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FECHA: 28 DE ABRIL del 2013 MATERIA: BIOQUIMICA PROFESOR: LIC. GEORGINA ESCUDERO TRABAJO: IONES PLASMATICOS ALUMNO: EDUARDO HERNANDEZ CASTILLO


Mioglobina Es una proteína monomérica transportadora de oxígeno que se encuentra en el interior de las células, más abundante en las células musculares (le confiere el color pardo rojizo al músculo), y su función es la de captar el oxígeno procedente de la sangre y cedérselo a la mitocondria, donde es utilizado en la respiración celular. La mioglobina también actúa como pequeño almacén de oxígeno en las células, esta función es especialmente importante en mamíferos acuáticos, como el cachalote, que debido a las grandes profundidades hasta las que se sumergen, necesitan mantenerse largos periodos de tiempo sin respirar, por lo que en sus músculos hay una gran cantidad de mioglobina que suministra el oxigeno durante este tiempo, por esta razón la carne de cachalote es de un color pardo muy oscuro. La mioglobina es una proteína conjugada formada por una parte proteica, la globina, y un grupo prostético, el grupo hemo. La parte proteica esta constituida por una única cadena peptídica con estructura secundaria en hélice alfa, formada por 153 residuos de aminoácidos, que se disponen en 8 segmentos de distinto tamaño, con entre 7 y 26 residuos de aminoácidos cada uno. Estos segmentos están separados por “codos” formados por aminoácidos incompatibles con la estructura en hélice alfa. Estos segmentos con estructura secundaria en hélice alfa se pliegan a su vez en el espacio, dando origen a la estructura terciaria de esta proteína, que es globular. Como es habitual en las proteínas globulares, los aminoácidos con grupo R polar están situados en la parte externa de la proteína, menos 2 restos de histidina que, por ser necesarios para la actividad de esta proteína, están situados en el interior. El grupo prostético esta constituido por un grupo hemo, formado a su vez por una parte orgánica, la protoporfirina IX, y una inorgánica, un átomo de hierro (Fe). La protoporfirina IX: está formada por 4 anillos pirrólicos unidos entre sí por 4 puentes meténicos, originando un anillo tetrapirrólico o porfirina (anillo formado por la unión de los 4 anillos pirrólicos). Esta estructura se caracteriza por la presencia de dobles enlaces alternos. Este anillo tetrapirrólico posee 8 sitios de sustitución a los que se unen 8 grupos funcionales que son: 4 grupos metilo (-CH 3 (1,3,5,8)); 2 grupos vinilo (-CH=CH2 (2,4)) y 2 grupos propionato (-CH2-CH2-COO- (6,7)) formando la protoporfirina. Estos grupos se pueden disponer en 15


configuraciones distintas, de las cuales la que se encuentra en el grupo hemo es la protoporfirina IX. El átomo de hierro, en su forma ferrosa, puede establecer 6 enlaces de coordinación que se disponen en una distribución octaédrica, con los 6 enlaces dirigidos hacia los 6 vértices del octaedro. El átomo de hierro se sitúa en el centro del anillo complejo de la protoporfirina y establece 4 de esos enlaces con los 4 nitrógenos centrales de los 4 anillos pirrólicos, dos covalentes y dos coordinados. Los dos enlaces restantes están orientados verticalmente al plano de la protoporfirina, cada uno de ellos a un lado. Uno de estos se establece con un resto de histidina de la cadena peptídica, concretamente con la histidina F-8 (resto 8ª de la hélice-alfa F), y este va a ser el punto de anclaje del grupo hemo a la cadena peptídica; esta histidina F-8 se llama también histidina proximal. El otro enlace es el punto de unión para el oxígeno, y, por tanto, únicamente se formará cuando el oxígeno se una al grupo hemo. Cerca de este enlace de unión al oxígeno hay otro resto de histidina de la cadena peptídica, que no forma enlace ni con el grupo hemo ni con el oxígeno, es la histidina E-7 ó histidina distal, que por su proximidad genera un entorno molecular que hace que la unión del oxígeno con el hierro sea una unión más débil y no permanente, que se puede formar y romper, lo cual permite a estas proteínas transportar el oxígeno (lo captan y luego lo liberan). El grupo hemo está situado en una hendidura de naturaleza hidrofóbica de la estructura terciaria de la proteína.

