Anar al contingut

Hemoglobina

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Hemoglobina

La hemoglobina és una hemoproteína de la sanc de massa molecular de 64 000 g/mol (64 kDona) i de color roig característic. Transporta oxigen gaseós, des dels òrguens respiratoris fins als teixits i diòxit de carbono en un 20-30 % des dels teixits fins als pulmons que ho eliminen. També participa en la regulació de pH de la sanc, en vertebrats i alguns invertebrats.

El hemoglobina és una proteïna d'estructura cuaternaria, que consta de quatre subunidades.[1] Esta proteïna forma part de la família de les hemoproteínas, ya que posseïx 1 grup hemo en cada subunitat.[2]

Investigació històrica

Max Perutz, un dels pares fundadors de la biologia molecular.[3]

En 1824, J.F. Engelhard va descobrir que la relació del ferro en la proteïna era idèntica en les hemoglobina de vàries espècies.[4] A partir de la massa atòmica coneguda del ferro va calcular la massa molecular del hemoglobina com a n × 16 000 (n = número d'àtoms de ferro per molècula de hemoglobina, que ara se sap que és 4), la primera determinació de la massa molecular d'una proteïna. Esta "conclusió afanyada" va causar molta burla en el moment entre els científics que no podien creure que cap molècula poguera ser tan gran. Gilbert Smithson Adair va confirmar els resultats de Engelhard en 1925 medint la pressió osmótica de les dissolució de hemoglobina.[5]


La proteïna hemoglobina que transporta el dioxígeno va ser descoberta en 1840 pel mege i químic alemà Friedrich Ludwig Hünefeld (1799-1882).[6] En 1851,[7] El fisiólogo alemà Otto Funke va publicar una série d'artículs en els que descrivia el creiximent dels cristals de hemoglobina per mig de la dilució successiva de glòbuls rojos en un dissolvent —aigua pura, alcohol o éter—, seguida de l'evaporament llent del dissolvent de la solució.[8] L'oxigenaació reversible del hemoglobina va ser descrita uns anys més vesprada per Felix Hoppe-Seyler.[9]

En 1959, Max Perutz va determinar l'estructura molecular de la mioglobina (similar a l'hemoglobina) per cristalografia de rajos X.[10][11] Este treball li va supondre la concessió del Premi Nobel de Química de 1962, compartit en John Kendrew.

El paper del hemoglobina en la sanc va ser dilucidat pel fisiólogo francés Claude Bernard.

El nom del hemoglobina deriva de les paraules heme i globina, lo que reflectix el fet de que cada subunitat de hemoglobina és una proteïna globular en un grup hemo incrustat. Cada grup hemo conté un àtom de ferro, que pot unir-se a una molècula de dioxígeno per mig de forces dipolares iòniques induïdes. El tipo més comú del hemoglobina en els mamífers conté quatre de tals subunidades.

Estructura

Hemoglobina.
Grup Hemo del hemoglobina. Un àtom de ferro (Fe) en el centre apareix en roig, formant complex en quatre àtoms de nitrogen interiors que apareixen en blau.

La formen quatre cadenes polipeptídicas (globinas) a cada una de les quals s'unix un grup hemo, que el seu àtom de ferro és capaç d'unir de forma reversible una molècula de dioxígeno. És dir, la molècula d'O2 es combina de forma laxa i reversible en la porció hemo del hemoglobina. El grup hemo està format per:

  1. Unió del succinil-CoA (format en cicle de Krebs o cicle de l'àcit cítric) al aminoàcit glicina formant un grup pirrol.
  2. Quatre grups pirrol s'unixen formant la protoporfirina IX.
  3. La protoporfirina IX s'unix a un ion ferroso (Fe2+) formant el grup hemo.


