Tema 4: Proteïnes transportadores d'oxigen (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2015
Páginas 4
Fecha de subida 20/03/2015
Descargas 7
Subido por

Vista previa del texto

Tema 4: Proteïnes transportadores d’oxigen Interacció lligand-proteïna Lligand: molècula que s‘uneix a un lloc específic d’una proteïna de manera reversible.
Sovint la unió lligand-proteïna condiciona un canvi conformacional de la proteïna, que afecta la seva funció. Permet que l'organisme pugui respondre ràpidament (i reversiblement) a canvis en l'ambient.
Per exemple, la unió de O2 amb mioglobina o hemoglobina produeix un canvi conformacional a la proteïna que fa que s'hi quedi unit. O bé imaginem un substrat que s'uneix a un enzim i l’activa.
Proteïnes que uneixen O2: indispensable per la transició de la vida anaeròbia a l’aeròbia (O2 es poc soluble en H2O). Dues molècules capaces d’unir O2: - Mioglobina emmagatzema O2 Hemoglobina transporta O2 Han permès el pas de la vida anaeròbia a al vida aeròbia que es molt mes eficient.
L’O2 s’uneix a un grup prostètic (hemo) que es un molècula que no te origen proteic però que es indispensable per el funcionament d’una proteïna. El grup hemo es un anell tetrapirròlic: 4 anells pirròlics units entre ells per un grup metil. Te una peculiaritat i es que els 4 nitrògens que es troben a cada anell pirròlic son capaços de formar un enllaç covalent amb un àtom de ferro i aquest es el que s’uneix a l’O2. Per sobre i per sota de l’anell surten dos enllaços mes que s’uniran per una part amb la histidina i l’altre amb l’O2.
El Fe fa un enllaç amb una histidina (histidina proximal) de la cadena de la globina, i un altre enllaç amb l'O2. El Fe nomes es capaç de unir O2 quan te valencià 2. Per això es important situar-lo dins l'ambient hidrofòbic de la fenedura hidrofòbica, perquè no s'oxidi amb l'aigua. Quan el O 2 s'uneix al Fe, ho fa de forma lleugerament esbiaixada, ja que interacciona amb una altra histidina de la fenedura per interaccions estèriques. Aquesta histidina s'anomena histidina distal.
Mioglobina Es troba principalment al teixit muscular. La seva funció bàsica es de emmagatzemar O2, però també d'alliberar O2 quan i on es necessita. Per tant, es necessari que la unió Mioglobina-O2 sigui reversible.
Com més elevada sigui la constant de associació Ka, mes afinitat tindrà la mioglobina per O2. La constant de dissociació Kd es la concentració de lligand en la que la meitat dels llocs de unió estan buits.
Quan Kd es molt petita, doncs, vol dir que hi ha molta afinitat. Ç Tenint en compte que el lligand és un gas, la P50 es la pressió parcial de O2 a la qual la meitat dels llocs de unió estan ocupats. La P50 és molt petita, de manera que a baixes pressions ja s'uneix molt ràpid a la mioglobina (molta afinitat).
Aquesta corba es molt hiperbòlica: a molt poca pressió parcial de O2 gairebé tots els llocs de unió de la mioglobina estan ocupats per el oxigen  P50 es molt petita Hemoglobina Té una estructura quaternària, formada per 4 cadenes. L'hemoglobina adulta, te dues cadenes α i dues β, interaccionant entre elles per unions NO covalents. Bàsicament, interaccionen sempre una α amb una β. Cada cadena d'aquestes té una fenedura hidrofòbica amb el grup hemo (com la mioglobina). Es creu que la mioglobina i l'hemoglobina deriven del mateix gen.
L'hemoglobina té una corba de afinitat sigmoïdal, de manera que té menys afinitat per el O2 que la mioglobina. Això es creu que es degut a que la corba sigmoïdal es un entremig a una corba de alta afinitat i una de baixa afinitat. Això s'explica ja què el procés de unir O 2 a l'hemoglobina és un procés de unió cooperativa  costa molt que s'uneixi el primer O 2, però un cop ho ha fet els altres ho fan més fàcilment.
Als teixits tenim una pressió parcial de O2 baixa mentre que als pulmons serà alta. Per tant als pulmons es quan la hemoglobina arriba al màxim de saturació i tota ella uneix el màxim possible de O2. Però quan arriba als teixits perd afinitat per l’O2, l’alliberarà i aquest serà captat per la mioglobina. La hemoglobina te la capacitat de deixar l’oxigen a pressions parcials d’O2 baixes.
En qualsevol cas, aquesta corba en realitat vindria donada per una situació intermitja entre dues corbes diferents: una conformació de l’hemoglobina de mes alta afinitat per l’O2 i una altre de mes baixa afinitat. La hemoglobina és una proteïna al·lostèrica. És a dir, no només pot unir un lligand, sinó molts altres. Pot unir, a més de O2, CO2 i H+ (a diferents llocs de unió).
