Hemoprotenas:Hemoglobina y Mioglobina

HemoprotenasSon protenas conjugadas cuyo grupo prosttico es una porfirina coordinada a un ion metlico. Suelen estar relacionadas con todos los aspectos del metabolismo aerbico

- Transportadores de oxgeno como la hemoglobina y la mioglobina- Clorofilas: porfirinas coordinadas a un ion Mg++- Transportadores electrnicos como los citocromos- Enzimas relacionadas con el transporte electrnico como la citocromo oxidasa- Enzimas relacionadas con el stress oxidativo, como las peroxidasas- Coenzimas cobamdicas o corrinoides (vit. B12)

Hemo a:citocromo oxidasa

Hemo c:citocromo c

Citocromo c

Hemo cFeMet 80His 18Cys 17Cys 14Entorno del grupo hemoen el citocromo c

R:Clorofilas

Bacterioclorofila

1 L de sangre arterial desprende 200 mL de O2 STP. Dada su poca solubilidad, es de suponer que la mayora circula en forma de alguna combinacin qumica.

En efecto, el oxgeno circula en combinacin con la hemoglobina,presente a la concentracin de 145 g/L en sangre, toda ella en el interior del hemate (eritrocito, gbulo rojo), a su vez en cantidadde unos 5 x 106 por ml.

El peso molecular de la hemoglobina es de 64000 (2.2 mmoles.L-1); los 200 mL de O2 suponen 8.8 mmoles.L-1; por tanto, el transportese hace en razn de 8.8/2.2 = 4 moles de oxgeno por mol de hemo-globina.Transporte en sangre de O2

Teniendo en cuenta que en la molcula de hemoglobina hay cuatrotomos de hierro, podemos decir que el transporte tiene lugar en una proporcin de un mol de oxgeno por mol de hierro.

La sangre arterial est equilibrada con una presin parcial deoxgeno de aproximadamente 95-100 mm Hg. La sangre venosaest equilibrada con una presin parcial de oxgeno de aproximadamente 40 mm Hg.

La sangre arterial est saturada prcticamente a 100 %; la venosa, un 70 %. Por tanto, el paso por los tejidos perifricos desprende un30 % del oxgeno combinado con la hemoglobina.

Hemoglobina: protena globular, conjugada y oligomrica

- Grupo prosttico: hemohemo: protoporfirina IX + ion ferroso Fe2+

- Cuatro subunidades, iguales dos a dos:Hemoglobina A1 (HbA1): a2b2 Hemoglobina A2 (HbA2): a2d2

Hemoglobina fetal (HbF): a2g2Hemoglobina Gower 1: z2e2Hemoglobina Gower 2: a2e2Hemoglobina Portland: z2g2

- Se conoce, adems, un gran nmero de hemoglobinas mutantes.

Grupo Hemo b:Protoporfirina IX + Fe

His 93Hlice FHlice EEntorno delgrupo hemoen lamioglobinaFe++

Tanto en la hemoglobina como en la mioglobina, el hierro siempre est en estado ferroso, Fe ++

Cuando el ion ferroso, Fe++ se oxida a frrico, Fe +++, la hemoglobina se convierte en metahemoglobina, queno es funcional

Conviene no confundir metahemoglobina conoxihemoglobina, que es la forma oxigenada (pero no oxidada) de la hemoglobinaDesoxihemoglobina + 4O2 Oxihemoglobina

Cadena a V-LSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHF-DLSH-----GSA 53Cadena b VHLTPEEKSAVTALWGKV--NVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNP 58Mioglobina -GLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASE 59 *: : * **** . * *.* *:: .* * * * .*. ..

