Teorica 1 Introducción a la bioquímica y Proteínas con actividad Biológica

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BIOQUÍMICA
Facultad de Cs. Médicas
UNCo
I. ESTRUCTURA Y 
PROPIEDADES DE LAS 
PROTEÍNAS 
II. PROTEÍNAS 
CON 
ACTIVIDAD BIOLÓGICA
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS 
DE OXÍGENO
HEMOGLOBINA MIOGLOBINA
HEMOGLOBINA
Vida aeróbica
Hemoglobina
Proteína conjugada: apoproteína + grupo prostético
globina + grupo hemo
α
α
β
β
Hemo Hb A (tetrámero) 
ESTRUCTURA PROTEICA DE LA Hb
Rica en aminoácidos básicos: Histidina Lisina Arginina
Estructura cuaternaria: 
las 4 cadenas de 
globina se ensamblan 
para dar la proteína 
tetramérica
Estructura terciaria: una 
cadena proteica completa 
(cadena β de 
hemoglobina) 
Estructura 
secundaria:
alfa helice
Aminoácidos
básicos
Histidina
Arginina
Lisina
Formula general de 
los aminoácidos
Carbono alfa
Pirrol
Propionato
Grupo Metilo
Grupo Vinilo
PROTOPORFIRINA IX 
(4 metilos, 2 vinilos, 2 propilos)
•Fe2+
Fe
A
B
C
D
E
F
G
H
Pr
Grupo 
Prostético: 
Hemo
Grupo 
Prostético: 
Hemo
GRUPO HEMO
GRUPO HEMO
Anillo 
pirrólico
Uniones 
meteno
Protoporfirina IX (4 metilos, 2 vinilos y 2 propionatos)
Hierro en estado FERROSO, Fe2+
El grupo hemo es plano
VISTA LATERAL DEL GRUPO HEMO
Histidina 
proximal 
(His F8)
se une al Fe
Anillo 
plano del 
hemo
Residuo de 
histidina
Vista lateral
2 cadenas α 
2 cadenas β2 cadenas γ 2 cadenas δ
Hb A2
(adultos – 2%)
+ + +
HEMOGLOBINA
También hay Hb de los tipos Gower 1, Gower 2 y Portland, que sólo están 
presentes en el embrión.
Hb F
(fetal)
Hb A1
(adultos - 98%)
MIOGLOBINA
Es una proteína conjudada con HEMO
constituida por una sola cadena de 
globina (monomérica)
 Presente en músculo 
 Con alta afinidad por el Oxígeno
 Función: facilitar el transporte de 
oxígeno en el músculo que respira con 
rapidez
La mioglobina es semejante a la subunidad beta de la 
hemoglobina
El hemo se encuentra en una cavidad hidrofóbica que protege al Fe de la oxidación
Mioglobina Subunidad β de la 
hemoglobina
GRUPO HEMO DE LA MIOGLOBINA
El Fe2+ se une a la Histidina F8 y al O2
El O2 forma un puente de H2 con otra histidina
CURVAS DE SATURACIÓN DE LA 
Mb y Hb con el O2
Mioglobina
Y O2= pO2
P50 +pO2
Sa
tu
ra
ci
ón
 c
on
 O
2
(f
ra
cc
ió
n)
Presión parcial de 
O2
(diferentes unidades)
Devlin. Bioquímica con correlaciones clínicas.
Hemoglobina
Y= pO2n /(pO2n + P50 n)
n = 2,8
Indica 
cooperación 
entre sitios 
CURVAS DE LA HEMOGLOBINA Y MIOGLOBINA
¿Qué es la p50?
¿Cómo se define?
¿Como se calcula del gráfico?
¿En qué eje está?
Tejidos Pulmones
Cuanto mayor
es la p50…
mayor o menor es la afinidad 
por el oxígeno?????
menor
Comparamos las curvas de 
Proteínas transportadoras 
de O2 con….
Curvas de Enzimas
ENZIMAS
 MICAELIANAS
 ALOSTÉRICAS
Tienen diferente cinética….