Hemoglobina La hemoglobina es una proteína oligomérica encargada del transporte de oxígeno desde los pulmones hasta los diferentes tejidos a través de la sangre. Se encuentra en el interior de unas células especializadas que son los eritrocitos (hematíes o glóbulos rojos). Es una proteína de color rojo, y es precisamente la hemoglobina la que le da el color a estas células y a la sangre. La hemoglobina es una proteína conjugada con una parte proteica que es la globina y un grupo prostético que es el grupo hemo.


La parte proteica esta formada por 4 cadenas peptídicas que no son iguales entre sí, hay dos cadenas de tipo alfa (α) y dos cadenas de tipo beta (β), siendo, por tanto, una proteína heterotetramérica (compuesta por 4 subunidades que no son iguales entre sí). Las cadenas alfa están formadas por 141 restos de aminoácidos y las cadenas beta por 146. La estructura secundaria y terciaria de estas cadenas es muy similar entre ellas y parecida a la de la mioglobina. Además, la hemoglobina como proteína oligomérica, tiene estructura cuaternaria. El grupo prostético esta formado por cuatro grupos hemo, que son iguales al de la mioglobina, y que están situados y unidos a sus correspondientes cadenas peptídicas de igual forma que en la mioglobina. La estructura cuaternaria de la hemoglobina consiste en la ordenación espacial de las cuatro cadenas proteicas con sus correspondientes grupos hemo. Las 4 subunidades adquieren una disposición tetraédrica en el espacio, de manera que si unimos por líneas imaginarias los centros de las 4 subunidades, la figura resultante formará un tetraedro. Podemos imaginarnos algo similar si tomamos 4 esferas y colocamos dos de ellas abajo, una al lado de la otra, y las otras dos esferas encima de estas, una delante de la otra. En la estructura cuaternaria de la hemoglobina se forman dos bloques, cada uno de ellos constituido por la unión de una subunidad alfa y una beta, que son el bloque alfa1-beta1 y bloque alfa2-beta-2, los dos bloques son iguales entre sí. La unión entre los dos bloques no es perfecta, de forma que queda un canal en el centro de la molécula de hemoglobina que es importante para su función.

Fijación del oxígeno a la mioglobina y hemoglobina Hemos visto que la mioglobina y la hemoglobina son similares en sus estructuras secundarias y terciarias. Las dos presentan grupos prostéticos hemo y con igual ubicación. Las dos son proteínas transportadoras de oxígeno, el cual se une al grupo hemo, estando esta unión modulada por la proximidad molecular de una histidina distal. La principal diferencia es que la mioglobina es una proteína monomérica y la hemoglobina es oligomérica, esto hace que su actividad biológica sea muy diferente. Curva de saturación de oxigeno La curva de saturación de oxigeno de una proteína es la representación gráfica del porcentaje de saturación de oxígeno de la proteína (%) en función de la presión parcial de oxígeno (PPO2) presente en el medio (expresada en mm de Hg).


