Proteínas alostéricas.

Son proteínas cuya función es modulada por la unión no covalente y reversible de pequeños ligandos llamados efectores alostéricos a centros de unión específicos, especialmente distintos. La interacción es transmitida por cambios conformacionales de la proteína.

Pueden variar entre dos conformaciones afines y estables:

Conformaciones de las proteínas alostéticas.

La proteína alostérica, como consecuencia, puede cambiar su especificidad. Si hay una determinada concentración de un ligando en el medio, hará que la proteína se más o menos afín a otro, desplazándose el equilibrio.

En la mayoría de estas proteínas, son oligómeras. En ocasiones tiene más de un centro de unión por ligando. El estado configuracional hará que los demás tengan una u otra por transmisión a través de las superficies de contacto.

Modificación estructural en proteínas alostéricas.

Hay dos tipos de relaciones de este tipo:

• Homotrópicos: el ligando afecta a la afinidad por otros ligandos que son iguales a este (como en el ejemplo anterior).
• Heterotrópicos: el ligando afecta a la afinidad de la proteína por otro ligando diferente.

Dos ejemplos de proteínas alostéricas son la mioglobina y la hemoglobina. Ambas tienen capacidad para unirse de forma reversible al O2.

Son proteínas enlazadas, tienen un grupo prostético llamado grupo hemo, que es el grupo que tiene la capacidad de unirse al oxígeno.

El grupo central del grupo hemo es la Ferro-protoporfirina. Veremos la fórmula de la Ferro-protoporfirina IX, una molécula orgánica compleja, de estructura prácticamente plana y que posee, en el centro de la misma, un hierro que tiene la capacidad de unirse al oxígeno.

Este grupo hemo es común a la mioglobina y a la hemoglobina. Pero las proteínas son diferentes. La mioglobina es un polipéptido de 153 aminoácidos con un grupo hemo. La hemoglobina es una proteína oligomérica, con cuatro cadenas, dos cadenas α de 141 aminoácidos cada una y dos cadenas β de 146 aminoácidos cada una.

Grupo hemo.

 El grupo hemo es una molécula prácticamente plana. Se une a la proteína por medio de la histidina.

Unión del grupo hemos a la histidina de la hemñoglobina.

Como decíamos la mioglobina es un péptido de 153 aminoácidos, con un grupo hemo incrustado en la proteína de forma que el hierro no se oxide con excesiva facilidad (es decir, que no se oxide si no es en presencia de oxígeno). Las dimensiones de la proteína son 45x35x25 amstrongs. El 75% de la proteína está en forma de hélices α, en concreto se organizan en ocho tramos en forma de hélice.

Mioglobin

Ya comentamos que la hemoglobina posee cuatro cadenas, dos subunidades α de 141 aminoácidos cada uno y dos subunidades β de 146 aminoácidos cada una. La estructura de cada subunidad de la hemoglobina es similar a la de la hemoglobina. Sin embargo, solo coinciden 26 aminoácidos en su posición. Eso si, tiene aminoácidos que, aun siendo diferentes, son equivalentes.

Las cuatro subunidades se unen en una estructura cuaternaria, formando una estructura parecida a la de un tetraedro. Entre las subunidades no hay puentes disulfuro, solo enlaces débiles.

Hemoglobina.

A las subunidades se les denomina α1, α2, β1 y β2. La subunidad α1 está muy unida a la subunidad β1 y la subunidad α2 está muy unida a la subunidad β2.

Esquema hemoglobina.

 Las reacciones de unión de la hemoglobina y mioglobina con el oxígeno son reversibles. La mioglobina se une al oxígeno en los pulmones y se desprende del oxígeno en los tejidos.

La hemoglobina y la mioglobina se van a comportar de manera muy diferente. Basta con estudiar las curvas de saturación por oxígeno:

Afinidad por el oxígeno de hemoglobina y mioglobina.

 La mioglobina consigue el 50% de saturación con una concentración de oxígeno de 1mmHg, mientras que la hemoglobina necesita 26mmHg.

De esto se desprende que la afinidad de la mioglobina por el oxígeno es mucho mayor que la de la hemoglobina. Gráficamente, la mioglobina tiene la típica forma hiperbólica. Se debe a que el único factor que hay que tener en cuenta es la presión parcial de oxígeno.

La hemoglobina, en cambio, tiene una curva sigmoidal. Esto indica que la unión del oxígeno a la hemoglobina presenta cooperatividad positiva. El oxígeno va a ser un efector o modulador homotrópico de si mismo, cuando se une el primer oxígeno, facilita la unión de los demás. Esto tiene una explicación estructural. Hay diferencias en la estructura cuaternaria de la hemoglobina y la hemoglobina unida a oxígeno. La cadena de hemoglobina desoxigenada presenta ocho enlaces salinos, la cadena de hemoglobina oxigenada no presenta enlaces salinos.

La hemoglobina está en estado T, o estado tenso, y tiene menos afinidad por el oxígeno. Al romperse los enlaces pasa a un estado más relajado, situación R, en la que presenta mayor afinidad por el oxígeno.

Cuando la primera molécula de oxígeno se engancha a uno de los hierros del grupo hemo, este sufre un desplazamiento, que a la larga acabará produciendo la ruptura de esos ocho enlaces y la pérdida de la conformación:

Cambio conformacional en la hemoglobina

 Este cambio de la primera subunidad se transmite por la superficie de contacto a las demás subunidades y hace que estas comiencen a presentar mayor afinidad por el oxígeno. Es decir, que las otras tres subunidades se cargarán de oxígeno más fácilmente. Se debe a que la posición relativa de las cuatro subunidades se modifica.

El CO2 y los H+ hacen o contrario. Funcionan como moduladores negativos, va a dificultar la unión del oxígeno, siendo por lo tanto heterotrópicos respecto al oxígeno.

Alosterismo de la hemoglobina por oxígeno.

El CO2 va a promover el cambio conformacional contrario, hacia el estado de mínima afinidad por el oxígeno. Va a promover la expulsión de oxígeno y la unión de más dióxido de carbono. El CO2 y el H+ tienen su centro de unión específicos y distintos a los del O2. Van a revocar el efecto Boro, en los pulmones se carga de O2 y se deshace de CO2 y H+. Cuando vuelve a los tejidos hay mucho dióxido de carbono y el medio está relativamente ácido, lo que promueve que se descargue del oxígeno y se una a ellos. Después, la sangre la empuja hacia los pulmones y vuelta a empezar.

La hemoglobina y la mioglobina son muy parecidas estructuralmente, tienen el mismo ligando, pero funciones distintas. La hemoglobina lleva oxígeno por la sangre. La mioglobina se encuentra en los tejidos y acumula el oxígeno. La hemoglobina va a estar capacitada para cargarse y descargarse de oxígeno con facilidad. La presión parcial de oxígeno en los pulmones es muy elevada y por eso la hemoglobina se llena de oxígeno. En los tejidos esta presión parcial de oxígeno es baja (entre 10 y 40mm de Hg). A esta presión, tenderá a desprenderse el oxígeno. Se desprende al menos una tercera parte del oxígeno enlazado. La mioglobina no podría llevar a cabo esta función, se podría cargar con facilidad de oxígeno, pero al llegar a los tejidos le costaría mucho desengancharlo. Sin embargo, si puede actuar como reserva, acumula oxígeno en los tejidos. Todo el oxígeno que desprende la hemoglobina, que la hemoglobina no puede retener, es retenido por la mioglobina.