El hemoglobina és una proteïna tetrámera que consta de quatre cadenes polipeptídicas en estructura primària (seqüència) diferent. El hemoglobina present en els adults (HbA) té dos cadenes α i dos cadenes β. La cadena α consta de 141 aminoàcits i una seqüència específica, mentres que la cadena β consistix de 146 aminoàcits en una seqüència diferent. A la seua volta estes cadenes són codificades per gens diferents. Les cadenes δ i γ d'atres tipos de hemoglobina humana, com el hemoglobina fetal (HbF), són molt similars a la cadena β. L'estructura tetrámera dels tipos comuns de hemoglobina humana són les següents: HbA1 té α2β2, HbF té α2γ2 i HbA2 (tipo menys comú en els adults) té α2δ2.

Les cadenes α i β del hemoglobina tenen un 75 % de hèlices alfa com a estructura secundària, en 7 i 8 segments respectivament. Cada cadena polipeptídica del hemoglobina està unida a un grup hemo per a formar una subunitat. Les quatre subunidades del hemoglobina en la seua estructura cuaternaria formen un tetraedre. I els seus subunidades s'unixen entre elles per ponts de sal, que estabilisen la seua estructura.

El grup hemo està localisat en una cavitat entre dos hèlices de la cadena de la globina i a la seua volta està protegit per un residu de valina. Els grups vinil no polars del grup hemo es troben en l'interior hidrofòbic de la cavitat, mentres que els grups porfirina polars carregats es troben orientats cap a la superfície hidrofílica de la subunitat.

L'àtom de ferro es troba en el centre de l'anell de porfirina i té sis valència. El ferro està unit al nitrogen dels quatre anells de pirol per quatre de les seues valència, la seua quinta valència s'unix al nitrogen de l'histidina proximal i la sexta està ocupada per l'histidina distal o per dioxígeno.

Es pot estudiar les propietats de l'enllaç entre el dioxígeno i el hemoglobina a partir de la curva d'enllaç del dioxígeno, la qual presenta la saturació fraccional, respecte a la concentració del mateix. La saturació fraccional, I, es definix com el número de llocs d'enllaç saturats en dioxígeno respecte al número total de llocs d'enllaç possibles en una molècula de hemoglobina. El valor d'I pot anar des de 0 (tots els llocs d'enllaç estan sense dioxígeno) fins a 1 (tots els llocs d'enllaç estan enllaçats en dioxígeno). La concentració de dioxígeno es medix en pressió parcial, pO2.

La curva d'enllaç del hemoglobina és sigmoideo. Esta forma de la curva sugerix que l'enllaç del dioxígeno a un lloc d'enllaç, aumenta la provabilitat de que s'enllace un atre dioxígeno a un lloc d'enllaç buit. Aixina mateix, la lliberació de dioxígeno d'un lloc d'enllaç facilita la lliberació de dioxígeno d'atres llocs d'enllaç. A este comportament se li crida cooperatiu, perque les reaccions d'enllaç en llocs d'enllaç individuals en cada molècula de hemoglobina estan relacionades i influïxen directament en les reaccions d'enllaç dels atres llocs d'enllaç de cada molècula.

El comportament cooperatiu del hemoglobina és indispensable per a un transport eficient del dioxígeno dins del cos. En els pulmons, el hemoglobina se satura en un 98 % de dioxígeno. Açò vol dir que un 98 % dels llocs d'enllaç de cada molècula de hemoglobina estan enllaçats a una molècula de dioxígeno. En movilisar-se el hemoglobina per la sanc, llibera el dioxígeno a les cèlules, i el seu nivell de saturació es reduïx a un 32 %. Açò vol dir que un 66 % (98 % − 32 % = 66 %) dels llocs d'enllaç del hemoglobina contribuïxen al transport i descàrrega de dioxígeno. Si una proteïna que no presenta un comportament d'enllaç cooperatiu, realisa el mateix treball que el hemoglobina, la seua eficiència es vorà reduïda notablement, per eixemple la mioglobina té una eficiència del 7 %.