El porcentaje de saturación oscila entre el 0% y el 100% y representa la cantidad de oxígeno unido a las moléculas de la proteína en función de la cantidad máxima de oxígeno que se le puede unir (100%). La presión parcial de oxígeno (PPO 2) se mide en mm de Hg. En el aire la presión es de 760 mm de Hg, pero el oxígeno constituye aproximadamente el 21% de la mezcla de gases que constituyen el aire, por lo que su presión parcial será de, aproximadamente, 159 mm de Hg en el aire (760 · 21% = 159). En los pulmones la PPO 2 es más baja debido a que parte del oxígeno es captado por los capilares de los alvéolos, y además, en los pulmones hay gran cantidad de vapor de agua, por lo que la PPO2en los pulmones es de, aproximadamente, 100 mm de Hg. La PPO2 en los tejidos es de alrededor de 26 mm de Hg. Cuando aumenta la actividad del tejido, aumenta el consumo de oxígeno y, por tanto, disminuye la PPO2, mientras que, por el contrario, la PPO 2 aumenta en los periodos de mayor reposo. Curva de saturación de oxígeno de la mioglobina: La mioglobina muestra una curva de saturación hiperbólica, lo que indica que la mioglobina tiene una gran afinidad por unirse al oxígeno, ya que bastan PPO 2 muy bajas para que la mioglobina alcance importantes valores de saturación; por poco oxígeno que haya en el medio la mioglobina lo capta, es decir, que tiene una gran tendencia a unirse al oxígeno. Basta una PPO2 de 1-2 mm de Hg para que la mioglobina se sature en más del 50%.

En los tejidos, una PPO 2 de 26 mm de Hg hace que la mioglobina se sature en más del 98%. La gran afinidad por el oxígeno que muestra la mioglobina es importante para su función biológica: captar para la célula el oxígeno que aporta la hemoglobina de la sangre. Curva de saturación de oxígeno de la hemoglobina: La hemoglobina muestra una curva de saturación sigmoidea (forma de s) lo que nos indica que la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno va variando conforme aumenta la PPO 2, y, por tanto, la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno depende de la PPO 2 que haya en el medio en cada momento.


En la primera zona de la curva, que corresponde a bajas PPO 2, la curva tiene una pendiente muy baja, por lo que un aumento importante de la PPO 2 en esta zona produce sólo un pequeño incremento en el porcentaje de saturación de la hemoglobina. Es decir, para bajas PPO 2 la hemoglobina muestra poca afinidad por el oxígeno. Al ir aumentando la PPO 2 aumenta considerablemente la pendiente de la curva y, por tanto, la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Este comportamiento se debe a un fenómeno denominado cooperatividad positiva. La cooperatividad es propia de un grupo de proteínas que son las proteínas alostéricas que son un grupo especial de proteínas oligoméricas, entre las que se encuentra la hemoglobina. La cooperatividad positiva significa que cuando una molécula de oxígeno se une a una subunidad de la hemoglobina transmite información a las otras subunidades y las otras subunidades responden a esta información aumentando su afinidad por unirse al oxígeno, aumentando así la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno conforme se van uniendo a éste. La afinidad de unión por la 4ª molécula de oxígeno es de 300 a 500 veces superior a la afinidad por la 1ª molécula, y este comportamiento lo puede hacer la hemoglobina por ser una proteína oligomérica y no lo puede tener la mioglobina que posee una única cadena peptídica.

Diferencias entre Hemoglobina y mioglobina HEMOGLOBINA Características La hemoglobina (HB) es una proteína globular, que está presente en altas concentraciones en lo glóbulos rojos y se encarga del transporte de O2 del aparato respiratorio hacia los tejidos periféricos; y del transporte de CO2 y protones (H+) de los tejidos periféricos hasta los pulmones para ser excretados. Los valores normales en sangre son de 13 – 18 g/ dl en el hombre y 12 – 16 g/ dl en la mujer. Las hemoglobinas están presentes en todos los reinos de la naturaleza con particulares especializaciones de acuerdo con las necesidades de cada organismo.


Estructura La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria, es decir, está constituida por cuatro cadenas polipeptídicas: alfa, beta, gamma y delta. La hemoglobina A –la forma más frecuente en el adulto- es una combinación de dos cadenas alfa y dos cadenas beta. Debido a que cada cadena tiene un grupo proteico hem, hay 4 átomos de hierro en cada molécula de hemoglobina; cada una de ellas puede unirse a una molécula de oxígeno, siendo pues un total de 4 moléculas de oxígeno las que pueden transportar cada molécula de hemoglobina. MIOGLOBINA Características La mioglobina es una hemoproteína encontrada principalmente en el tejido muscular donde sirve como sitio de almacenamiento intracelular para el oxígeno. Es una proteína relativamente pequeña que contiene un grupo hemo con un átomo de hierro, y cuya función es la de almacenar y transportar oxígeno. Las mayores concentraciones de mioglobina se encuentran en el músculo esquelético y en el músculo cardíaco, donde se requieren grandes cantidades de O2 para satisfacer la demanda energética de las contracciones.

