HEMOGLOBINA Definición

HEMOGLOBINA

Definición

La hemoglobina (HB) es una proteína globular, que esta presente en altas concentraciones en los glóbulos rojos y se encarga del transporte de O2 del aparato respiratorio hacia los tejidos periféricos; y del transporte de CO2 y protones (H+) de los tejidos periféricos hasta los pulmones para ser excretados. También pueden transportar y liberar óxido nítrico en los vasos sanguíneos de los tejidos.

La hemoglobina está clasificada dentro del grupo de las proteínas conjugadas ya que además de tener o poseer aminoácidos contiene además una proporción significativa del grupo prostético hem pues cada cadena del tetrámero está asociada a uno de estos.

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Estructura primaria

La hemoglobina es una proteína tetrámera, es decir, esta constituida por cuatro cadenas polipeptídicas con estructuras primarias diferentes. La forma principal de la hemoglobina humana adulta es HbA1, y consta de dos cadenas α y 2 cadenas β (α2β2). En la sangre del feto humano y de embriones tempranos predominan otras formas de hemoglobina : dos α y dos γ (hemoglobina fetal- HbF). Exsiten dos α y dos δ (forma minoritaria de hemoglobina adulta- HbA2- normal 2%); ).

Las cadenas polipetídicas α poseen 141 aminoácidos, con su extremo amino terminal de α1 valina y α2 leucina; y su extremo carboxilo terminal de α140 tirosina y α141 histidina. Mientras que las cadenas β (γ, δ) contienen 146 aminoácidos, con una estructura primaria diferente; su extremo amino posee β1 valina y β2 histidina, y su extremo carboxilo, α145 tirosina y α146 histidina.

Estructura secundaria

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Las cadenas α y β de la hemoglobina tienen un 75 % de hélices alfa como estructura secundaria, con 3,5 aa por vuelta. La estructura secundaria es muy similar: cada una exhibe 8 segmentos helicoidales designados con las letras A a la H. Entre ellos se encuentran 7 segmentos no helicoidales.

Existen dos factores (o mas bien aminoácidos que pertenezcan a la cadena polipeptídica) que pueden interrumpir la orientación helicoidal: (1) presencia de prolina o hidroxiprolina la cual provoca una torsión de la cadena (impide la formación de enlaces de hidrógenos)y, (2) la presencia de fuerzas electrostáticas localizadas de repulsión debido a un conjunto de grupos –R cargados positivamente (lisina y argina), o negativamente (ac- glutámico y aspártico).

Estructura terciaria

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Las cuatro cadenas polipeptídicas de la Hb contienen cada una un grupo prostético, el Hemo (un tetrapirrol cíclico llamado protoporfirina IX acomplejado con hierro. Los cuatros anillos pirrólicos de este sistema está unidos por puentes de meteno (-CH=), por lo que la porfirina insaturada es muy conjugada y plana), que les proporciona el color rojo a los hematíes. Un grupo prostético es una porción no polipeptídica que forma parte de una proteína en su estado funcional.

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El átomo de hierro se encuentra en estado de oxidación ferroso (+2) y puede formar 5 o 6 enlaces de coordinación dependiendo de la unión del oxigeno a la Hb (oxiHb, desoxiHb). Cuatro de estos enlaces se producen con los nitrógenos pirrólicos de la porfirina en un plano horizontal. El quinto enlace de coordinación se realiza con el nitrógeno del imidazol de una histidina denominada histidina proximal. Finalmente, el sexto enlace del átomo ferroso es con el O2, que además está unido a un segundo imidazol de una histidina denominada histidina distal.

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Tanto el quinto como el sexto enlace se encuentran en un plano perpendicular al plano del anillo de porfirina. El hemo se sitúa dentro de una bolsa hidrofóbica que se forma en cada una de las subunidades de globina de donde se establecen unas 80 interacciones entre 18 residuos y el hemo. La mayoría de estas interacciones no covalentes son entre cadenas laterales apolares de aminoácidos y las regiones no polares de la porfirina. Tal como se ha descrito en el Capítulo 3, la fuerza motriz de estas interacciones es la liberación de agua de solvatación que se produce al asociarse el hemo hidrofóbico con las cadenas laterales apolares de los aminoácidos de la bolsa de hemo. En la mioglobina se establecen interacciones no covalentes adicionales entre los grupos propionato del hemo cargados negativamente y las cadenas laterales cargadas positivamente de arginina e histidina de la proteína. En las cadenas de la hemoglobina, sin embargo, una diferencia en la secuencia de aminoácidos en esta región del centro de fijación del hemo conduce a la estabilización de los propionatos de la porfirina mediante la interacción con el imidazol no cargado de una histidina y con moléculas de agua del disolvente hacia la superficie exterior de la molécula.

También existen fuerzas Vander Walls. Por ejemplo, los dos átomos de la Hystidina distal (E7) poseen un contacto van der Waal con la porfirina, tanto en el estado desoxigenado como en el oxigenado.

Las interacciones electrostáticas o puentes salinos, que se presentan cuando algunos iones se encuentran cercanos a la proteína y modifican el campo eléctrico, son importantes ya que estos dan estabilidad a la forma de la HB.

La Hys proximal, forma un puente de hidrógeno con el COO de Leu F4 y el OH de ser F5. Este puente y la cadena lateral de Hys F8 le confieren mayor rigidez.

Por último en la estructura de la HB no hay enlaces de tipo S-S, ya que los residuos Cys (cisteína), no son comunes en la cadena alfa aunque en la beta si hay; pero no es posible que se establezcan este tipo de enlaces entre las cadenas alfa y beta de las globinas. Cada cadena α esta en contacto con las cadenas β, sin embargo, existen pocas interacciones entre las dos cadenas α o entre las dos cadenas β entre si.

Estructura cuaternaria

Se produce por la asociación de los 4 cadenas polipeptídicas. La asociación de diferentes tipos de globinas origina las diferentes especies tetraméricas de la HB siendo HBAa 2b 2, HBA2a 2d 2, HBFa 2g 2. En la deoxihemoglobina, los tetrámeros están unidos por enlaces salinos, contactos hidrofóbicos y puentes de hidrógeno.

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