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3. Cul es las caractersticas estructural de la hemoglobina

La hemoglobina (HB) es una protena globular, que esta presente en altas concentraciones en

lo glbulos roos ! se encarga del transporte de "# del aparato respiratorio hacia los teidos

peri$%ricos& ! del transporte de C"# ! protones (H' ) de los teidos peri$%ricos hasta los

pulmones para ser ecretados. Los alores normales en sangre son de *3 + * g- dl en el

hombre ! *# + * g- dl en la muer. /012C124 La hemoglobina es una protena con

estructura cuaternaria, es decir, esta constituida por cuatro cadenas polipeptdicas ($ig. *)5 dos

6 ! dos 7 (hemoglobina adulta8 Hb4)& dos 6 ! dos 9 ($orma minoritaria de hemoglobina adulta8

Hb4#8 normal #:)& dos 6 ! dos ; (hemoglobina $etal8 Hb ) ! epsilon (?) (Hb @oAer ). 4l $inal

del primer trimestre la subunidades 6 han reempla=ado a las subunidades > (Hb @oAer ) !

las subunidades ; a los p%ptidos ?. or esto, la Hb< tiene la composicin 6#;#. Las

subunidades 7 comien=an su sntesis en el tercer trimestre ! no reempla=an a ; en su

totalidad hasta algunas semanas despu%s del nacimiento. Las cadenas polipeptdicas al$a

contienen *D* aminocidos, las no al$a *D (7, ;, 9) ! di$ieren en la secuencia de

aminocidos. 0e conoce desde hace d%cadas la estructura primaria de las cuatro cadenas de

Hb normales. La estructura secundaria es mu! similar5 cada una ehibe segmentos

helicoidales designados con las letras 4 a la H. /ntre ellos se encuentran E segmentos no

helicoidales. Cada cadena 6 esta en contacto con las cadenas 7, sin embargo, eisten pocas

interacciones entre las dos cadenas 6 o entre las dos cadenas 7 entre si.

Las cuatro cadenas polipeptdicas de la Hb contienen cada una un grupo prost%tico, el Hem,

un tetrapirrol cclico ($ig. #), que les proporciona el color roo a los hemates. n grupoprost%tico es una porcin no polipeptdica que $orma parte de una protena en su estado

$uncional. /l tomo de hierro se encuentra en estado de oidacin $erroso ('#) ! puede $ormar

F o enlaces de coordinacin dependiendo de la unin del oigeno a la Hb (oiHb, desoiHb).

Cuatro de estos enlaces se producen con los nitrgenos pirrlicos de la por$irina en un plano

hori=ontal. /l quinto enlace de coordinacin se reali=a con el nitrgeno del imida=ol de una

histidina denominada histidina proimal.

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La parte proteica esta formada por $ cadenas peptdicas que no son iguales entres" ha# dos cadenas de tipo alfa (% # dos cadenas de tipo beta (&" siendo" por

tanto" una protena heterotetramrica (compuesta por $ subunidades que no soniguales entre s. Las cadenas alfa est'n formadas por $ restos de amino'cidos #las cadenas beta por $).La estructura secundaria # terciaria de estas cadenas es mu# similar entre ellas #parecida a la de la mioglobina. *dem's" la hemoglobina como protena oligomrica"tiene estructura cuaternaria.!l grupo prosttico esta formado por cuatro grupos hemo" que son iguales al de la

mioglobina" # que est'n situados # unidos a sus correspondientes cadenaspeptdicas de igual forma que en la mioglobina.La estructura cuaternaria de la hemoglobina consiste en la ordenacin espacial de

las cuatro cadenas proteicas con sus correspondientes grupos hemo.Las $subunidades adquieren una disposicin tetradrica en el espacio" de manera que si

unimos por lneas imaginarias los centros de las $ subunidades" la figura resultanteformar' un tetraedro. +odemos imaginarnos algo similar si tomamos $ esferas #

colocamos dos de ellas abajo" una al lado de la otra" # las otras dos esferas encimade estas" una delante de la otra.