La pressió a la qual el hemoglobina es troba saturada en un 50 % (p50) mostra l'afinitat de distints tipos de hemoglobina respecte al dioxígeno. En l'HbA (hemoglobina adulta), la p50 és a 26 mmHg, mentres que l'HbF (hemoglobina fetal) té el p50 a 20 mmHg. Esta diferència en l'afinitat relativa per l'O2 permet a l'HbF extraure dioxígeno de l'HbA de la sanc placentaria de la mare per a que el feto l'utilise. Despuix del naiximent, l'HbF és reemplaçada per l'HbA.


El comportament d'enllaç cooperatiu del hemoglobina en l'O2 requerix que l'enllaç del dioxígeno en un lloc d'enllaç en el tetrámero del hemoglobina influïxca en els atres llocs d'enllaç dins de la mateixa molècula. Estos canvis s'evidencien en la seua estructura cuaternaria. Els dímers α1β1 i α2β2 rotan aproximadament 15 graus l'u respecte a l'atre.

L'estructura cuaternaria observada en l'estat desoxigenado del hemoglobina es coneix com l'estat T (tens), ya que les interaccions entre les seues subunidades són fortes. Mentres que l'estructura del hemoglobina completament oxigenada, oxihemoglobina, és coneguda com l'estat R (relaixat), ya que les interaccions entre les seues subunidades es troben debilitades (o relaixades). En desencadenar el pas de l'estat T a l'estat R, l'enllaç d'una molècula de dioxígeno aumenta l'afinitat d'atres llocs d'enllaç.

Es pot explicar la cooperativitat del hemoglobina a partir de distints models. S'han desenrollat 2 models diferents. El model concertat (Model MWC) explica que el hemoglobina té únicament 2 formes: l'estat T i l'estat R. En enllaçar-se en un lligant, l'equilibri canvia entre estos 2 estats. La desoxihemoglobina es considera en estat T. Pero en enllaçar-se una molècula de dioxígeno, l'estat R està molt favorit. En este estat es favorix fortament l'enllaç de més molècules de dioxígeno. En este model, cada tetrámero pot existir exclusivament en dos estats (T o R). En canvi el model seqüencial explica que l'unió d'un dioxígeno a l'hemoglobina favorix l'unió de més dioxígenos, pero no significa un canvi total de l'estat T a l'estat R.

Vore també

Referències

  1. ↑ Guyton & Hall (2021). Tractat de fisiologia mèdica, Elsevier Health Sciences, pp. 1152.
  2. ↑ X, Fonts Arderiu (1998). Bioquímica clínica i patologia molecular. II (en és), Reverte. ISBN 978-84-291-1855-1.
  3. ↑ "Max Perutz, Father of Molecular Biology, Dies at 87". The New York Claves. February 8, 2002
  4. ↑ Engelhard, Johann Friedrich (1825). Commentatio de vora matèria sanguini purpureum colorem impertientis natura (en Latin), Göttingen: Dietrich.
  5. ↑ (1925).«A critical study of the direct method of measuring the osmotic pressure of hǣmoglobin».Proc. R. Soc. Lond..A 108(750)
    292–300.doi:10.1098/rspa.1925.0126.
  6. ↑ Hünefeld F.L.(1840).«Die Chemismus in der thierischen Organization».Leipzig.
  7. ↑ Funke O(1851).«Über dones milzvenenblut».Z Rat Med.1
    172–218.
  8. ↑ «A NASA Recipe For Protein Crystallography» (PDF). Educational Brief. National Aeronautics and Space Administration. Archivat des d'el original, el 10 d'abril de 2008. Consultat el 12 d'octubre de 2008.
  9. ↑ Hoppe-Seyler F(1866).«Über die oxydation in lebendem blute».Med-chem Untersuch Lab.1
    133–140.
  10. ↑ (1960).«Structure of H».Nature.185(4711)
    416–422.doi:10.1038/185416a0.
  11. ↑ Perutz MF(1960).«Structure of haemoglobin».Brookhaven symposia in biology.13
    165–83.

Bibliografia


Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Hemoglobina&oldid=1598507»