Estructura La mioglobina es una cadena polipeptídica sencilla de 153 residuos aminoaciso (PM 17.000 daltons). Es una proteína globular con la superficie polar (rojo) y el interior apolar (amarrillo), patrón característico de las proteínas globulares. Sin


contar los dos residuos de His que intervienen en el proceso de fijación del oxígeno, el interior de la mioglobina sólo contiene residuos no polares (por ejemplo, Leu, Val, Phe y Met). Semejanzas entre la hemoglobina y mioglobina •Son dos proteínas globulares con un núcleo de hierro. •Tienen la misión de transportar oxígeno y por ello tienen similitudes estructurales. •Son coloreadas •Su color depende del estado de oxidación del hierro que contienen y de la presión parcial de O2 •También ligan moléculas como CO o NO •Ambas contienen grupos hemo formado por 4 anillos pirrólicos que complejan a un ión hierro divalente Fe+2 Efecto Bohr Los tejidos, como consecuencia de su metabolismo aeróbico, consumen oxígeno y producen anhídrido carbónico (CO 2) que es expulsado a la sangre para su eliminación. Este CO2 influye sobre el transporte de oxígeno por la hemoglobina. Por un lado el CO2 se combina con el agua formando ácido carbónico, que es un ácido débil que se disocia parcialmente originando ión bicarbonato y un protón CO2 + H2O D H2CO3 D HCO3+ + H+ De esta forma, se están liberando protones continuamente como resultado del metabolismo normal de la célula, provocando una ligera bajada local de pH. Cuanto mayor sea la actividad del tejido mayor será la producción de protones y la bajada del pH, dentro de límites fisiológicos. Parte de estos protones van a ser captados por la hemoglobina, uniéndose al grupo R de dos residuos de histidina que están en posición carboxilo terminal de las cadenas beta. Por tanto, estos restos adquieren carga positiva y esta carga le permite, a cada uno de ellos, formar un enlace iónico (salino) con otro grupo con carga negativa de la misma molécula. Para formarse este enlace se tiene que producir un desplazamiento de los segmentos que contienen los residuos implicados, y este desplazamiento genera un cambio conformacional en la molécula, que va dirigido hacia la conformación tensa, por lo que disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, en consecuencia, la hemoglobina libera más oxígeno, precisamente en el tejido más activo que produce más CO 2 y, por tanto, más protones y se necesita más oxígeno. Así, la hemoglobina también detecta las necesidades de oxígeno de cada tejido en función del pH local.


Además, al unirse los protones a la hemoglobina, disminuye su concentración y se equilibra el pH, por tanto la hemoglobina muestra poder tamponante, colaborando en el mantenimiento del pH de la sangre. Por otro lado, el CO2 se puede unir directamente a los 4 grupos alfa-amino Nterminales de las 4 cadenas de la hemoglobina, formando carbamino-hemoglobina (R-NH-COO-), lo que hace que tengan cargas negativas, y estas cargas le permiten, a cada una de ellas, formar un enlace iónico (salino) con otro grupo con carga positiva de la misma molécula. Para formarse este enlace se produce un desplazamiento que genera un cambio conformacional en la molécula hacia la conformación tensa, por lo que disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno; en consecuencia, la hemoglobina libera más oxígeno, precisamente en el tejido más activo, que produce más CO 2. De esta forma, la hemoglobina también detecta las necesidades de oxígeno de cada tejido. En resumen, la hemoglobina llega a los tejidos y detecta las necesidades de estos en función de: • la PPO2, cuanto mas baja sea más cantidad de oxígeno se libera. • el pH, cuanto más bajo sea mayor cantidad de oxígeno libera. • la presión parcial de CO2, cuanta más alta sea, mayor cantidad de oxígeno se libera. Por esto se dice que la hemoglobina es una molécula computerizada, capaz de detectar las necesidades de oxígeno de cada tejido en función de su actividad y responder a esas necesidades liberando en cada uno de ellos la cantidad de oxigeno adecuada en cada momento.

