Fijación Del Oxígeno A La Mioglobina y Hemoglobina

 

UEES Nombre: Bárbara Guzmán B Materia: Bioquímica II Docente: Dra. Gordillo

Fijación del oxígeno a la mioglobina y hemoglobina. Hemos visto que la mioglobina y la hemoglobina son similares en sus estructuras secundarias y terciarias. Las dos presentan grupos prostécos hemo y con igual ubicación. Las dos son proteínas transportadoras de oxígeno, el cual se une al grupo hemo, estando esta unión modulada por la proximidad molecular de una hisdina distal. La principal diferencia es que la mioglobina es una proteína monomérica y la hemoglobina es oligomérica, esto hace que su acvidad biológica sea muy diferente.   Curva de saturación de oxigeno. La curva de saturación de oxigeno de una proteína es la representación gráca del porcentaje de saturación de oxígeno de la proteína (%) en función de la presión parcial de oxígeno (PPO 2) presente en el medio (expresada en mm de Hg).   El porcentaje de saturación oscila entre el 0% y el 100% y representa la candad de oxígeno unido a las moléculas de la proteína en función de la candad máxima de oxígeno que se le puede unir (100%).   La presión parcial de oxígeno (PPO2) se mide en mm de Hg. En el aire la presión es de 760 mm de Hg, pero el oxígeno constuye aproximadamente el 21% de la mezcla de gases que constuyen el aire, por lo que su presión parcial será de, aproximadamente, 159 mm de Hg en el aire (760 · 21% = 159). En los pulmones la PPO 2 es más baja debido a que parte del oxígeno es captado por los capilares de los alvéolos, y además, en los pulmones hay gran candad de vapor de agua, por lo que la PPO 2 en los pulmones es de, aproximadamente, 100 mm de Hg. La PPO2 en los tejidos es de alrededor de 26 mm de Hg. Cuando aumenta la acvidad del tejido, aumenta el consumo de oxígeno y, por tanto, disminuye la PPO2, mientras que, por el contrario, la PPO 2  aumenta en los periodos de mayor reposo.

 

  Curva de saturación de oxígeno de la mioglobina: La mioglobina muestra una curva de saturación hiperbólica, lo que indica que la mioglobina ene una gran anidad por unirse al oxígeno, ya que bastan PPO2 muy bajas para que la mioglobina alcance importantes valores de saturación; por poco oxígeno que haya en el medio la mioglobina lo capta, es decir, que ene una gran tendencia a unirse al oxígeno. Basta una PPO 2 de 1-2 mm de Hg para que la mioglobina se sature en más del 50%. En los tejidos, una PPO 2 de 26 mm de Hg hace que la mioglobina se sature en más del 98%. La gran anidad por el oxígeno que muestra la mioglobina es importante para su función biológica: captar para la célula el oxígeno que aporta la hemoglobina de la sangre.   Curva Cur va de satura saturació ción n de oxígen oxígeno o de la hem hemogl oglobi obina: na: La hemogl hemoglobi obina na mue muestr stra a una curva de saturación sigmoidea (forma de s) lo que nos indica que la anidad de la hemoglobina por el oxígeno va variando conforme aumenta la PPO 2, y, por tanto, la anidad de la hemoglobina por el oxígeno depende de la PPO2 que haya en el medio en cada momento. En la primera zona de la curva, que corresponde a bajas PPO2, la curva ene una pendiente muy baja, por lo que un aumento importante de la PPO 2  en esta zona produce sólo un pequeño increm inc remento ento en el porcen porcentaj taje e de satura saturació ción n de la hem hemogl oglobi obina. na. Es decir, decir, para para baj bajas as PPO2  la hemoglobina muestra poca anidad por el oxígeno.  Al ir aumentando la PPO2  aumenta considerablemente la pendiente de la curva y, por tanto, lla a anid an idad ad de la hemogl hemoglobi obina na por el oxígen oxígeno. o. Es Este te com compor portam tamien iento to se deb debe e a un fenóme fenómeno no denominado cooperavidad posiva. La cooperavidad es propia de un grupo de proteínas que son las proteínas alostéricas que son un grupo especial de proteínas oligoméricas, entre las que se encuentra la hemoglobina.  La cooperavidad posiva signica que cuando una molécula de oxígeno se une a una subunidad de la hem hemogl oglobi obina na transm transmite ite inf inform ormaci ación ón a las otr otras as subun subunida idades des y las otr otras as sub subuni unidad dades es responden a esta información aumentando su anidad por unirse al oxígeno, aumentando así la anidad de la hemoglobina por el oxígeno conforme se van uniendo a éste. La anidad de unión por la 4ª molécula de oxígeno es de 300 a 500 veces superior a la anidad por la 1ª molécula, y este comportamiento lo puede hacer la hemoglobina por ser una proteína oligomérica y no lo puede tener la mioglobina que posee una única cadena pepdica.  pepdica.  Cambios conformacionales de la hemoglobina.