Cadena a QVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAHL 113Cadena b KVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHF 118Mioglobina DLKKHGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLAQSHATKHKIPVKYLEFISECIIQVLQSKH 119 .:* ** .* *: . : : .. : .*:: *. * :: :.::.. :: .* :

Cadena a PAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR------ 141Cadena b GKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH------ 146Mioglobina PGDFGADAQGAMNKALELFRKDMASNYKELGFQG 153 :* . .:.: :* : . . :: :*:

Homologa de secuencia a - b - Mioglobina

NCHlice AHlice BHlice CHlice DHlice EHlice Flice GHl ce H

Subunidad aSubunidad bMioglobina

Situacin delgrupo hemo

Hemoglobina A1(forma T, desoxi-)b1b2a2a1

Hemoglobina A1(forma R, oxi-)a1b1a2b2

Entorno delgrupo hemo en ladesoxihemoglobinaHlice FHlice EHis 87 (a)His 92 (b)

Entorno delgrupo hemo en laoxihemoglobinaHlice FHlice EO2His 87 (a)His 92 (b)

Saturacin de O2 en Mioglobina y HemoglobinaHemoglobinaMioglobina

Vol., HbVol., Mb

P50 MbP50 HbConcepto de P50

pH 7.4pH 7.0pH 6.6(Efecto Bohr)

40 mmHg60 mmHg80 mmHg

00.1 mM1 mM

ssssssssssLiiiiiiiiiiForma R, oxi-Forma T, desoxi-Modelo MWC

aaContacto a-a, desoxihemoglobina

a1a2a1Arg 141 (C-t)Asp 126Lys 127Arg 141 (C-t)Desoxi-Oxi-Contacto a-aa2Lys 127Asp 126

abContacto a-b, desoxihemoglobina

abLys 40Arg 92Glu 43His 146 (C-t)aHis 146 (C-t)Lys 40Glu 43Arg 92bbContacto a-bDesoxi-Oxi-

Tyr 42Tyr 42Asp 99Asp 99baabForma T, desoxi-Forma R, oxi-Contacto a-b

Contacto b-b, desoxihemoglobinabb

Forma T, desoxi-Forma R, oxi-2,3-BPGHis 2His 2His 2His 2Val 1Val 1Val 1Val 1Lys 82Lys 82Lys 82Lys 82His 143His 143His 143His 143Contacto b-b

Movimiento delion Fe++ en laoxigenacin de lahemoglobinaForma T, desoxiHbForma R, oxiHb

Inmunoglobulinas

Todos los organismos vivientes tienen mecanismos para distinguir lo propio de lo extrao

- Hongos y plantas, por ejemplo, mediante la produccin de metabolitos secundarios potencialmente txicos para otros organismos: antibiticos, alcaloides, etc.

- Bacterias, mediante el sistema de restriccin de DNA: DNAs extraos son degradados especficamente por las enzimas de restriccin

- Vertebrados, mediante el sistema inmune.

El sistema inmune consta de dos tipos de respuesta:

- La inmunidad celular, mediante la cual clulas inmunocompe- tentes ( linfocitos T) eliminan clulas extraas introducidas en el organismo (p.e. un injerto, un tumor, una clula transforma- da por un virus, etc.)

- La inmunidad humoral, en la que otras clulas inmunocom- petentes (linfocitos B) producen protenas especficas dirigidas contra lo extrao, llamadas anticuerpos.

- Todos los anticuerpos pertenecen a una superfamilia de protenas conocidas como inmunoglobulinas

Llamamos antgeno a la molcula que, introducida en un orga-nismo, produce una respuesta inmune, sea humoral o celular.

En la inmunidad humoral, el antgeno se une especficamente a un linfocito B que produce un anticuerpo complementario. Estelinfocito se multiplica (clon celular) y se transforma en clula plasmtica o plasmocito, que es la clula encargada de la produccin de anticuerpos.

Cada linfocito B produce un solo y nico tipo de anticuerpo. Poresa razn, los anticuerpos obtenidos de un nico clon de linfocitos B reciben el nombre de anticuerpos monoclonales.

El estudio de las inmunoglobulinas se vio facilitado por lanaturaleza de los mielomas, tumores malignos de clulasplasmticas, que producen un solo tipo de anticuerpo (anti-cuerpo monoclonal).