Como interaccionan el 2-3 difosfoglicerato con la hemoglobina y cómo influye sobre la fijación del CO2 El BPG es un

producto lateral de la glicólisis de los eritrocitos. El BPG, a pH fisiológico, muestra una media de 4 cargas negativas que le van a permitir entrar en el canal central de la molécula de hemoglobina, gracias a la atracción ejercida por las cargas positivas aportadas por las histidinas en el interior de este canal central.


El BPG sólo puede entrar en este canal cuando la hemoglobina se encuentra en la conformación tensa, porque en ese momento el canal esta ensanchado, ya que cuando la hemoglobina se encuentra en la conformación R, el canal es más estrecho. Cuando la hemoglobina llega a los tejidos libera oxígeno en función de la PPO 2, del pH y de la PPCO2, entonces el BPG intenta meterse en el canal central ensanchándolo, favoreciendo el paso de la hemoglobina hacia la conformación tensa, provocando que se libere algo más de oxígeno. La función biológica del BPG es aumentar la eficiencia de la hemoglobina en el transporte de oxígeno, mejorando la oxigenación de los tejidos. En los adultos, la hemoglobina tiene dos cadenas alfa y dos cadenas beta (2alfa2beta), pero durante el periodo de vida fetal la hemoglobina es 2alfa-2gamma, 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. Por esta razón el BPG muestra menor tendencia a entrar en el canal central de la hemoglobina fetal, por lo tanto su efecto también será menor. Como el efecto del BPG es disminuir la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, el resultado final es que la hemoglobina fetal muestra mayor afinidad por el oxígeno que la hemoglobina adulta (libera oxígeno con mayor dificultad). Si la hemoglobina fetal y materna tuvieran la misma afinidad por el oxígeno tendrían que competir por éste hasta alcanzar el equilibrio. Afortunadamente, esta diferencia de afinidades por el oxigeno entre estas dos hemoglobinas favorece el paso de oxígeno desde la madre al feto a través de la barrera hemato-placentaria, asegurando así el aporte de oxigeno para el hijo.

Describa los procesos mediante los cuales el CO 2 es transportado desde los tejidos periféricos a los pulmones El dióxido de carbono también depende de la sangre para su transporte. Una vez que el dióxido de carbono es liberado de las células, es transportado a la sangre principalmente de tres maneras:


1.- Disuelto en el plasma. 2.- Como iones de bicarbonato resultante de la disociación del ácido carbónico. 3.- Combinado con la hemoglobina. DIOXIDO DE CARBONO DISUELTO Parte del dióxido de carbono liberado desde los tejidos se disuelve en el plasma. Pero sólo una pequeña cantidad, normalmente entre un 7 % y un 10% es transportada de ésta manera. Este dióxido de carbono disuelto abandona la solución donde la pCO2 es baja, como, por ejemplo, en los pulmones. Allí sale de los capilares hacia los alveolos para ser espirado. IONES DE BICARBONATO Con mucha diferencia, la mayor parte del dióxido de carbono es transportado en forma de iones de bicarbonato. Esta forma es responsable del transporte de entre el 60% y el 70% del dióxido de carbono en la sangre. Las moléculas del dióxido de carbono y de agua se combinan para formar ácido carbónico (H2CO3). Este ácido es inestable y se disocia con rapidez, liberando un ion hidrógeno (H+) y formando un ión bicarbonato (HCO3-) : CO2 + H2O _____ H2CO3 ____ H+ + HCO3Ácido ion de bicarbonato Carbónico Posteriormente el ión H+ se combina con la hemoglobina y esta combinación provoca el efecto Bohr, que desplaza a la derecha la curva de disociación de oxígeno y la hemoglobina. Por lo tanto la formación de iones bicarbonato favorecen la descarga del oxígeno. Mediante este mecanismo, la hemoglobina actúa como un amortiguador, combinando y neutralizando los H+ y previniendo así cualquier acidificación significativa de la sangre. Cuando la sangre entra en los pulmones, donde el pCO2 es menor, los iones H+ y de bicarbonato vuelven a unirse para formar ácido carbónico, que entonces se descompone en dióxido de carbono y agua: H+ + HCO3- _____ H2CO3 _____ CO2 + H2O Ión bicarb. ac. carbónico El dióxido de carbono que vuelve a formarse de este modo puede entrar en los alveolos y ser espirado