!n la estructura cuaternaria de la hemoglobina se forman dos bloques" cada uno de

ellos constituido por la unin de una subunidad alfa # una beta" que son el bloquealfa,beta # bloque alfa-,beta,-" los dos bloques son iguales entre s. La uninentre los dos bloques no es perfecta" de forma que queda un canal en el centro dela molcula de hemoglobina que es importante para su funcin.

La unin entre las subunidades se hace principalmente mediante interaccioneshidrofbicas # tambin por enlaces inicos (salinos entre grupos con cargasopuestas.!n esta estructura cuaternaria los grupos hemo de las $ subunidades quedandispuestos tambin de forma simtrica # con el ma#or alejamiento posible entreellos.2c. Fijacin del oxgeno a la mioglobina y hemoglobina.

emos visto que la mioglobina # la hemoglobina son similares en sus estructuras

secundarias # terciarias. Las dos presentan grupos prostticos hemo # con igualubicacin. Las dos son protenas transportadoras de oxgeno" el cual se une algrupo hemo" estando esta unin modulada por la proximidad molecular de unahistidina distal. La principal diferencia es que la mioglobina es una protena

monomrica # la hemoglobina es oligomrica" esto hace que su actividad biolgicasea mu# diferente.

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Curva de saturacin de oxigeno.

La curva de saturacin de oxigeno de una protena es la representacin gr'fica del

porcentaje de saturacin de oxgeno de la protena (/ en funcin de la presinparcial de oxgeno (++0- presente en el medio (expresada en mm de g.!l porcentaje de saturacin oscila entre el 1/ # el 11/ # representa la cantidadde oxgeno unido a las molculas de la protena en funcin de la cantidad m'ximade oxgeno que se le puede unir (11/.La presin parcial de oxgeno (++0- se mide en mm de g. !n el aire la presin esde 2)1 mm de g" pero el oxgeno constitu#e aproximadamente el -/ de la

mezcla de gases que constitu#en el aire" por lo que su presin parcial ser' de"aproximadamente" 34 mm de g en el aire (2)1 5 -/ 6 34.!n los pulmones la ++0-es m's baja debido a que parte del oxgeno es captado porlos capilares de los alvolos" # adem's" en los pulmones ha# gran cantidad de vapor

de agua" por lo que la ++0-en los pulmones es de" aproximadamente" 11 mm deg. La ++0-en los tejidos es de alrededor de -) mm de g. 7uando aumenta la

actividad del tejido" aumenta el consumo de oxgeno #" por tanto" disminu#e la++0-" mientras que" por el contrario" la ++0-aumenta en los periodos de ma#or

reposo.

7urva de saturacin de oxgeno de la mioglobina8 La mioglobina muestra una curvade saturacin hiperblica" lo que indica que la mioglobina tiene una gran afinidad

por unirse al oxgeno" #a que bastan ++0-mu# bajas para que la mioglobina alcanceimportantes valores de saturacin9 por poco oxgeno que ha#a en el medio lamioglobina lo capta" es decir" que tiene una gran tendencia a unirse al oxgeno.:asta una ++0-de ,- mm de g para que la mioglobina se sature en m's del 31/.!n los tejidos" una ++0-de -) mm de g hace que la mioglobina se sature en m's

del 4;/. La gran afinidad por el oxgeno que muestra la mioglobina es importantepara su funcin biolgica8 captar para la clula el oxgeno que aporta lahemoglobina de la sangre.7urva de saturacin de oxgeno de la hemoglobina8 La hemoglobina muestra unacurva de saturacin sigmoidea (forma de s lo que nos indica que la afinidad de lahemoglobina por el oxgeno va variando conforme aumenta la ++0 -" #" por tanto" laafinidad de la hemoglobina por el oxgeno depende de la ++0 -que ha#a en el medioen cada momento.

!n la primera zona de la curva" que corresponde a bajas ++0 -" la curva tiene unapendiente mu# baja" por lo que un aumento importante de la ++0-en esta zona

produce slo un peque

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hemoglobina. !s decir" para bajas ++0-la hemoglobina muestra poca afinidad por eloxgeno.

