proteínas transportadoras de oxígeno
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A L L YO U N E E D T O K N O W
B Y
B R . C A R L O S P E D R O Z A
Unidad I
Universidad Central de Venezuela
Facultad de Medicina
Escuela “José María Vargas”
Cátedra de Bioquímica
Br. Carlos Pedroza
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE O2
Proteínas Transportadoras de
Oxígeno
A L L YO U N E E D T O K N O W
B Y
B R . C A R L O S P E D R O Z A
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Proteína Transportadora de O2
“Proteína con un grupo prostético (hemo) afín al Oxígeno, con el cual cumple funciones de transporte”
Conceptos Básicos
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Esquema
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Cooperatividad Alosterismo
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Significado
Clínico del
DPG
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad Alosterismo
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Significado
Clínico del
DPG
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Esquema
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Parte Proteica
Met
Ala
Arg
Asn
Asp
His
Gly
Glu
Gln
Ile
Leu
Lys
Phe
Pro
Val
Tyr
Trp
Thr
Cys Ser
Grupo Hemo
Proteínas Transportadoras de Oxígeno
Grupo Prostético
Parte Proteica
Apoproteína
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Parte Proteica
Met
Ala
Arg
Asn
Asp
His
Gly
Glu
Gln
Ile
Leu
Lys
Phe
Pro
Val
Tyr
Trp
Thr
Cys Ser
Grupo Hemo
Proteínas Transportadoras de Oxígeno
Grupo Prostético
Parte Proteica
Apoproteína
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Pirrol C4H5N
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Hemo
Puente metino
R1-CH=R2
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Metil -CH3 2, 3, 5 y 7
Vinil -HC=CH2 4 y 6
Propionil -CH2-CH2-COOH 1 y 8
Puente metino
R1-CH=R2
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Enlaces de Coordinación del Fe++
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Hemo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Hemo
Metil -CH3
Vinil -HC=CH2
Propionil -CH2-CH2-COOH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Parte Proteica
Met
Ala
Arg
Asn
Asp
His
Gly
Glu
Gln
Ile
Leu
Lys
Phe
Pro
Val
Tyr
Trp
Thr
Cys Ser
Grupo Hemo
Proteínas Transportadoras de Oxígeno
Grupo Prostético
Parte Proteica
Apoproteína
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura
Primaria
Estructura
Secundaria
Estructura
Terciaria
Estructura
Cuaternaria
Parte Proteica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Parte Proteica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Parte Proteica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Primaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Secundaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Secundaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Secundaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Terciaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
C
COO-
(CH2)3 NH
C NH2+
H2N
-OOC CH2 C
+H3N (CH2)4 C
+H3N C Val 1
Lys 127
Asp 126Arg 141
a1
a2
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
C
(CH2)3 NH
C NH2+
H2N
Arg 92
CH2 CCH2-OOC
C (CH2)4 NH3+
-OOC
CH CH2
NH
+HNLys 40
His 146 (C-t)
Glu 43
a2
b1
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
NH+HN
CH2 C
C CH2 COO-
Asp 94
His 146
b1 b2
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Apoproteína
Estructura Cuaternaria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Alosterismo
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Significado
Clínico del
DPG
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Esquema
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Positiva Negativa
“Mecanismo con el cual la unión de
un ligando a una molécula aumenta la
probabilidad de la unión de otro ligando”.
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Positiva Negativa
“Mecanismo con el cual la unión de
un ligando a una molécula aumenta la
probabilidad de la unión de otro ligando”.
“Mecanismo con el cual la unión de
un ligando a una molécula disminuye la
probabilidad de la unión de otro ligando”.
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Positiva Negativa
“Mecanismo con el cual la unión de
un ligando a una molécula aumenta la
probabilidad de la unión de otro ligando”.
“Mecanismo con el cual la unión de
un ligando a una molécula disminuye la
probabilidad de la unión de otro ligando”.
Cooperatividad
“Al momento de la unión del ligando a uno de los sitios de afinidad, se genera un
cambio conformacional que se transmite a otros sitios interconectados, los cuales
aumentan o disminuyen su afinidad por el ligando”
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Positiva Negativa
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Requerimientos
• Dos sitios de unión
interconectados
• Dos estados
conformacionales con
distinta afinidad por el
ligando.
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Concertada Secuencial
Cooperatividad
“La unión de una molécula de ligando (O2)
favorece la unión de las siguientes, por cambios
en la conformación de la proteína
(Hemoglobina) de estado Tenso a Relajado”.
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
P50
Presión parcial de oxígeno donde la
proteína transportadora está hemi-
saturada (50% saturada)
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Cu
rv
a
Hip
erb
ólic
a
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Cu
rv
a
Sig
mo
idea
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Cooperatividad
Co
nc
lu
sió
n
Mb
→ A
lmac
enad
or
Hb
→ T
ran
spo
rtad
or
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Esquema
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Cooperatividad
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Significado
Clínico del
DPG
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Alosterismo
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Alosterismo
“Regulación de la actividad de una macromolécula por un elemento diferente a su sustrato”
¿Qué moléculas tienen un efecto
alostérico?
