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Proteínas de unión a O2

Patricio Muñoz Torres patricio.munozt@gmail.com

Función de proteínas n  Conocer la estructura 3D de una proteína es

una parte importante para entender como funciona.

n  Las proteínas son moléculas dinámicas y su función dependerá de su interacción con otras moléculas, afectando su fisiología (a veces sutilmente y otras cambiando la conformación de la proteína).

n  La función muchas veces involucra la unión reversible de la proteína a otra molécula (ligando). Esta unión ocurre en un sitio específico llamado sitio de unión.

n  La interacción proteína-ligando ocurre por complementariedad entre ambas a nivel de tamaño, forma, carga y carácter hidrofóbico e hidrofílico.

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Función de proteínas

Función de proteínas n  Las proteínas son moléculas flexibles, por lo que una

conformación específica será la responsable de su función. n  La proteína sin su ligando no ejerce ninguna función (inactiva).

Cuando ocurre la interacción, la proteína cambia su conformación y se activa.

n  Proteínas multiméricas: cuando una subunidad une un ligando, también se afectará la conformación de las otras subunidades y por lo tanto su afinidad.

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Función de proteínas

Función de proteínas

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Función de proteínas n  Grupos prostético.

n  Compuesto orgánico que se une fuertemente a la proteína y que permite que sea funcional.

Proteínas de unión a oxígeno n  Mioglobina y hemoglobina son las más

estudiadas y caracterizadas.

n  El oxígeno es poco soluble en agua y no se puede disolver por si solo en la sangre.

n  Además, ningún aminoácido puede unirlo. Sin embargo, metales de transición son muy efectivos en su unión reversible al oxígeno, principalmente Fe y Cu. Estos metales libres actúan en el cuerpo formando especies tóxicas de oxígeno, por lo que se encuentran en la célula unidos a las proteínas a través del grupo prostético (grupo no aminoacídico de una proteínas) hemo.

Mioglobina

Hemoglobina

Grupo hemo

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Proteínas de unión a oxígeno n  El grupo hemo está compuesto de un

anillo de protoporfirina que está unido a un ión Fe+2.

n  El ión ferroso forma 6 enlaces: 4 con los N del anillo de porfirina (forma una estructura plana) y 2 perpendiculares a la porfirina. Los N evitan que Fe+2 se convierta a Fe+3, ya que el ión ferroso une oxígeno.

n  El oxígeno se une a uno de los enlaces perpendiculares del grupo hemo y la conversión de Fe+2 a Fe+3 se evita por una His unida en el otro enlace libre.

n  En presencia de O2, el grupo hemo cambia de color de morado a rojo.

n  El óxido nítrico (NO) y la monóxido de carbono (CO) se unen al grupo hemo con más afinidad que el O2.

Mioglobina n  Mioglobina o Mb (16,7 kDa) une sólo una

molécula de O2. Se encuentra en el tejido muscular de animales, facilitando el transporte de O2 en el músculo.

n  El 78% de su estructura son α-hélices.

n  La unión de su ligando está definida por la constante de asociación, Ka, que indica el grado de afinidad de la proteína por su ligando.

n  Una Mb con un alto valor de Ka indica que tiene una alta afinidad por el O2.

n  La constante de disociación del ligando, Kd, indica la liberación del ligando y es igual a 1/Ka. Un alto valor de Kd indica poca afinidad de la Mb por O2. Comportamiento hiperbólico

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Mioglobina n  La unión de ligandos al grupo hemo

provoca cambios en la conformación de la proteína que disminuyen su afinidad por el ligando, respecto al hemo libre.

n  Mb une con mayor afinidad CO que O2 (200 veces más afín por CO).

n  PREGUNTA: ¿Cómo será Ka y Kd para CO y O2?

n  Mb posee su grupo hemo profundamente enterrado en centro en una estructura llamada bolsillo. Si la proteína fuera rígida no habría acceso al O2 y no ocurriría el transporte.

n  Une fuertemente el O2, pero lo libera esporádicamente a los tejidos (actúa como reserva de O2).

Hemoglobina n  El oxígeno es transportado casi por completo en la sangre

unido a la hemoglobina (Hb) en los eritrocitos (células incompletas que perdieron organelos y que no son capaces de reproducirse y que transportan la Hb).

n  En las arterias la Hb está saturada 96% y en la venas 64%, es decir, libera 1/3 del O2 que transporta.

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Hemoglobina n  Posee 4 sitios de unión a O2, debido a

que posee 4 cadenas polipeptídicas (tetrámero) capaces de unir este gas.

n  Muy sensible a pequeños cambios en la concentración de O2, a diferencia de la Mb que es prácticamente insensible.

n  La interacción entre subunidades provoca cambios estructurales que modifican la afinidad por O2. Esto permite entregar O2 de acuerdo a las demandas de cada tejido.

n  La Hb de un adulto está compuesta de dos cadenas α y dos cadenas β (idénticas en estructura 3D, pero distintas en su secuencia).

n  Cada cadena de Hb t iene una estructura similar a la de la Mb.

Hemoglobina

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Hemoglobina n  La unión de O2 genera cambios

c o n f o r m a c i o n a l e s e n H b , encontrándose dos estados: R (unido a O2) y T (vacío). Cuando se une O2, el estado T cambia de forma al estado R debido a cambios en la distribución de los aa cercanos al grupo hemo. Esto se refleja en cambios en la afinidad de Hb por el O2: estado T tiene baja afinidad, la cual aumenta a medida que une otra molécula de O2, hasta alcanzar el estado R que es muy afín por O2.

n  Esto indica una regulación alostérica (la unión de un ligando a un sitio afecta las propiedades de unión de los siguientes ligandos) en la unión del O2 a la Hb.

Hemoglobina n  También transporta H+ y CO2. Estos compuestos se

generan por la respiración celular y son llevado a los pulmones para ser eliminados.

n  En agua el CO2 se hidrata y se genera a HCO3-

(bicarbonato) y H+. Reacción catalizada por la enzima anhidrasa carbónica. Los H+ acidifican el medio y se disminuye la afinidad por O2.

n  Bajos pH y alta concentración de CO2 en los tejidos periféricos promueven su unión a la Hb y la liberación de O2.

n  La Hb interactúa con la molécula 2,3-bifosfoglicerato (intermediario de la glicólisis) de los eritrocitos que disminuyen la afinidad de la proteína por O2, porque estabiliza el estado T.

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Hemoglobina

Si la curva se desplaza a la derecha, indica que disminuye la afinidad por O2.

Si se desplaza a la izquierda, indica que aumenta la afinidad por O2.

Muchas gracias

Patricio Muñoz Torres patricio.munozt@gmail.com