*l ir aumentando la ++0-aumenta considerablemente la pendiente de la curva #"por tanto" la afinidad de la hemoglobina por el oxgeno. !ste comportamiento sedebe a un fenmeno denominado cooperatividad positiva. La cooperatividad espropia de un grupo de protenas que son las protenas alostricas que son un grupoespecial de protenas oligomricas" entre las que se encuentra la hemoglobina.La cooperatividad positiva significa que cuando una molcula de oxgeno se une auna subunidad de la hemoglobina transmite informacin a las otras subunidades #las otras subunidades responden a esta informacin aumentando su afinidad por

unirse al oxgeno" aumentando as la afinidad de la hemoglobina por el oxgenoconforme se van uniendo a ste. La afinidad de unin por la $= molcula de oxgenoes de >11 a 311 veces superior a la afinidad por la = molcula" # estecomportamiento lo puede hacer la hemoglobina por ser una protena oligomrica #

no lo puede tener la mioglobina que posee una ?nica cadena peptdica.

7ambios conformacionales de la hemoglobina.La cooperatividad positiva se debe a cambios conformacionales de la molcula de

hemoglobina.Las subunidades de la hemoglobina puede estar en dos conformaciones8

7onformacin tensa (@8 conformacin de baja afinidad por el oxgeno" lamuestra la hemoglobina cuando no est' unida al oxgeno(desoxihemoglobina. La conformacin @ se caracteriza por tener numerososenlaces inicos entre las subunidades. La hemoglobina libera oxgeno cuandoest' en conformacin tensa.

7onformacin relajada (A8 conformacin de alta afinidad por el oxgeno" #es la que muestra la hemoglobina cuando esta unida al oxgeno(oxihemoglobina. La conformacin A se caracteriza por tener pocos enlacesinicos entre las subunidades. +ara que la hemoglobina pueda captar oxgenodebe estar en conformacin relajada.

!stos cambios conformacionales afectan a la forma de la molcula de hemoglobina"haciendo que vare la posicin relativa entre los dos bloques (% &9 %-&-" variando

tambin el canal interior de la molcula" siendo ma#or en la conformacin tensa #estrech'ndose en la conformacin relajada.Los cambios conformacionales en las subunidades de la hemoglobina est'n

inducidos por la unin de la molcula de oxgeno. 7uando una subunidad de lahemoglobina no est' ligada al oxgeno" el 'tomo de hierro del grupo hemo est'

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unido por un lado a la histidina proximal" pero no est' unido al oxgeno por el otroenlace" por lo que la histidina proximal tira del 'tomo de hierro hacia ese lado"desplaz'ndolo del centro del anillo de protoporfirina.

7uando el oxgeno se une al 'tomo de hierro del grupo hemo establece un enlace enel lado contrario a la unin con la histidina proximal" tirando # provocando eldesplazamiento del 'tomo de hierro hacia el centro del anillo de la protoporfirina"pero como el hierro del grupo hemo est' unido a la histidina proximal" el hierroarrastra hacia dentro tanto a la histidina como al resto de la cadena peptdica(hlice B" provocando un cambio conformacional en esa subunidad que se ha unidoal oxgeno.*l cambiar la conformacin de esa subunidad que se ha unido al oxgeno" cambia la

relacin espacial de sta con las otras subunidades con las que forma la estructuracuaternaria de la hemoglobina" lo que provoca que se rompan algunos enlacesinicos # se formen otros entre esa subunidad # las otras" estos enlaces son losque mantienen la conformacin tensa (@" por lo que las otras subunidades" al

variar estos enlaces inicos" experimentan un cambio conformacional que tiendehacia la conformacin relajada (A de ma#or afinidad por el oxgeno" prepar'ndolas

para que la unin de la prxima molcula de oxgeno se haga m's f'cilmente.

