bioquimica tema 3 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Farmacia - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 12
Fecha de subida 13/03/2016
Descargas 31
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 3: PRELACIÓ PROTEÏNA – FUNCIÓ(Mioglobina i hemoglobina) La relació proteïna – funció s’explica a partir dels models la l’hemoglobina i de la mioglobina.
La mioglobina és una sola cadena formada per 8 α-hèlix separades per llaços. Es troba principalment a la musculatura. Té un grup prostètic (és un grup proteic que es troba unit covalentment a una proteïna. En aquest cas el grup prostètic s’anomena grup hemo, Fe-protoporfirina) que li permet que li permet realitzar la seva funció de transport i emmagatzematge d’oxigen.
L’hemoglobina es troba principalment a la sang, a l’interior dels eritròcits i està formada per quatre cadenes o subunitats, cadascuna amb un grup hemo i formades per una cadena 8α-hèlix. Aquestes proteïnes no es troben en tots els organismes; els més petits no necessiten transportar oxigen ja que arriba a tot el cos per difusió a traves del seu torrent sanguini.
La mioglobina i la hemoglobina estan presents en tots els mamífers i actuant com a transportadores d’oxigen.
Grup hemo: El grup hemo és el responsable del color de la sang: quan està unit a l’oxigen (la sang esta oxigenada) la sang pren un color més vermell, en canvi, quan no està unit al grup hemo, la sang presenta un color més blavós.
Està format per una part orgànica, la protoporfirina IX, i un àtom de ferro unit per enllaços de coordinació als 4 nitrògens.
La protoporfirina IV té quatre anells de pirrol, formant un anell tetrapirrolic, dos grups vinil, quatre metils, enllaços metè-metilè i grups protonats.
L’àtom de ferro pot establir 6 enllaços de coordinació: 4 amb els nitrògens dels anells de pirrol, un amb l’oxigen i un amb un aminoàcid de la proteïna que s’hi unirà covalentment.
Mioglobina: La mioglobina té 153 aminoàcids, que es poden numerar de dues formes diferents: - Numerats del 1 al 135 Donar una lletra ( A – H ) a cada una de les cadenes α-hèlix i numerar els aminoàcids continguts a cada cadena.
En la mioglobina destaquem dos aminoàcids per la seva importància, en el desenvolupament de la funció de la proteïna: - Histidina proximal (His F8 / His 93): és l’aminoàcid més proper al grup hemo i el que estarà unit covalentment a la protoporfirina IX.
Histidina distal (His E7): forma ponts iònics amb l’oxigen que es trobarà unit al ferro ( Fe2+).
Al unir-se l’oxigen es produeixen canvis conformacionals a la proteïna i en el grup hemo. En incorporar-se l’oxigen, el radi de ferro disminueix i es trobar situat més en el pla de la protoporfirina IX.
Durant el canvi conformacional que es produeix en unir-se l’oxigen la histidina distal aporta estabilitat a la proteïna. S’encarrega de que el ferro no s’oxidi donant lloc a ferro (Fe3+) i l’ió superòxid. Aquest procés és perjudicial pels organismes vius ja que només el ferro (Fe2+) és capaç de captar i cedir oxigen.
La histidina distal també evita la intoxicació per monòxid de carboni (CO). Si només tenim el grup hemo unit al ferro, és a dir, sense la presència d’His E7, l’atracció que presenta cap al CO és 20.000 vegades superior que la que té cap a l’oxigen. Al afegir l’His E7 es produeix una desviació de l’enllaç – Fe – C ≡O i obliga al CO a entrar corbat en la proteïna, això fa que l’afinitat del CO disminueix, i per tant, augmenta l’afinitat per l’oxigen.
*Cal tenir amb compte que el CO és tòxic per els organismes ja que compateix amb l’oxigen per unir-se a l’àtom de ferro del grup hemo.
Hemoglobina: Existeixen diferents tipus d’hemoglobina. L’hemoglobina A, que es troba present en els adults i que està formada per 2 cadenes α i dues cadenes β. També trobem la hemoglobina fetal (HbF), present en els fetus, que està formada per dues cadenes α i dues cadenes ϒ.
Cada cadena polipeptídica té el seu grup prostètic unit a l’àtom de ferro, aquesta unió constitueix una holoproteïna. Una holoproteïna és una proteïna funcional formada per la unió d’un grup prostètic i una part proteica, que per si sola és una apoproteïna, és a dir, que no pot desenvolupar la seva funció (en el cas dels enzims parlaríem d’apoenzims).
La mioglobina i la subunitat β de l’hemoglobina són semblants si observem la representació de la seva estructura de forma tridimensional, però la identitat real presenta només un 25% de semblança amb les cadenes 2α i un 24% amb les cadenes 2β.
La seqüència d’aminoàcids entre l’hemoglobina i la mioglobina no es correspon de forma absoluta, se sí que tenen molta similitud a nivell estructural. Es conserven 9 aminoàcids entre hemoglobina i mioglobina.