En algunos mielomas humanos se produce la llamada protenade Bence-Jones, que es excretada en la orina, a partir de la quese puede purificar.

Es fcil inducir mielomas en ratn.

A partir de todas estas circunstancias se pueden obtener anti-cuerpos qumicamente puros (monoclonales) lo cual facilitael estudio qumico de las inmunoglobulinas

Porter, 1959:El tratamiento con papana escinde la molcula deinmunoglobulina (Ig) en tres fragmentos, dos de ellosidnticos: dos Fab y un FcFab: Antigen Binding (fijador de antgeno)Fc: Crystallizable (cristalizable)Edelman, 1959:El tratamiento con mercaptoetanol y guanidina 8M, seguidode cromatografa, disocia la Ig en dos componentes de pesosmoleculares 50 kDa (H, de heavy, pesado) y 25 kDa (L, delight, ligero). Como el peso molecular de la Ig nativa es de150 kDa, se deduce que su estructura es H2L2

Por estudios inmunolgicos, se detectan los siguientes isotipos:

- Cadena ligera: k, l- Cadena pesada: g, a, m, d, e

En los dominios constantes puede haber una ligera variabilidaden cada cadena (afecta a uno o dos aminocidos) dando lugar alas variantes conocidas como alotipos

En los dominios variables hay muy poca homologa de secuencia;cada anticuerpo es nico hacia su antgeno: los idiotipos

En cualquier caso, en cada anticuerpo las dos cadenas ligeras y las dos pesadas son iguales entre s.

VHVHCH1CH1VLVLCLCLCH2CH2CH3CH3HLHLCadena pesada o H: g, a, m, d, e

Cadena ligera o L: k, lPuente disulfuroCNNCCNNCInmunoglobulinas

Cadenas ligeras

212 aminocidos2 dominios: VL, N-t (108aa) CL, C-t (104 aa)

Cadenas pesadas

Variable; 450 aminocidos en IgGCuatro o cinco dominios: VH, N-t (108 aa)CH1, CH2, CH3 (y CH4)

En los dominios constantes hay posibilidad devariaciones alotpicas (uno o dos aminocidos solamente)

1305093NCNC356087105LHRegiones hipervariables (CDR) en el dominiovariable de las cadenas H y L en las Ig

Dominio deInmunoglobulina

NCVLCLCadena ligera, L

NCVHCH1CH2CH3OligosacridoCadena pesada, H

Puente disulfuro entre cadenas pesada y ligeraHLCys H128Cys L 214 (C-t)

Inmunoglobulina GFcFabFabH1H2L1L2Oligosacrido

Inmunoglobulina G- Constituye el 70-80 % de las Ig sricas- Contingente mayoritario de la respuesta inmune secundaria- Cuatro tipos distintos: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4- Monomrica- Bajo contenido en carbohidrato (2-3 %)g2k2 , g2l2

Inmunoglobulina A- Constituye el 10-20 % de las Ig sricas- Es la Ig propia de las secreciones (jugo gstrico, saliva, leche)- Dos tipos: IgA1, IgA2- Normalmente dimrica: unin covalente por el pptido J- Alto contenido en carbohidrato (7-12 %)(a2k2)2 , (a2l2)2

Inmunoglobulina M- Constituye el 5-10 % de las Ig sricas- Es la respuesta inmune primaria- Cinco dominios en la cadena pesada- Elevada proporcin de carbohidrato (12 %)- Pentmero unido por disulfuros y un pptido J(m2k2)5 , (m2l2)5

Inmunoglobulina D- Muy baja concentracin en suero (1 %)- Posiblemente relacionada con el receptor de antgeno- Alto contenido en carbohidrato (9-14 %)d2k2 , d2l2

Inmunoglobulina E- La ms minoritaria- Cinco dominios en la cadena H- Membrana de mastocitos y basfilos- Relacionada con inmunidad a parsitos helmnticos- Relacionada con fenmenos de hipersensibilidad (alergia) inmediata: fiebre del heno, asma.- Alto contenido en carbohidratoe2k2 , e2l2