Anomalías


La hemoglobinopatía es un grupo de trastornos que se transmiten de padres a hijos (hereditarios), en los cuales hay una estructura y producción anormal de la molécula de la hemoglobina. 

Anemias falciformes

Talasemia

Anemias falciformes La anemia falciforme es una enfermedad en la que su cuerpo produce glóbulos rojos con un contorno anormal. Las células tienen forma semilunar o de una hoz. Estas células no duran tanto como las normales, los glóbulos rojos redondos, lo que causa la aparición de anemia. Las células falciformes también se atascan en los vasos sanguíneos y bloquean el flujo. Eso puede provocar dolor y lesionar los órganos. La anemia falciforme es producto de un problema genético. Las personas con la enfermedad nacen con dos genes de células falciformes, uno de cada padre. La presencia del gen de células falciformes y otro normal se denomina rasgo drepanocítico. Aproximadamente 1 de cada 12 personas de raza negra es portadora del rasgo drepanocítico. Un análisis de sangre puede demostrar si usted presenta el rasgo o la anemia. La mayoría de los estados le hacen pruebas a los bebés recién nacidos como parte de los programas de evaluación del recién nacido. Talasemia Es un trastorno sanguíneo que se transmite de padres a hijos (hereditario) en el cual el cuerpo produce una forma anormal de hemoglobina, la proteína en los glóbulos rojos que transporta el oxígeno. Este trastorno ocasiona destrucción excesiva de los glóbulos rojos, lo cual lleva a que se presente anemia. Causas La hemoglobina se compone de dos proteínas: la globina alfa y la globina beta. La talasemia ocurre cuando hay un defecto en un gen que ayuda a controlar la producción de una de estas proteínas. Existen dos tipos principales de talasemia: • •

La talasemia alfa ocurre cuando un gen o los genes relacionados con la proteína globina alfa faltan o han cambiado (mutado). La talasemia beta ocurre cuando defectos genéticos similares afectan la producción de la proteína globina beta.


Las talasemias alfa ocurren con mayor frecuencia en personas del sudeste asiático, Medio Oriente, China y en aquellas de ascendencia africana. Las talasemias beta ocurren en personas de origen mediterráneo, y en menor grado, los chinos, otros asiáticos y afroamericanos. Hay muchas formas de talasemia y cada tipo tiene muchos subtipos diferentes. Tanto la talasemia alfa como la beta abarcan las siguientes dos formas: Talasemia mayor • Talasemia menor Uno debe heredar el gen defectuoso de ambos padres para padecer la talasemia mayor. •

La talasemia menor se presenta si uno recibe el gen defectuoso de sólo uno de los padres. Las personas con esta forma del trastorno son portadores de la enfermedad y por lo regular no tienen síntomas. La talasemia beta mayor también se denomina anemia de Cooley. Los factores de riesgo de la talasemia abarcan: • •

Etnicidad afroamericana, asiática, china o mediterránea Antecedentes familiares del trastorno

BIBLIOGRAFIA http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/sicklecellanemia.html http://trabajosmedicos.blogspot.mx/2011/11/hemoglobina-y-mioglobina-estructura.html


http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/000587.htm http://talasemia.net/ http://www4.ujaen.es/~ravalde/temapaginaweb.htm http://nefasa8324.blogspot.mx/2009/05/transporte-del-dioxido-de-carbono-en-la.html


Iones plasmaticos