 

La cooperavidad posiva se debe a cambios conformacionales de la molécula de hemoglobina. Las subunidades de la hemoglobina puede estar en dos conformaciones: 

Conformación tensa (T): conformación de baja anidad por el oxígeno, la muestra la hemoglobina cuando no está unida al oxígeno (desoxihemoglobina). La conformación T se caracteriza por tener numerosos enlaces iónicos entre las subunidades. La hemoglobina libera oxígeno cuando está en conformación tensa.



Conformación relajada (R): conformación de alta anidad por el oxígeno, y es la que muestra la hemoglobina cuando esta unida al oxígeno (oxihemoglobina). La conformación R se caract caracteri eriza za por tener poc pocos os enl enlace acess iónico iónicoss ent entre re las subun subunida idades des.. Par Para a que la hemoglobina pueda captar oxígeno debe estar en conformación relajada.

Los cambios conformacionales en las subunidades de la hemoglobina están inducidos por la unión de la molécula de oxígeno. Cuando una subunidad de la hemoglobina no está ligada al oxígeno, el átomo de hierro del grupo hemo está unido por un lado a la hisdina proximal, pero no está unido al oxígeno por el otro enlace, por lo que la hisdina proximal ra del átomo de hierro hacia ese lado, desplazándolo del centro del anillo de protoporrina. Cuando el oxígeno se une al átomo de hierro del grupo hemo establece un enlace en el lado contrario a la unión con la hisdina proximal, rando y provocando el desplazamiento del átomo de hierro hacia el centro del anillo de la protoporrina, pero como el hierro del grupo hemo está unido a la hisdina proximal, el hierro arrastra hacia dentro tanto a la hisdina como al resto de la cadena pepdica (hélice F), provocando un cambio conformacional en esa subunidad que se ha unido al oxígeno.   Al cambiar la conformación de esa subunidad que se ha unido al oxígeno, cambia la relación espacial de ésta con las otras subunidades con las que forma la estructura cuaternaria de la hemoglobina, lo que provoca que se rompan algunos enlaces iónicos y se formen otros entre esa subunidad y las otras, estos enlaces son los que manenen la conformación tensa (T), por lo que las otras subunidades, al variar estos enlaces iónicos, experimentan un cambio conformacional que ende hacia la conformación relajada (R) de mayor anidad por el oxígeno, preparándolas para que la unión de la próxima molécula de oxígeno se haga más fácilmente.  

 

Cuando la siguiente molécula de oxígeno se une a otra subunidad vuelve a ocurrir el mismo proceso, se une al hierro desplazándolo y arrastrando a la hisdina proximal provocando el cambio conformacional en esa subunidad con la consiguiente ruptura y formación de enlaces iónicos entre ésta y las otras subunidades, pero parte de ese cambio conformacional ya estaba favorecido por el reajuste molecular anterior e, igualmente, parte de los enlaces iónicos entre subunidades ya se habían roto por la misma causa; por lo tanto, la unión de esta segunda molécula a la segunda subunidad de la hemoglobina necesita menos modicaciones, pues parte de ellas ya se habían producido, y, por tanto, menos energía, lo cual aumenta la probabilidad de esta unión, es decir, la unión de la molécula de oxígeno anterior había aumentado la anidad por el oxígeno en la segunda subunidad.   Lo mismo ocurre a cada nueva molécula de oxígeno que se une a la hemoglobina, haciendo que ca cada da vez vez es esté té más más faci facili lita tada da la un unió ión n de esta esta nu nuev eva a molé molécu cula la de ox oxíg ígen eno, o, po porr lo qu que e la hemoglobina va aumentando su anidad por éste.

Transporte de oxígeno por la hemoglobina y la mioglobina. Como ya hemos señalado, la hemoglobina se une al oxigeno en función de la PPO 2 en el medio. En los pulmones hay una alta PPO 2 (aprox. 100 mm de Hg), por lo que la hemoglob hemoglobina ina se satura en, aproximadamente, un 96%, y cuando llega a los tejidos, donde la PPO 2 es más baja (aprox. 26 mm de Hg de media, variando según el estado de acvidad del tejido), la hemoglobina sólo libera un tercio del oxígeno que lleva. Si la hemoglobina se descargara totalmente en los tejidos, luego le costaría mucho volver a cargarse debido a la baja anidad que muestra por la primera molécula de oxígeno. Por tanto, la candad de oxígeno que libera la hemoglobina depende de la PPO2 en los tejidos.  Los tejido tejidos, s, en momento momentoss de mayor mayor ac acvid vidad, ad, consu consumen men más oxígen oxígeno, o, lo que pro provoc voca a que localmente baje la PPO2, por lo que la candad de oxígeno liberado por la hemoglobina en ese tejido debe ser mayor. Los tejidos en reposo consumen menos oxígeno, por lo que su PPO2  es mayor y, por tanto, la hemoglobina libera menos oxígeno, porque detecta que ese tejido en ese momento necesita menos oxígeno. Si la proteína de transporte de oxígeno en la sangre fuese la mioglobina, al mostrar una curva hiperbólica de saturación, entre la PPO2 de los pulmones y la de los tejidos sólo liberaría un 2-3% del oxígeno que transporta, debido a que no muestra cooperavidad posiva y

