ESTRUCTURA DE LA HEMOGLOBINA
La hemoglobina (Hb) deriva evolutivamente de la mioglobina,
de forma que la Mb monomérica pasó a constituir Hb tetramérica, surgiendo así
propiedades de profunda significación biológica en el transporte de O2,
CO2 y H+, mediante interacción alostérica.
La estructura de la hemoglobina (Hb) está formada
principalmente por un grupo hemo no
proteico, compuesto por un núcleo de Porfirina
IX y una molécula de hierro, y por un componente
proteico.
Por su parte, el núcleo de Porfirina está constituido por 4
anillos pirrólicos (derivados del Pirrol) que se condensan y se unen a través
de grupos metilideno (-CH=). Esta estructura en anillo forma un plano en el
cual encontramos los 8 sustituyentes siguientes:
- 4 grupos metilo: -CH3
- 2 grupos vinilo: -CH-CH2-COO
- 2 grupos propiónico: -CH2=CH-
Estos sustituyentes se ordenan en el núcleo de Porfirina
dando lugar a la Porfirina IX presente en medios biológicos.
Por otro lado, la molécula de hierro interacciona con los 4
átomos de nitrógeno que se encuentran en la zona central del núcleo de
Porfirina, de forma que el hierro aún dispone de dos enlaces denominados de coordinación, que como veremos son
fundamentales para la funcionalidad de estas moléculas.
La porción proteica de la Hb se presenta como un tetrámero de
cuatro cadenas proteicas denominadas globinas,
subunidades que se encuentran unidas estrechamente mediante puentes de
hidrógeno, interacciones electrostáticas e interacciones hidrofóbicas. Estas
subunidades tienen, a excepción de la subunidad α, 146 aminoácidos. Según las
subunidades que conforman el oligómero, hay varios tipos de hemoglobina, tales
como:
- Hb A o α2 β2: 2 subunidades α y 2 subunidades β.
- Hb A2 o α2 δ2: 2 subunidades α y 2 subunidades δ.
- Hb fetal o α2 γ2: 2 subunidades α y 2 subunidades γ.
La HbA es la más abundante en adultos. Cabe destacar que de
esta estructura tetramérica, si aislamos la subunidad α separándola de la β, no
encontramos en ella fenómenos alostéricos, mientras que el aislamiento de la
subunidad β puede llevar a la formación de tetrámeros β4. En ninguno
de los dos casos encontramos, sin embargo, funcionalidad de hemoglobina.
BASES ESTRUCTURALES DE SU FUNCIONALIDAD
Durante la oxidación/desoxidación de la hemoglobina se producen cambios estructurales responsables de su funcionalidad proteica.
Por un lado se producen cambios
en puntos alejados del grupo hemo: con la oxigenación, se producen cambios drásticos en la estructura
cuaternaria de la hemoglobina. Mediante estudios de difracción de rayos X se
demostró que la Hb oxidada es más compacta que la desoxigenada. Esto se explica
puesto que entre las subunidades α y β existen 2 tipos de contactos: α1β1(α2β2)
y α1β2(α2β1). De esta forma, cuando
el oxígeno se une a la hemoglobina los contactos α1β1(α2β2)
prácticamente no se modifican, pero sí los contactos α1β2(α2β1),
de manera que un par de subunidades gira 15o en torno al otro par,
provocando dichos cambios concretamente en el patrón de puentes de hidrógeno
entre las subunidades.
Figura 7: Interacciones entre las 4 subunidades
Mientras tanto, la desoxihemoglobina es una molécula tensa
que se encuentra contraída mediante 8 puentes salinos intercatenarios, así como
entre aminoácidos de la misma cadena, aportando estabilidad a la molécula de
desoxihemoglobina. Sin embargo, la hemoglobina no presenta dichos puentes
salinos por lo que sus grupos carboxilo terminales se encuentran en libertad de
rotación. En definitiva, la desoxihemoglobina presenta una estructura “tensa” o
T y la oxihemoglobina una estructura “relajada” o R.
Por otro lado, se producen cambios en el propio grupo hemo: el átomo de hierro se encuentra
unido a la Histidina F8 de cada una de las subunidades, de manera que la
desoxihemoglobina presenta el hierro desplazado 0’6 Angströms del plano que forma
la Porfirina. Cuando se produce la oxigenación a través del sexto enlace de coordinación
del hierro, éste se desplaza al centro del plano, arrastrando consigo la
Histidina F8. Este movimiento induce cambios importantes en la estructura de la
hélice F (denominación alfabética) y en los acodamientos E-F y F-G, que serán
transmitidos a la superficie de la subunidad de tal forma que la Tirosina, que
se encontraba previamente metilada entre las hélices F y H, emerge a la
superficie como consecuencia de la ruptura de puentes salinos.
- Michael W. King. Hemoglobin & Myoglobin. The Medical Biochemistry. [Internet] 2015. Disponible en: Hemoglobin & Myoglobin
- Rossel Puig W, Dovale Borjas C, Álvarez Torres I. Morfología Humana. La Habana. [Internet] 2002. Tomo II. Disponible en: Morfología Humana Tomo II
- Sánchez L. Hemoglobina y Mioglobina: estructura, características y diferencias. [Internet] 2011. Disponible en: Hemoglobina y Mioglobina
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