Dues conformacions de la hemoglobina: una de baixa afinitat (esquerra) i l’altre de alta afinitat. La de baixa afinitat hi ha un espai central mes obert que no en la conformació de alta afinitat. A la de baixa afinitat s’anomena Estat T (tens) mentre que l’altre estat R (relaxat). La molècula està tensa o relaxada en funció de si ha unit o no O2.
La cadena alfa es on es troba unida la histidina proximal (la que uneix covalentment el ferro). Quan no tenim unit el O2 l’anell de protoporfirina no es pla, sinó que te un cert angle. Quan l’O2 s’uneix al ferro, aquest es situa al mateix pla que el grup hemo. Quan el ferro no esta unit al O2 tenim la conformació de color blau (inclinat) mentre que quan esta unit al oxigen tindríem la conformació vermella (ferro en el mateix pla que el grup hemo  Estira la histidina proximal junt amb la hèlix F).
No nomes hi haurà un canvi conformacional, sinó que també es donarà en les altres cadenes de globina fent que cadascuna el seu estat passi de tens a relaxat amb alta afinitat. Es creu que podrien haver dos models d’aquest cooperativitat entre les diferents cadenes de globina per unir l’O2.
 Model concertat o simètric: inicialment tindríem les 4 cadenes de globina en estat tens (en forma de quadrat). En un moment donat un a de elles uneix una molècula de O2  produeix un canvi conformacional a ala cadena que fa que totes les cadenes passin a relaxat. Quan totes estan en relaxat tenen mes afinitat per unir O2. Totes passen al estat relaxat independentment que sigui una o totes les que tinguin el lligand (O2) unit.
 Model seqüencial: a mida que les diferents unitats van unint oxigen, una a una van patint el canvi de forma tensa a relaxada. A mes a mes, facilita que les cadenes de globina adjacents pateixin un petit canvi conformacional que fa que no estigui en relaxada però si que uneix a l’oxigen i després ja a passi a relaxada.
*Unió de L= unió de lligand Recordem que la corba de saturació de la mioglobina era hiperbòlica, i que la de la hemoglobina és sigmoïdal. La pressió parcial de O2 als pulmons és molt elevada, però als teixits és més baixa. En els teixits, la mioglobina té un 90% dels llocs de unió saturats, mentre que la hemoglobina només un 30%.
En els teixits, la mioglobina té més afinitat per O2, de manera que la hemoglobina transporta O2 fins als teixits i allà, degut a la major afinitat de la mioglobina, li prendrà i es quedarà el O2 la mioglobina (si les dos tinguessin la mateixa afinitat, la hemoglobina no cediria el O2 i seria una puta merda).
Als pulmons, ambdues proteïnes tenen molta afinitat per O2, de manera que la hemoglobina és capaç de captar el O2. Si no hi hagués cooperativitat entre les cadenes de la hemoglobina, la hemoglobina no ompliria el 100% des seus llocs als pulmons, i la eficiència seria molt baixa.
Quan nosaltres fem un exercici molt intens, necessitem cremar mes O2. La pressió parcial de O2 als teixits disminuirà, per tant la hemoglobina tindrà menys afinitat per l'O2 i tindrà més tendència a alliberar-ho (i viceversa quan estem en repòs). Així doncs, l'hemoglobina només allibera O2 quan és necessari.
Efecte del CO2 i pH (efecte del Bohr) Recordem que l'hemoglobina unia també CO2 i protons (tot i que a llocs diferents que el O 2). L'afinitat de l'hemoglobina per O2 disminueix quan augmenta la concentració de CO 2 i baixa el pH (augmenta la concentració de H+).
Una cèl·lula que es metabòlicament activa, consumirà oxigen i produirà CO 2 i H+, de manera que la hemoglobina deixarà anar l’ O2 (disminueix la afinitat) i passa a T-state, unint CO2 i H+. Això es coneix com l'efecte Bohr, aquesta regulació al·lostèrica de l'hemoglobina. El CO 2 i H+ son moduladors al·lostèrics negatius de l'hemoglobina (disminueixen la seva afinitat), i el O 2 és un modulador al·lostèric positiu.
Els H+ on s'uneixen? S’uneixen a la histidina HC3 (aquella histidina que mirava cap a fora o cap a dins depenent de si era T-state o R-state). El fet que H+ s'uneixi a aquesta histidina produeix un canvi conformacional que fa que passi a T-state.
El CO2 s'uneix als grups amino-terminals de les cadenes de globina, formant unes molècules anomenades carbamats (grups carbamino). Això també afavoreix el pas de R-state a T-state. El lligand de la hemoglobina és el O2. Quan el modulador al·lostèric és el mateix que el lligand, s'anomena modulador homotròpic. Quan el modulador és diferent que el lligand (CO2 i H), els anomenem moduladors heterotròpics.
Parlem de un altre modulador negatiu de l'hemoglobina: el 2,3-difosfoglicerat. Estabilitza la forma tensa. Es situa en l'espai intern (només present en T-state), estabilitzant així l'estructura. Impedeix que es passi a la forma relaxada. La unió de 2,3-difosfoglicerat es fa mitjançant interaccions iòniques.
...