 

por tanto no sería nada efecva en esta función, sería necesaria que la PPO 2 en los tejidos fuese excesivamen excesi vamente te baja, asxia sular, para que liberase una candad candad aprec apreciable iable de oxígeno. oxígeno. La función biológica de la mioglobina no es el transporte sanguíneo del oxígeno, sino captar el oxígeno para las células, lo que esta facilitado por su alta anidad. Sea cual sea la PPO 2  en los tejidos, la mioglobina lo capta de forma efecva.  Efecto Bohr (sobre el transporte de oxigeno por la hemoglobina): Los tejidos, como conse consecuenci cuencia a de su metabolism metabolismo o aeróbi aeróbico, co, consumen oxígeno y producen producen anhídrido carbónico (CO2) que es expulsado a la sangre para su eliminación. Este CO2 inuye sobre el transporte de oxígeno por la hemoglobina.   Por un lado el CO2 se combina con el agua formando ácido carbónico, que es un ácido débil que se disocia parcialmente originando ión bicarbonato y un protón   CO2  + H2O D H2CO3  D HCO3+  + H+   De esta forma, se están liberando protones connuamente como resultado del metabolismo normal de la célula, provocando una ligera bajada local de pH. Cuanto mayor sea la acvidad del tejido mayor será la producción de protones y la la bajada del pH, dentro de límites siológicos. siológicos.   Parte de estos protones van a ser captados por la hemoglobina, uniéndose al grupo R de dos residuos de hisdina que están en posición carboxilo terminal de las cadenas beta. Por tanto, estos restos adquieren carga posiva y esta carga le permite, a cada uno de ellos, formar un enlace iónico (salino) con otro grupo con carga negava de la misma molécula. Para formarse este enlace se ene que producir un desplazamiento de los segmentos que conenen los residuos implicados, y este desplazamiento genera un cambio conformacional en la molécula, que va dirigido hacia la conformación tensa, por lo que disminuye la anidad de la hemoglobina por el oxígeno, en consecuenci conse cuencia, a, la hemoglobi hemoglobina na libera más oxígeno, precisame precisamente nte en el tejido más acvo que produce más CO2 y, por tanto, más protones y se necesita más oxígeno. Así, la hemoglobina también detecta las necesidades de oxígeno de cada tejido en función del pH local.

 

 Además, al unirse los protones a la hemoglobina, disminuye su concentración y se equilibra el pH, por tanto la hemoglobina muestra poder tamponante, colaborando en el mantenimiento del pH de la sangre. Por otro lado, el CO 2 se puede unir directamente a los 4 grupos alfa-amino N-terminales de las 4 cadenas de la hemoglobina, formando carbamino-hemoglobina (R-NH-COO-), lo que hace que tengan cargas negavas, y estas cargas le permiten, a cada una de ellas, formar un enlace iónico (salino) con otro grupo con carga posiva de la misma molécula. Para formarse este enlace se produ pro duce ce un despla desplazam zamien iento to que genera genera un cambio cambio con confor formac macion ional al en la mol molécu écula la hac hacia ia la conformación tensa, por lo que disminuye la anidad de la hemoglobina por el oxígeno; en consecuencia, la hemoglobina libera más oxígeno, precisamente en el tejido más acvo, que produce más CO2. De esta forma, la hemoglobina también detecta las necesidades de oxígeno de cada tejido.   En resumen, la hemoglobina llega a los tejidos y detecta las necesidades de estos en e n función de: 

la PPO2, cuanto mas baja sea más candad de oxígeno se libera.



el pH, cuanto más bajo sea mayor candad de oxígeno libera.



la presión parcial de CO2, cuanto más alta sea, mayor candad de oxígeno se libera.

Por Por esto esto se dice que la hemogl hemoglob obin ina a es un una a molécula computerizada, capaz de detectar las necesidades de oxígeno de cada tejido en función de su acvidad y responder a esas necesidades liberando en cada uno de ellos la candad de oxigeno adecuada en cada momento.