Enzimas micaelianas
Concentración de sustrato
A
ct
iv
id
ad
 e
n
zi
m
át
ic
a
V
el
o
ci
d
ad
 i
n
ic
ia
l 
V
o
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Enzimas Micaelianas
 Ecuación de Michaelis-Menten
 Parámetros cinéticos: Km y Vmax
Curvas Hiperbólicas de 
Mb y Enzimas micaelianas
Mioglobina
P50 semejante al Km
V
el
o
ci
d
ad
 i
n
ic
ia
l 
V
o
 
Concentración de sustrato
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Tomado de: Bioquímica: Conceptos esenciales
De Elena Feduchi Canosa
Varias subunidades, varios sitios activos y 
además presentan sitios alostéricos
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Curva sigmoidea: efecto cooperativo entre sitios activos, 
además moduladores alostéricos
Volvemos a la 
HEMOGLOBINA
La Hb presenta efecto cooperativo positivo
R : Estabilizado por el ligando.
ruptura de puentes salinos α-β. 
Menor cavidad central. 
Predomina como OXI HB
R : Estabilizado por el ligando.
ruptura de puentes salinos α-β. 
Menor cavidad central. 
Predomina como OXI HB
T : estabilizada por red de puentes 
salinos intra e inter subunidades . 
Mayor cavidad central.
Generalmente como DESOXI HB
T : estabilizada por red de puentes 
salinos intra e inter subunidades . 
Mayor cavidad central.
Generalmente como DESOXI HB
Estado REstado REstado TEstado T
CONFORMACIONES DE LA HB
FORMA T (predomina como DESOXIHEMOGLOBINA)
FORMA R (predomina como OXIHEMOGLOBINA
HEMOGLOBINA 
(efecto homotrópico: cooperativo positivo)
T R
R
T
Y O2= (pO2)n
(p50)n +(pO2)
nHb
Estado de 
alta afinidad
Transición del 
estado alta a 
baja afinidad
Estado de 
baja afinidad
¿Qué dispara el cambio 
conformacional de la Hb?
VISTA LATERAL DEL GRUPO HEMO
Histidina 
proximal 
(His F8)
se une al Fe Anillo 
plano del 
hemo
Residuo de 
histidina
Vista lateral
Estado REstado REstado TEstado T
El desplazamiento de Fe (II) hacia el interior del plano del hemo
dispara el cambio de conformación de T a R
Forma T: 
azul
Forma R: 
roja
HEMOGLOBINA
Las interacciones más fuertes, que están señaladas, se producen entre subunidades 
desiguales (alfa1-beta1, y alfa 2 –beta 2). Involucran 35 aa. 
. 
Mecanismo 
de Perutz
Por oxigenación 
los protómeros 
alfa1-beta 1 y alfa 
2- beta 2 se 
desplazan como 
unidades rígidas 
aprox. 15 grados
¿Cuáles son otros ligandos
de la Hb? 
¿Dónde se unen?
¿Qué conformación de la Hb
estabiliza el CO?
Efecto del monóxido de carbono (CO) 
sobre el transporte de Oxígeno
Efecto heterotrópico: 
modificadores de la p50
 2,3-BPG (2,3 bifosfoglicerato) 
 H+ Efecto BOHR
 CO2 Efecto BOHR 
Concertado: BPG, CO2, H+ estabilizan la forma T 
(el cambio conformacional aumenta el pKa de 
algunos grupos, aumenta la afinidad por H+)
BPG
3 carbonos
2 fosfatos
cargado 
negativamente
Síntesis del BPG a partir de un 
intermediario de la glucólisis
BPG en la cavidad central 
de la Hb
Estabiliza la forma Tensa. Efecto heteotrópíco negativo. 
