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Estructura y función del cuerpo humano
La mioglobina es una proteína del músculo de un peso molecular de 17.8 kilodaltons (kDa), cuya función es el transporte y la reserva de oxígeno; está formada por 153 aa, con un 75 % de estructura a-hélice y con el grupo hemo localizado en una cavidad de la molécula (Fig. 2-23). La hemoglobina (Hb) es una proteína de los hematíes de un peso molecular de 66 kDa formada por cuatro subunidades, cada una de las cuales tiene una estructura tridimensional parecida a la de la mioglobina. Las cadenas polipeptídicas que forman la hemoglobina pueden ser de varios tipos y son distintas en el feto y en el adulto: ADULTO (98 % Hb A; 2 % Hb A2) FETO (Hb F) 2 cadenas a 2 cadenas b (Hb A) 2 cadenas d2 (Hb A2)
2 cadenas a 2 cadenas c
En los hematíes de los individuos diabéticos también se encuentra otra forma de hemoglobina, la hemoglobina glucosilada (Hb A1c), que se forma por la combinación del grupo N-terminal de la cadena b de la Hb con el grupo aldehído de la glucosa. La concentración de hemoglobina glucosilada depende de la concentración de glucosa en la sangre y puede representar hasta el 12 % o más de la cantidad total de Hb. La estructura de la Hb es casi esférica y los cuatro grupos hemo están localizados en unas cavidades, próximas al exterior y separadas entre sí. A diferencia de la mioglobina, que sólo transporta oxígeno, la Hb también transporta CO2 y protones. El monóxido de carbono (CO) también puede unirse al grupo hemo, tanto en la hemoglobina como en la
Energía libre (G)
ESTADO DE TRANSICIÓN ΔG# no catalizado
mioglobina, y aunque la unión es débil desplaza al oxígeno. La Hb es una proteína alostérica, es decir, contiene diferentes centros de unión para distintas moléculas, los cuales, aunque están situados en regiones diferentes de la proteína, interaccionan a distancia (la unión de una molécula en un centro provoca un cambio de conformación global en la Hb que se propaga a una región distante de otro centro de unión para otras moléculas). La unión de la primera molécula de oxígeno a uno de los cuatro grupos hemo de la Hb es de baja afinidad, pero esta unión favorece la unión de otras moléculas de oxígeno en los otros tres centros de unión, lo que se conoce como unión cooperativa. La ventaja fisiológica de la unión cooperativa del oxígeno a la Hb, respecto a la unión mioglobina-oxígeno, es que le permite liberar casi el doble de moléculas de oxígeno, al pasar de un lugar con una presión parcial de oxígeno alta a otro con una presión parcial de oxígeno baja (Fig. 2-24). La afinidad de la unión Hb-O2 está regulada por una molécula denominada 2,3-difosfoglicerato (DPG), molécula que se encuentra en los eritrocitos en la misma concentración molar que la Hb y que disminuye unas 26 veces la afinidad de la unión Hb-O2 (respecto a la unión mioglobina-oxígeno), al modificar la estructura cuaternaria de la Hb. La concentración de DPG aumenta durante la hipoxia, para facilitar la liberación de oxígeno en los tejidos; el DPG es expulsado de la Hb cuando ésta se une al oxígeno. El anhídrido carbónico se une a los grupos N-terminal de las cuatro cadenas polipeptídicas formando grupos carbamato (RUNHUCOUO-), los cuales, al formar enlaces iónicos con las cadenas laterales de los aminoácidos, disminuyen la afinidad de la unión Hb–O2. El punto de unión de los protones es la molécula de histidina, aminoácido que se encuentra unido al átomo de hierro del grupo hemo. La afinidad de la unión HbUO2 depende del pH y de las presiones parciales de O2 y CO2: — El aumento de la presión parcial de CO2 y de la concentración de protones (pH bajo) en los capilares de los tejidos biológicamente activos disminuye la afinidad HbUO2 y favorece la liberación de O2 (efecto Bohr). — El aumento de la presión parcial de oxígeno en los alvéolos pulmonares disminuye la afinidad de la unión de la Hb al CO2 y a los protones y favorece la liberación de CO2 (efecto Haldane). Para una información más amplia del transporte de gases por la sangre, véanse los Apartados 14.5 y 14.6.
SUSTRATO ΔG# catalizado por el enzima
2.7. ENZIMAS 2.7.1. Propiedades generales PRODUCTO
Curso de la reacción
Figura 2-25. Reacción catalizada por una enzima (se representa con una línea discontinua): la disminución de la energía libre de activación (BG#) aumenta la velocidad de la reacción.
Las enzimas son moléculas que aceleran las reacciones químicas de los seres vivos, aunque sin alterar su equilibrio; se comportan, por tanto, como catalizadores biológicos. Las enzimas catalizan las reacciones químicas de las moléculas y las transformaciones en los diferentes tipos de energía (luminosa, química, mecánica). En algunas de las enfermedades geneticometabólicas existe un déficit parcial o una ausencia total de una enzima (p. ej., algunos tipos de inmunodeficiencia se deben a la falta de una enzima denominada adenosina desaminasa). En otras enfermedades se produce