Exemples: F8 (histidina proximal) que uneix la cinquena posició del grup hemo amb l’àtom de ferro i E7 (histidina distal) que dificulta la unió del CO i impedeix l’oxidació del ferro (II) a ferro (III).
Corba d’unió / dissociació de l’oxigen: La saturació fraccionaria ens indica la quantitat de centres ocupats per oxígens, és un valor que va del 0.0 i es comporta com un tant per 1. A les de les X hi ha indicada la pressió de l’oxigen en trons (unitats de pressió).
La mioglobina segueix una hipèrbola mentre que la hemoglobina és sinusoide. La mioglobina té una alta afinitat per l’oxigen a baixes concentracions es troba molt saturada i per tant, l’hi costa molt d’alliberar-lo. L’hemoglobina a baixes concentracions d’oxigen està poc saturada però un cop s’ha unit el primer oxigen li és més fàcil d’unir la resta, té un efecte cooperatiu i al·lostèric.
La pressió de l’oxigen als pulmons és de 100 torns i als teixits és de 20 trons. La P 50 (pressió en què la saturació fraccionaria val 0.5) de la mioglobina és de 2 torns i la de la hemoglobina és de 26 torns. Quan la hemoglobina passa dels pulmons ( P=100 torns, 100% de saturació) als teixits (P= 20 torns, 34% de saturació) allibera el 66% de l’oxigen que transporta. Quan la mioglobina passa dels pulmons ( P=100 torns, 100% de saturació) als teixits (P= 20 torns, 34% de saturació) només s’allibera un 7% de l’oxigen que transporta. Així podem arribar a la conclusió que la hemoglobina és gairebé 10 vegades més bona com a transportadora d’oxigen que la mioglobina.
Hemoglobina al múscul: Quan el múscul es troba en repòs la pressió és de 40 torns però si es troba en moviment la pressió disminueix fins als 20 torns. Aquesta variació en els pressions fa que la hemoglobina alliberi un 45% més d’oxigen que quan el múscul es troba en moviment o en repòs. Cal recordar llavors, que dels pulmons als músculs quan estan en repòs només allibera un 21%.
Modificació de l’estructura quaternària: Al unir un sol oxigen a la hemoglobina varia tota l’estructura quaternària de la proteïna. El que passa és que l’ió Fe2+ disminueix el seu radi i s’alinea amb l’anell tetrapeptídic. Aquesta modificació estructural provoca un canvi d’interacció entre subunitats α i β i α2 i β2. Es produeix un gir de 15º en la desoxihemoglobina (sense oxigen) de α1 i β1 respecte de α2 i β2 originant l’oxihemoglobina (amb oxigen) on ha desaparegut el “forat” entre les quatre cadenes.
L’hemoglobina als hematies i efecte al·lostèric: L’hemoglobina es troba en els hematies, que són cèl·lules sense nucli ni mitocondris, que no es poden replicar i tenen una vida de 120 dies. Es formen a partir d’altres cèl·lules amb capacitat de replicació.
Si traiem l’hemoglobina dels hematies, aquests perden part de l’al·losterisme, és a dir, adoptarien un comportament més similar al de la mioglobina, més hiperbòlica i sense cedir oxigen.
Als hematies trobem el 2,3 – bisfosfaglicerat ( 2, 3 – BPG ), una molècula que en nivells normals de concentració es troba a 2 mH i dóna a la hemoglobina al·losterisme, igual que el fet d’estar formada per 4 subunitats. El 2,3 – BPG és excloent amb l’oxigen, de manera que només estarà formant part de la desoxihemoglobina ja que actua en la seva estabilització, no trobarem 2,3 – BPG a l’oxihemoglobina.
A altres altures s’incrementa la síntesi de 2,3 – BPG de manera que es cedeix més oxigen. Com que són molècules excloents una de les seves funcions és cedir oxigen. El 2,3 – BPG és un efector al·lostèric (disminueix o augmenta l’afinitat pel substrat sense actuar en el centre actiu de la proteïna) ja que s’uneix a un centre diferent del centre actiu de la proteïna, és a dir, no s’uneix al mateix lloc que l’oxigen.
Estat tens i relaxat: La desoxihemoglobina es troba en estat tens (estat T) ja que presenta molts enllaços salins que constrenyen l’estructura i dificulten la unió de l’oxigen. L’oxihemoglobina es troba en estat relaxat (estat R) ja que presenta pocs enllaços salins, hi ha més llibertat de moviment i més afinitat per unir oxigen.
El 2,3 – BPG té 6 càrregues negatives ( 3 subunitats β1 i 3 subunitats β2 ) però es troba envoltat de 6 aminoàcids amb càrrega positiva ( 4 His i 2 Lis ) que apantallen les seves càrregues. Els ponts salins es formen entre càrregues negatives de 2,3 – BPG i les positives dels aminoàcids que l’envolten. Com més càrregues positives més enllaços covalents (o ponts salins) es formaran i menys afinitat tindrà la molècula per l’oxigen.
