Actúan como transportadores de oxígeno en los vertebrados, dada la baja so- lubilidad de éste en el agua. La hemoglobina (Hb), contenida en los eritroci- tos, sirve como transportador de oxígeno, de dióxido de carbono y del ion hi- drógeno en la sangre; mientras que la mioglobina (Mb) sirve como reserva de oxígeno y facilita su desplazamiento en el músculo, donde está localizada. La presencia del grupo hemo en la Hb y en la Mb, les permite enlazar oxígeno y les confiere su color característico. El grupo hemo consta de una parte orgá- nica, la protoporfirina IX (M-V-M-V-M-P-P-M) y un átomo de hierro. El átomo de hierro en el hemo está ligado a los cuatro nitrógenos en el centro del anillo de la protoporfirina; este átomo de hierro puede estar en estado de oxidación ferroso (2) o férrico (3), dando lugar a la ferrohemoglobina y ferromioglobi- na, y a la ferrihemoglobina o metahemoglobina y a la ferrimioglobina, respec- tivamente. Sólo la forma correspondiente al estado de oxidación 2 puede captar oxígeno. El átomo de hierro tiene otras dos posiciones de coordinación, la quinta y la sexta (figura 3.6).
FIGURA 3.6. Estructura del grupo hemo.
En la Mb el grupo hemo está localizado en una oquedad de la molécula, ro- deado por residuos apolares excepto por dos histidinas. El átomo de hierro está directamente unido a una de estas histidinas por su quinta posición de coordinación, ésta es la His F8 o His proximal. El otro residuo de histidina, el E7 ó His distal queda próximo al sexto lugar de coordinación del hierro, que es donde se une el oxígeno. Hay tres formas fisiológicamente importantes de mioglobina, cuya conformación se diferencia en la sexta posición de coordina- ción: desoximioglobina, que tiene vacía la sexta posición de coordinación; oximioglobina, donde esta posición está ocupada por el oxígeno; y ferrimiog- lobina, la sexta posición está ocupada por agua.
La Mb está constituida por una úni- ca cadena de 153 aminoácidos con un grupo hemo. Es muy compacta, sus dimensiones son 45 u 35 u 25 Å. El 75% de la cadena presenta una conformación D-helicoidal dextró- gira, hay ocho segmentos helicoi- dales (figura 3.7).
La Hb de los vertebrados está for- mada por 4 cadenas polipeptídicas, dos de un tipo y dos de otro. Cada cadena contiene un grupo hemo, por lo que hay cuatro lugares de unión para el oxígeno en una mo- lécula Hb. Las cuatro cadenas es- tán unidas por interacciones no co- valentes.
FIGURA 3.7. Los seis enaleces del átomo
del hierro.
Hay varios tipos de hemoglobinas humanas según sea su estructura subu- nitaria: Hbs adultas Hb A o D2E2 o mayoritaria Hb A2 o D2G2 o 2% de la Hb total Hb fetal o Hb F o D2J2 Hbs adultas Hb 1 o [2H2 Hb 2 o D2H2
La molécula de Hb es casi esférica, con un diámetro de 55 Å. Las cadenas D y [ contienen 141 aminoácidos y las E J y G 146. Las cuatro cadenas de la mo- lécula presentan una disposición tetraédrica. Los grupos hemo están localiza- dos en unas oquedades cercanas al exterior de la molécula. Cada cadena D está en contacto con las dos E, pero hay pocas interacciones entre las dos D o las dos E entre sí.
La estructura tridimensional de las cadenas D y E de la Hb y la cadena de Mb es muy similar a pesar de las diferencias en la secuencia de aminoácidos, lo cual indica que este tipo de plegamiento es el ideal para un transportados de oxígeno, puesto que sitúa al hemo en un ambiente que le permite transportar oxígeno de forma reversible.
La Hb es una proteína alostérica, mientras que la Mb no lo es (figura 3.8). El alosterismo de la Hb se manifiesta en que la unión del O2 a la proteína está
regulada por la unión de H, CO
2 y BPG a sitios distintos del centro de unión
del O2. Además, la unión del O2 presenta carácter cooperativo: la unión del
FIGURA 3.8. Curvas de la unión del O2 de mioglobina y hemo-
globina.
FIGURA 3.9. Efecto del pH sobre la
curva de saturación de oxígeno de la hemoglobina.
lo que se manifiesta en que la cinética de saturación por O2 es sigmoidea. Por
otra parte, la acidificación del medio, que conlleva a un aumento de [H], y el
incremento de CO2, promueve la liberación de oxígeno de la Hb, situación
que se da en tejidos metabólicamente activos como el músculo. Recíproca- mente, el oxígeno promueve la liberación de H y CO
2, lo cual se produce en
los capilares de los alvéolos pulmonares. Las relaciones entre la unión de O2,
H y CO
2 se conoce como efecto Bohr
(figuras 3.9). Otro efecto alostérico de la Hb se manifiesta en que su afinidad por el oxígeno queda disminuida por el BPG (bisfosfoglicerato), puesto que se une a la desoxihemoglobina pero no a la oxihemoglobina; esto es esencial para favorecer la liberación de O2 de la
Hb en los capilares de los tejidos. La Hb F se une al BPG con menor fuerza que la Hb A, por lo cual tiene mayor afinidad por el O2, lo que favorece la
trasferencia de O2 desde la circulación
materna a la fetal.
La Mb presenta una curva de disocia- ción del O2 de tipo hiperbólico, y su afi-
nidad por el O2 no se ve afectada por la
variación del pH ni del CO2, dentro de
La estructura cuaternaria de la oxihemogobina difiere de la que tiene la des- oxihemoglobina. La estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina se deno- mina T (tensa), es menos contraída que la de la oxihemoglobina debido a la presencia de enlaces salinos en los que participan los residuos C-terminales de las cuarto cadenas, así como los C-terminales de las cadenas laterales, los cua- les no existen en la oxihemoglobina, cuya estructura cuaternaria se denomina R (relajada). La forma T es la de menor afinidad por el sustrato.
En la oxigenación, el átomo de hierro se introduce en el plano de la porfirina y arrastra a la His proximal (F8), lo cual produce una alteración en la estructu- ra que origina la ruptura de los enlaces salinos intercatenarios, con lo que el equilibrio se desplaza desde la forma T a la forma R.
El BPG estabiliza la estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina al estable- cer enlaces cruzados en seis residuos cargados positivamente, tres en cada ca- dena E, situados en la cavidad central de la molécula Hb. De esta forma el BPG disminuye la afinidad de la Hb por el O2 desplazando el equilibrio hacia
la forma T.
El CO2 se una a la Hb en los grupos D-amino, de forma reversible, formando
carbamatos que establecen puentes salinos, los cuales estabilizan la forma T, por lo tanto el CO2 disminuye la afinidad de la Hb por el O2 desplazando el
equilibrio hacia la forma T. El Hb absorbe H al liberar O
2, es decir, la desoxigenación incrementa la afini-
dad de las histidinas 146E y 122D y del grupo D-amino de la cadena D por el H, debido a que el entorno de los mismos se vuelve más negativo en la des-
oxigenación, por los cambios de la estructura cuaternaria. Estos grupos proto- nados forman enlaces salinos que estabilizan la forma T.