7uando la siguiente molcula de oxgeno se une a otra subunidad vuelve a ocurrir elmismo proceso" se une al hierro desplaz'ndolo # arrastrando a la histidina proximal

provocando el cambio conformacional en esa subunidad con la consiguiente ruptura# formacin de enlaces inicos entre sta # las otras subunidades" pero parte de

ese cambio conformacional #a estaba favorecido por el reajuste molecular anteriore" igualmente" parte de los enlaces inicos entre subunidades #a se haban roto porla misma causa9 por lo tanto" la unin de esta segunda molcula a la segundasubunidad de la hemoglobina necesita menos modificaciones" pues parte de ellas #ase haban producido" #" por tanto" menos energa" lo cual aumenta la probabilidad

de esta unin" es decir" la unin de la molcula de oxgeno anterior habaaumentado la afinidad por el oxgeno en la segunda subunidad.Lo mismo ocurre a cada nueva molcula de oxgeno que se une a la hemoglobina"haciendo que cada vez est m's facilitada la unin de esta nueva molcula deoxgeno" por lo que la hemoglobina va aumentando su afinidad por ste.

2d. Transporte de oxgeno por la hemoglobina y la mioglobina.

7omo #a hemos se

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volver a cargarse debido a la baja afinidad que muestra por la primera molcula deoxgeno. +or tanto" la cantidad de oxgeno que libera la hemoglobina depende de la++0-en los tejidos.

Los tejidos" en momentos de ma#or actividad" consumen m's oxgeno" lo queprovoca que localmente baje la ++0-" por lo que la cantidad de oxgeno liberado porla hemoglobina en ese tejido debe ser ma#or.Los tejidos en reposo consumen menos oxgeno" por lo que su ++0 -es ma#or #" portanto" la hemoglobina libera menos oxgeno" porque detecta que ese tejido en esemomento necesita menos oxgeno.Si la protena de transporte de oxgeno en la sangre fuese la mioglobina" al

mostrar una curva hiperblica de saturacin" entre la ++0-de los pulmones # la delos tejidos slo liberara un -,>/ del oxgeno que transporta" debido a que nomuestra cooperatividad positiva # por tanto no sera nada efectiva en estafuncin" sera necesaria que la ++0- en los tejidos fuese excesivamente baja"

asfixia tisular" para que liberase una cantidad apreciable de oxgeno. La funcinbiolgica de la mioglobina no es el transporte sanguneo del oxgeno" sino captar el

oxgeno para las clulas" lo que esta facilitado por su alta afinidad. Sea cual sea la++0-en los tejidos" la mioglobina lo capta de forma efectiva.

Eecto !ohr "sobre el transporte de oxigeno por la hemoglobina#$

Los tejidos" como consecuencia de su metabolismo aerbico" consumen oxgeno #producen anhdrido carbnico (70- que es expulsado a la sangre para su

eliminacin. !ste 70-influ#e sobre el transporte de oxgeno por la hemoglobina.+or un lado el 70- se combina con el agua formando 'cido carbnico" que es un'cido dbil que se disocia parcialmente originando in bicarbonato # un protn

70- C -0

-70>

70>C

C

C

De esta forma" se est'n liberando protones continuamente como resultado delmetabolismo normal de la clula" provocando una ligera bajada local de p. 7uantoma#or sea la actividad del tejido ma#or ser' la produccin de protones # la bajadadel p" dentro de lmites fisiolgicos.+arte de estos protones van a ser captados por la hemoglobina" unindose al grupoA de dos residuos de histidina que est'n en posicin carboxilo terminal de las

cadenas beta. +or tanto" estos restos adquieren carga positiva # esta carga lepermite" a cada uno de ellos" formar un enlace inico (salino con otro grupo concarga negativa de la misma molcula. +ara formarse este enlace se tiene queproducir un desplazamiento de los segmentos que contienen los residuos

implicados" # este desplazamiento genera un cambio conformacional en la molcula"que va dirigido hacia la conformacin tensa" por lo que disminu#e la afinidad de la

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hemoglobina por el oxgeno" en consecuencia" la hemoglobina libera m's oxgeno"precisamente en el tejido m's activo que produce m's 70-#" por tanto" m'sprotones # se necesita m's oxgeno.