De la mare al fetus: En la HbA ( 2 subunitats β i 2 subunitats α ) la mare presenta una His 147 en la subunitat β. En canvi, en la HbF (2 subunitats ϒ i 2 subunitats α ) el fetus presenta una serina en la subunitat ϒ. Com que la serina té un grup OH- no es troba carregada positivament de manera que no forma enllaços covalents i presenta més afinitat per l’oxigen, però no uneix 2,3 – BPG fàcilment.
Models d’unió del lligam: Existeixen dues teories que expliquen els models d’unió del lligam: - Quan es canvia la unió d’una subunitat d’alguna forma ja estic modificant la unió de l’altra.
Quan canvio una subunitat immediatament desprès canvia l’altre.
Efecte Bohr: PULMONS (oxigenada)  ARTERIES (oxigenada)  TEIXIT (hemoglobina per l’O2)  VENES (desoxigenada) Com més metabòlicament actiu és un teixit més oxigen necessita, al necessitar més oxigen, les cèl·lules del teixit portaran a terme més respiració cel·lular de manera que augmentarà la concentració de CO2 i H+. El CO2 i l’H+ actuen com a efectors al·lostèrics, ja que creen ponts salins que estabilitzen l’estat T (desoxihemoglobina) i fan que disminueixi l’activitat de l’hemoglobina amb l’oxigen.
Als pulmons hi ha una pressió de 100 torrs i una pH entre 7,4 i 7,6. Als músculs la pressió és de 20 torrs i el pH de 7,2. En un múscul metabòlicament actiu el pH és més baix ja que la concentració de protons és mes elevada, com també ho és la pressió.
Només pel canvi de pH que es produeix en passar dels pulmons als teixits s’allibera un 11% més d’oxigen. Dels pulmons a P = 100 torrs al múscul P = 20 torrs i pH= 7,2 s’allibera un 80% més d’oxigen. Els canvis de pH fan que alguns aminoàcids protonats, desprotonin (o a la inversa) de manera que es poden formar nous enllaços, és a dir, nous ponts salins que estabilitzaran la forma tensa de l’hemoglobina.
Exemple: His 146, NH3+ i COO-  La His 146 es protona i interacciona amb la Aps 94. El NH3+ i COO- també interaccionen més.
Transport de diòxid de carboni: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO 3- + H+ (fa disminuir el pH) CO2 + NH2 ↔ carbonat- + H+(el carbonat forma un pont salí a partir de la càrrega negativa) L’hemoglobina només transporta un 17% del CO2 generat com a producte de rebuig per les cèl·lules. A la sang hi trobem el bicarbonat ( HCO3- ) que actua com a tampó. El bicarbonat surt dels hematies a canvi d’un Cl- que es troba a la sang. Quan els hematies arriben als capil·lars dels pulmons entra el bicarbonat als hematies i en surt el Cl -.
HCO3- + H+ ↔ H2O + CO2 (alliberat als alvèols i expulsat a l’exterior de l’organisme) Anèmia falciforme: La va descobrir Linus Pauling l’any 1949.
És un tipus d’anèmia que es dóna a causa de la deformació dels hematies, la seva vida mitjana és inferior i com que no es repliquen es produeix una manca d’hematies i els afectats acaben patint anèmia.
Els hematies deformats tenen forma de falç i taponen els capil·lars provocant problemes d’obstruccions als capil·lars i moltes infeccions bacterianes.
Hemoglobina falciforme HbS: La malaltia es deu a una mutació en la cadena β on en lloc d’haver-hi un Glu 6 (àcid, amb càrrega) hi ha una Val 6 (hidrofòbica i neutre). En la forma desoxigenada la Val 6, la Phe 85 i la Val 88 interaccionen per forces hidrofòbiques (forces de Van der Waals) i deformen d’hematies. Les forces hidrofòbiques van interaccionant formant cadenes desoxigenades, cada 14 cadenes oxigenades es forma una fibra. Les fibres cristal·litzen i precipiten.
És una malaltia que la presenten 1 de cada 100 africans. Quan tenim genotips heterozigots ( 50% HbA i 50% HbS ) és una avantatge ja que la malària no es pot multiplicar si es té un gen falciforme (rasga falciforme). Per això aquesta mutació és tant prevalent a l’Àfrica.
Talassèmia: La talassèmia és una altra malaltia relacionada amb la mioglobina i la hemoglobina. En podem diferenciar dos tipus: - α  es produeix una pèrdua de la capacitat per sintetitzar les cadenes α.
HbA ( 2β i 2β) no mostra cooperativitat i costa de cedir l’oxigen.
β  es produeix una pèrdua de la capacitat per sintetitzar les cadenes β.
HbA (2α i 2α) les cadenes precipiten, és una mutació mortal.
En seqüenciar el genoma s’ha observat que tenim 2 al·lels per la subunitat β i 4 al·lels per la subunitat α. Les dues cadenes α sobrants, en formar-se la hemoglobina, no precipiten gràcies a l’acció de la proteïna AHSP que s’uneix a les cadenes α sobrants donant lloc a monòmers α i dificultant la formació de 4α.
* Les cadenes β es poden substituir per cadenes ϒ, Ɛ i δ, que fan que variï la seva afinitat en diferents etapes de la vida d’un organisme.
...