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del H+
C +H3N H
R
COO-
2 7 12
Ácido Base
↑[H+] → ↑[Formas protonadas] ↓[H+] → ↑[Formas no protonadas]
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del H+
2 7 12
Ácido Base
↑[H+] → ↑[Formas protonadas] ↓[H+] → ↑[Formas no protonadas]
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del H+
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del CO2
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del 2,3 DPG
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del 2,3 DPG
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del 2,3 DPG
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Alostérico del 2,3 DPG
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Cooperatividad Alosterismo
Significado
Clínico del
DPG
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Esquema
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Alvéolos
pulmonares
Atmósfera
O2 CO2
O2 CO2
O2 CO2
O2 CO2
O2 + glucosa → CO2 + H2O + ATP
Célula
Circulación
sistémica
Circulación
pulmonar
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Concentraciones
pH = 7,2
↓ pO2
↑ pCO2
↑ [H+]
Forma T Forma promovida
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Concentraciones
pH = 7,6
↑ pO2
↓ pCO2
↓[H+]
Forma R Forma promovida
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Concentraciones
pH = 7,2
↓ pO2
↑ pCO2
↑ [H+]
Forma T Forma promovida
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Concentraciones
pH = 7,6
↑ pO2
↓ pCO2
↓[H+]
Forma R Forma promovida
Corazón
Efecto
Bo
hr
Desoxi-Hb
Oxi-Hb
Efe
cto
Hal
dan
e
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Concentraciones
pH = 7,2
↓ pO2
↑ pCO2
↑ [H+]
Forma T Forma promovida
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Corazón
Efecto
Bo
hr
Desoxi-Hb
Oxi-Hb
Efe
cto
Hal
dan
e
Concentraciones
pH = 7,6
↑ pO2
↓ pCO2
↓[H+]
Forma R Forma promovida
EFECTO
BOHR
Consiste en que al haber un pH alto, baja pO2 y alta
pCO2, la protonación y carboxilación de grupos
específicos lleva a la transición de
R → T
lo cual promueve liberación de O2 y captura de H+, CO2
y 2,3 BPG
EFECTO
HALDANE
Consiste en que al haber una alta pO2, sumado a un
bajo pCO2 y alto pH, la unión del O2 a la Hb
promueve la ruptura de puentes iónicos que
estabilizan la conformación T y lleva a la transición de
T → R
descencadenando la liberación de H+, CO2 y 2,3
BPG y la captura de O2
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Concentraciones
pH = 7,2
↓ pO2
↑ pCO2
↑ [H+]
Forma T Forma promovida
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Corazón
Efecto
Bo
hr
Desoxi-Hb
Oxi-Hb
Efe
cto
Hal
dan
e
Concentraciones
pH = 7,6
↑ pO2
↓ pCO2
↓[H+]
Forma R Forma promovida
EFECTO
BOHR
Consiste en que al haber un pH alto, baja pO2 y alta
pCO2, la protonación y carboxilación de grupos
específicos lleva a la transición de
R → T
lo cual promueve liberación de O2 y captura de H+, CO2
y 2,3 BPG
EFECTO
HALDANE
Consiste en que al haber una alta pO2, sumado a un
bajo pCO2 y alto pH, la unión del O2 a la Hb
promueve la ruptura de puentes iónicos que
estabilizan la conformación T y lleva a la transición de
T → R
descencadenando la liberación de H+, CO2 y 2,3
BPG y la captura de O2
Hb
CO2
H+
+ O2
Efecto
Haldane
Alvéolos pulmonares
Efecto Bohr
Tejido
metabólicamente
activo
2,3 BPG
O2-Hb + CO2 + H+ + 2,3 BPG
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Efecto Bohr y Efecto Haldane
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Cooperatividad Alosterismo
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Esquema
Significado
Clínico del
DPG
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Significado Clínico del DPG
A 50m de profundidad
PO2 sangre~200 mm Hg
A nivel del mar
PO2 sangre ~ 100 mm Hg
A 9000m
PO2 sangre ~ 19 mm Hg
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Significado Clínico del DPG
¿Qué puede hacer el
organismo? ■ Producción de mayor cantidad de
2,3-DPG, disminuyendo la afinidad
de la Hb por el O2
■ Aumento en la producción de
eritrocitos → Policitemia
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Significado Clínico del DPG
¿Qué puede hacer el
organismo?
■ Producción de mayor
cantidad de 2,3-DPG,
disminuyendo la afinidad
de la Hb por el O2
■ Aumento en la
producción de eritrocitos
→ Policitemia
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Estructura de las Proteínas
Transportadoras de O2
Cooperatividad Alosterismo
Efecto Bohr y
Efecto
Haldane
Significado
Clínico del
DPG
Esquema
Mutaciones que afectan la
función de la Hb
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
HbA α2β2
(97%)
HbF α2γ2
(0,5%)
HbA2
α2δ2
(2,5%)
HbA0 (93-95%)
HbA1 (5-7%)
HbA1b
(0,5%)
HbA1c
(4-6%)
HbA1a (0,5%)
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
Hemoglobina A1c
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
Hemoglobina A1c
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
Hemoglobina Fetal
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
Hemoglobina Fetal
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
Hemoglobina Fetal
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Variantes de la hemoglobina
Hemoglobina Fetal
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Anemia falciforme o drepanocítica
HbS Gluβ6 → Valβ6
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Anemia falciforme o drepanocítica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Anemia falciforme o drepanocítica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Anemia falciforme o drepanocítica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Metahemoglobinemia (HbM)
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Talasemia
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
Patologías asociadas
Hemoglobina de Kempsey
↓Cooperatividad
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
“Heart of Steel (Hemoglobin)” 2005, Sculpture weathering steel and glass
1st Street/"A" Avenue, City of Lake Oswego.
Julian Voss-Andreae
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza
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