Hemoglobina

HEMOGLOBINA Y EL INTERCAMBIO GASEOSO

Estructura y conformación de la hemoglobina.
La hemoglobina es el pigmento de los eritrocitos, su color rojo brillante, su presentación extensa y la facilidad de su aislamiento la convirtieron en un objeto de estudio de investigación desde tiempos antiguos. No sólo es un tanque de oxígeno, sino más bien es un sistema sofisticado de entrega de oxígeno (O2)que proporciona la cantidad correcta a los tejidos bajo una amplia variedad de circunstancias.
Análisis con rayos X han revelado que existen dos conformaciones principales de la hemoglobina: el estado R (relajado) y el estado T (tenso). A pesar que el oxígeno se une a la hemoglobina en cualquiera de estos dos estados, tiene una afinidad considerablemente mayor por la hemoglobina en estado R yaque la unión del oxígeno estabiliza el estado R. Cuando el oxígeno esta ausente, el estado T es más estable y es entonces la conformación predominante de la desoxihemoglobina. Por lo que la unión de O2 a una subunidad de hemoglobina en el estado T promueve un cambio conformacional hacia el estado R. Max Perutz propuso que la transición T R está provocada por cambios en las posiciones de cadenaslaterales de aminoácidos clave que rodean el grupo hemo (figura 1).

Figura 1. Transición del estado T al estado R de la hemoglobina por cambios en la posición de las cadenas laterales de aminoácidos.
La hemoglobina de los vertebrados superiores está formada por dos tipos de cadenas α y β, y contiene dos cadenas de cada tipo α2β2 colocadas en una disposición aproximadamente tetraédricas; además,los grupos hemos, con sus lugares de unión de O2, están todos próximos a la superficie pero no próximos entre sí. Una tarea difícil para la hemoglobina es la de unir oxígeno eficientemente en los pulmones, donde la presión es aproximadamente de 13.3 kPa, y liberar el oxígeno en los tejidos, donde la presión es de unos 4 kPa. Una proteína que una O2 con una alta afinidad lo unirá eficientemente enlos pulmones pero no liberaría gran parte de él en los tejidos. Lo que ocurre en la hemoglobina al pasar de un estado desoxigenado a la molécula totalmente oxigenada que lleva cuatro oxígenos, es básicamente un cambio de la estructura cuaternaria, que se acompaña de unos cambios mucho menores de la estructura terciaria (figura 2). Un par dimero αβ rota y se desliza respecto al otro. Estemovimiento hace que las cadenas β se aproximen y estrecha una cavidad central. La estructura oxi (con oxígeno unido) es la que tiene mayor afinidad por el O2, y el paso a este estado es lo que explica la cooperatividad de la unión. Los cambios de la estructura terciaria que acompañan a la unión del oxígeno pueden tolerarse hasta un punto determinado antes de que se produzca el cambio T R. Concretamente,siempre que está ocupado un lugar en cada uno de los dímeros αβ, la molécula en su conjunto adopta la estructura cuaternaria R.
La hemoglobina, una proteína alostérica.
Si la hemoglobina uniese oxígeno con una afinidad suficientemente baja para liberarlo en los tejidos, no recogería demasiado oxígeno en los pulmones. La hemoglobina resuelve este problema mediante la transición de un estado debaja afinidad (estado T) a un estado de alta afinidad (estado R) a medida que se le unen más moléculas de O2. La primera molécula de O2 que interactúa con la desoxihemoglobina se una débilmente, debido a que se una a una subunidad en el estado T. Sin embargo, esta unión conduce a unos cambios conformacionales que son comunicados a las subunidades adyacentes, haciendo más fácil la unión de moléculasde O2 adicionales. Por lo que, la transición TR se produce más rápidamente en la segunda subunidad una vez que el O2 se ha unido a la primer subunidad. La última molécula de O2 (la cuarta) que se une al grupo hemo lo hace a una subunidad que ya está en el estado R y por tanto se une con una afinidad mucho mayor que la de la primer molécula (figura 2).

Figura 2. Modelo de multiestado...