Hemoglobinas VegetalesHemoglobinas VegetalesHemoglobinas VegetalesHemoglobinas Vegetales

Dr. Raúl Arredondo Peter

Laboratorio de Biofísica y Biología MolecularDepartamento de Bioquímica y Biología MolecularFacultad de CienciasUniversidad Autónoma del Estado de Morelos

La Hemoglobina ha fascinado al

Ser Humano a lo largo de la historia

porque es la proteína que confiere

el color rojo a la sangre

Concierto de Kiss, Agosto de 2004, Cd. de México.

11,000 asistentes.

Sacrificios humanos practicados por algunas culturas antiguas.

Delicias en el arte culinario mexicano.

Hemoglobina de bovino Mioglobina del cachalote

Grupo hemo

Fe

FeO2

O2

O2

El dúo

hemoglobina-mioglobina

Aire (O2)

HbO2

(torrente sanguíneo)

MbO2

(tejido muscular)

ATP

(energía química)

Movimiento

muscular

Función del sistema (dúo)

hemoglobina-mioglobina

Distribución de las hemoglobinas en los tres dominios de la vida.

Las hemoglobinas

se han detectado en

diversos

organismos,

incluyendo a las

plantas

Vinogradov et al. (2005) PNAS 102:11385-11389

E

Hemoglobina “truncada” (2/2) de Chlamydomonas.

Sobreposición de la leghemoglobina a de la soya (azul) con la mioglobina del cachalote

(amarillo).

Se conocen tres tipos de hemoglobinas en las plantas

terrestres

Hemoglobinas simbióticas(leghemoglobinas) Hemoglobinas no simbióticas

Estructura cuaternaria de la hemoglobina 1 del arroz.

Hemoglobinas “truncadas” (2/2)

Sobreposición de las estructuras de laleghemoglobina a de la soya (azul) y la

mioglobina del cachalote (amarillo).

Kubo H (1939) Acta Phytochim.Vol. XI: 195-200

En 1939 Kubo

descubrió las

hemoglobinas

vegetales en los

nódulos de la soya

Planta de soya(Glycine max).

Nódulo radical de una planta de soya.

Las hemoglobinas simbióticas (Lbs) se

localizan en los nódulos de las plantas

que fijan el N2

La función de la Lb es facilitar la difusión

del O2 hasta las oxidasas terminales del

bacteroide

CebadaArroz

Maíz

Soya

Musgos Hepáticas

Briofitas

Dicotiledóneas

Monocotiledóneas

Las

hemoglobinas no

simbióticas se han

detectado en

plantas primitivas

y evolucionadas

Constantes de afinidad por el O2 y el CO de Hb1 recombinante del arroz (silvestre),Hb1 H77L (mutante), Lba de la soya (silvestre y mutante) y Hbs de animales.

PROTEíNA k´O2 kO2 KO2 k´CO kCO KCO(µM-1s-1) (s-1) (µM-1) (µM-1s-1) (s-1) (µM-1)

Hbs no-simbióticas.Hb1 del arroz 68 0.038 1,800 7.2 0.001 7,200Hb1 H77L 620 51 12 150 0.002 75,000Hb de la cebada 2.4 0.028 86 0.21 0.0016 131

Hbs simbióticas.Lba de la soya 130 5.6 23 16 0.0084 1,900Lba H61L 400 2.4 16 170 0.0024 71,000

Hbs de animales.Hb de Ascaris 1.5 0.004 375Mb del cachalote 14 11 1.3

Arredondo-Peter et al. (1997) Plant Physiol. 115: 1259-1266

La afinidad de las hemoglobinas no simbióticas

por el O2 es extraordinariamente alta

Arredondo-Peter et al. (1998) Plant Physiol 118: 1121-1125

Las hemoglobinas no simbióticas

probablemente son proteínas multifuncionales

en los órganos de las plantas

Estructura cuaternaria de Hb1 recombinante del arroz

Pre-hélice A

A

B

CD

E

F

G

H

C-ter

N-ter

Hdis

Hprox

Hargrove et al. (2000) Structure 8: 1005-1014

Lira-Ruan et al. (2001) Plant Sci. 161: 279-287Ross et al. (2001) Protoplasma 218: 125-133

Las hemoglobinas no simbióticas se localizan en

tejidos específicos de los órganos del arroz

Plantas etioladas Plantas inundadas

Lira-Ruan et al. (2001) Plant Sci. 161: 279-287

La síntesis de las hemoglobinas no simbióticas aumenta

cuando las plantas de arroz crecen en condiciones de estrés

Sowa et al. (1998) PNAS 95: 10317-10321

Dordas et al. (2003) Plant J 35: 763-770

Perazzolli et al. (2005) J Exp Bot 57: 479-488

Mantenimiento de los niveles energéticos en el maíz por la hemoglobina de la cebada.

Modulación de los niveles de NO por la hemoglobina de la cebada.

Mecanismo de destoxificación del NO por las

hemoglobinas no simbióticas.

La función de las

hemoglobinas no

simbióticas podría

consistir en mantener los

niveles energéticos de las

células y modular los

niveles de NO

Resumen: lo que sabemos acerca de las hemoglobinas vegetales.

∗Las hemoglobinas se distribuyen ampliamente en el Reino Vegetal.

∗ Las hemoglobinas simbióticas se localizan exclusivamente en los nódulos de las plantas que fijan el nitrógeno, y su función aparente es facilitar la difusión del O2 hasta las oxidasas terminales del bacteroide.

∗Las hemoglobinas no simbióticas tienen una afinidad alta por el O2 debido a que la k´O2

es muy baja, por lo que es probable que su función en la planta sea distinta al transporte de O2.

∗Las hemoglobinas no simbióticas se sintetizan en diversos órganos de la planta, aunque en tejidos específicos.

∗Las condiciones de estrés modulan la síntesis de las hemoglobinas no simbióticas.

∗La función de las hemoglobinas no simbióticas varía con las condiciones fisiológicas de la célula vegetal.

∗Las hemoglobinas no simbióticas son proteínas multifuncionales y su función aparente es mantener los niveles energéticos de las células y modular los niveles de NO.

Agradecimientos(Periodo 1997-2011)

Colaboradores:

Dr. Robert V. Klucas�, UNL, EUADr. Cyril A. Appleby, CSIRO, AustraliaDr. Gautam Sarath, UNL, EUADr. Mark S. Hargrove, ISU, EUADr. José F. Moran, PUN, EspañaDr. Serge N. Vinogradov, WSU, EUADr. William Fuchsman, OC, EUADr. Takeshi Kikuchi, RU, Japón

Postdocs:

Dr. Mario Ramírez Y.Dr. Sabarinathan K. GopalasubramaniamDra. Verónica Garrocho V.Dra. Consuelo Vázquez Limón

Estudiantes de posgrado:Dra. Katerina Lira RuanDra. Emily RossM. en C. Juán Sáenz Rivera

Estudiantes de licenciatura:Joseph LohrmanElena Aréchaga OcampoEmma Álvarez Salgado Genoveva Bustos RiveraFernando Violante MotaCarmen Jaimes LagunasIván Fernández CruzMariel Ruiz Kubli

Estudiantes actuales (2011):Saraí Castro BustosFernando Martínez Ocampo Gustavo Rodríguez Alonso

Financiamiento: CoNaCyT, PROMEP y DGAPA-PAPIIT-UNAM.