afinitat per la forma desoxi
i estabilitza la forma T. És un efector alostèric negatiu.
L´hemoglobina A i F tenen la mateixa afinitat
per l´oxígen. Es diferencien en l´afinitat pel BPG. L´hemoglobina F uneix menys
BPG que l´hemoglobina A. Es produeix perquè 1 dels aminoàcids que interaccionen
amb el BPG (enlloc de histidines (Hemoglobina A) hi ha serines (Hemoglobina F)).
L´acúmul de la càrrega possitiva és menor a l´hemoglobina F. L´afinitat de
l´hemoglobina F és major que l´hemoglobina A perquè uneix menys BPG.
L´hemoglobina
serveix com a model de relació estructural proteïnes-funció, cooperativitat,
alosterisme, patologia molecular (malalties que s´expliquen perquè s´han
produït mutacions en un gen).
La malaltia
molecular que afecta l´hemoglobina és la anèmia falciforme: malaltia molt
freqüent a l´Àfrica, en la que els eritròcits, enlloc de ser rodons, tenen
forma de falç. És una malaltia hereditària. L´esperança de vida és menor de 30
anys. Els eritròcits formen grúmols als interior dels teixits i capilars. Es va veure que la causa és una única
mutació a la molècula d´hemoglobina. A l´hemoglobina A, l´aminoàcid número 6 de
les subunitats b és un glutàmic. A l´hemoglobina (falciform sickle
form), aquest aminoàcid és una valina (enlloc de Glutàmic). El glutàmic és
negatiu i la valina és apolar. Se sap que l´aminoàcid es col·loca a la
superfície de la proteïna, un determinat lloc on hi havia una càrrega negativa
que interaccionaria amb l´aigua, es converteix en una taca apolar a la
superfície de la proteïna. Com no té tendència a interaccionar amb l´aigua fa
que interaccionin entre sí. Tenen tendència a formar interaccions hidrofòbiques
que arriben a precipitar i formar fibres, que causen la deformació dels
eritròcits.
Els aminoàcids
de la superfície de les proteïnes no afecten molt a la funció de la proteïna.
Té interés epidemiològic perquè és molt freqüent entre els gens. L´hemoglobina
S té com a tret favorable que els confereix protecció contra la malària
(paràsit intraeritrocitari).
Inicio.
 |