Interacción del BPG con las cadenas beta de la hemoglobina desoxigenada
FORMA T
En azul están marcados los grupos cargados positivamente que 
interaccionan con las cargas negativas del BPG
BPG disminuye la afinidad de la 
Hb por el O2
 Se une a la cavidad central 
y estabiliza la forma T favoreciendo la 
liberación de O2 a los tejidos
 Aumenta la p50
¿En qué situaciones es relevante el 
efecto del BPG? …
HB fetal 
(2 cadenas α α α α y 2 cadenas γγγγ ) 
HbA: His (+) en cadena 
beta 
HbF: Ser (neutra) en 
cadena gamma
HbF < afinidad por BPG y
> afinidad por el O2
HbA: His (+) en cadena 
beta 
HbF: Ser (neutra) en 
cadena gamma
HbF < afinidad por BPG y
> afinidad por el O2
HEMOGLOBINAS FETAL Y MATERNA
Hemoglobina
2 cadenas α α α α 
2 cadenas ββββ2 cadenas γγγγ 2 cadenas δδδδ
Hb F
(fetal)
Hb A
(adultos - 98%)
HbA2
(adultos – 2%)
+
+ +
ADAPTACIÓN A LAS ALTURAS
ADAPTACIÓN A LAS ALTURAS
ADAPTACIÓN A LAS ALTURAS
Efecto heterotrópico: 
modificadores de la p50
 2,3-BPG (2,3 bifosfoglicerato) 
 H+ Efecto BOHR
 CO2 Efecto BOHR 
Concertado: BPG, CO2, H+ estabilizan la forma T 
(el cambio conformacional aumenta el pKa de 
algunos grupos, aumenta la afinidad por H+)
EFECTO BOHR
Efecto heterotrópico (negativo ) causado por los 
H+ y el CO2
Efecto del PH 
¿Dónde se pueden unir los H+ del efecto Bohr?
El grupo imidazol de algunas histidinas de la Hb
puede captar H+ de efecto Bohr
Enlaces iónicos y puentes de Hidrógeno referentes a los dos últimos 
restos de (A) las cadenas α y (B) las cadenas β de desoxiHb. 
Todos estos enlaces se rompen en la transición T → R. 
Los dos grupos que participan en el efecto Bohr se indican por signos
+ blancos en círculos azules (His beta 146, amino terminales de 
cadenas alfa)
Efecto del CO2
Efecto del CO2
Valores 
normales de 
ppCO2 
en sangre 
arterial 35 a 45 
mmHg
venosa 40 a 50 
mmHg
El CO2 que se produce en los tejidos pasa al líquido
intersticial y a los eritrocitos. 
Allí se hidrata dando ácido carbónico, por la 
reacción catalizada por la 
Anhidrasa Carbónica:
CO2+ H2O CO3H2 HCO3
-+ H+
El efecto del CO2 sobre la afinidad de la Hb se 
debe principalmente al aumento de la 
concentraciónde H+
PCO2
AC
Intercambio de Iones en el eritrocito
En tejidos 
En pulmones 
Intercambiador 
cloruro-
bicarbonato: 
-Transportador 
Proteína Banda 3 
(glucoproteína)
Es un contra-
transporte
(antiporte) pasivo 
electroneutro
El CO2 producido en el 
catabolismo entra al 
eritrocito
El bicarbonato 
se disuelve en 
el plasma
El bicarbonato entra 
al eritrocito desde el 
plasma sanguíneo
El CO2 deja el eritrocito 
y es exhalado
El CO2 modula la afinidad de la Hb por el 
O2 directamente al combinarse con los 
grupos N-terminales para formar 
carbaminos
Carbamino
Efectos 
heterotrópicos
Hb (sola)
Sangre 
entera
Modelos de inter-conversión de 
formas inactiva y activa de 
proteínas con cooperativismo
MODELO CONCERTADO 
•Equilibrio entre ambas 
conformaciones
•Unión del primer O2
dispara la ruptura de 
puentes salinos
•El equilibrio se desplaza a 
la forma R
•El cambio es simultáneo 
en todas las subunidades
MODELO SECUENCIAL
SECUENCIAL: estados 
conformacionales intermedios
Modelos de inter-conversión de formas inactiva 
y activa de proteínas con cooperativismo
Concertado Secuencial
Mediado por 
transportadores
J = Jmax [S]
Km + [S]
Difusión
J =PA (C1 – C2)
Cinética del transporte
Intercambios y reacciones en el eritrocito
al fijarse O2 a la 
Hb-H disminuye 
el Pka de 
algunos grupos 
colgantes
Forma T 
aumenta pKa de 
algunos grupos 
colgantes , 
aumenta 
afinidad por H+
Que vimos hoy?
 Proteínas Transportadoras de O2: curva de 
disociación, p50
 Mioglobina
 Hemoglobina - Estados R y T
 Efecto homotrópico y moduladores 
heterotrópicos
 Cinética enzimática - Micaelianas y 
alostéricas. Parametros: Km y Vmax