*s" la hemoglobina tambin detecta las necesidades de oxgeno de cada tejido enfuncin del p local.*dem's" al unirse los protones a la hemoglobina" disminu#e su concentracin # seequilibra el p" por tanto la hemoglobina muestra poder tamponante" colaborandoen el mantenimiento del p de la sangre.+or otro lado" el 70-se puede unir directamente a los $ grupos alfa,amino E,terminales de las $ cadenas de la hemoglobina" formando carbamino,hemoglobina

(A,E,700," lo que hace que tengan cargas negativas" # estas cargas le permiten"a cada una de ellas" formar un enlace inico (salino con otro grupo con cargapositiva de la misma molcula. +ara formarse este enlace se produce undesplazamiento que genera un cambio conformacional en la molcula hacia la

conformacin tensa" por lo que disminu#e la afinidad de la hemoglobina por eloxgeno9 en consecuencia" la hemoglobina libera m's oxgeno" precisamente en el

tejido m's activo" que produce m's 70-. De esta forma" la hemoglobina tambindetecta las necesidades de oxgeno de cada tejido.

!n resumen" la hemoglobina llega a los tejidos # detecta las necesidades de estos

en funcin de8 la ++0-" cuanto mas baja sea m's cantidad de oxgeno se libera.

el p" cuanto m's bajo sea ma#or cantidad de oxgeno libera. la presin parcial de 70-" cuanto m's alta sea" ma#or cantidad de oxgeno se

libera.

+or esto se dice que la hemoglobina es una molcula computerizada" capazde detectar las necesidades de oxgeno de cada tejido en funcin de su

actividad # responder a esas necesidades liberando en cada uno de ellosla cantidad de oxigeno adecuada en cada momento.2e. Eecto del 2%& bisosoglicerato "!'(# sobre el transporte de oxgeno porla hemoglobina.

!l :+F es un producto lateral de la gliclisis de los eritrocitos. !l :+F" a

p fisiolgico" muestra una media de $ cargas negativas que le van apermitir entrar en el canal central de la molcula de hemoglobina" gracias

a la atraccin ejercida por las cargas positivas aportadas por lashistidinas en el interior de este canal central.

!l :+F slo puede entrar en este canal cuando la hemoglobina se

encuentra en la conformacin tensa" porque en ese momento el canal esta

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ensanchado" #a que cuando la hemoglobina se encuentra en la

conformacin A" el canal es m's estrecho.

7uando la hemoglobina llega a los tejidos libera oxgeno en funcin de la

++0-" del p # de la ++70-" entonces el :+F intenta meterse en el canal

central ensanch'ndolo" favoreciendo el paso de la hemoglobina hacia laconformacin tensa" provocando que se libere algo m's de oxgeno.

La funcin biolgica del :+F es aumentar la eficiencia de la hemoglobina

en el transporte de oxgeno" mejorando la oxigenacin de los tejidos.

!n los adultos" la hemoglobina tiene dos cadenas alfa # dos cadenas beta

(-alfa,-beta" pero durante el periodo de vida fetal la hemoglobina es

-alfa,-gamma" tiene dos cadenas gamma en lugar de las dos cadenas

beta. Las subunidades gamma aportan menos cargas positivas cada una al

canal central de la hemoglobina.+or esta razn el :+F muestra menor tendencia a entrar en el canal

central de la hemoglobina fetal" por lo tanto su efecto tambin ser'

menor. 7omo el efecto del :+F es disminuir la afinidad de la hemoglobinapor el oxgeno" el resultado final es que la hemoglobina fetal muestra

ma#or afinidad por el oxgeno que la hemoglobina adulta (libera oxgeno

con ma#or dificultad. Si la hemoglobina fetal # materna tuvieran la

misma afinidad por el oxgeno tendran que competir por ste hasta

alcanzar el equilibrio. *fortunadamente" esta diferencia de afinidadespor el oxigeno entre estas dos hemoglobinas favorece el paso de oxgeno

desde la madre al feto a travs de la barrera hemato,placentaria"

asegurando as el aporte de oxigeno para el hijo.

4. Cul es la estructura NO proteica de lahemoglobina

Habiendo explicado la pregunta anterior sobre el carcter estructural generalde la hemoglobina, podemos afrmar que la estructura no proteica de lahemoglobina es el grupo Hemo.

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