BackCapítulo 7: Función de Proteínas – Mioglobina, Hemoglobina e Inmunoglobulinas
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Función de las Proteínas
Introducción a las Funciones de las Proteínas
Las proteínas desempeñan una amplia variedad de funciones fisiológicas en los organismos vivos, incluyendo el transporte, el soporte estructural, el reconocimiento molecular, la defensa inmunológica y la catálisis de reacciones bioquímicas. La función de cada proteína está determinada por su estructura tridimensional, la cual es resultado de la secuencia de aminoácidos y su plegamiento.
Funciones fisiológicas: Transporte de moléculas (ej. oxígeno), defensa inmunológica, catálisis enzimática, señalización celular, soporte estructural.
Mecanismos de regulación: Las proteínas pueden regular su actividad mediante cambios conformacionales, interacciones con otras moléculas o modificaciones químicas.
Proteínas modelo: Mioglobina (Mb), Hemoglobina (Hb), Anticuerpos (Ab, inmunoglobulinas).
Enlazamiento Reversible de O2 a Mioglobina y Hemoglobina
Mioglobina (Mb)
La mioglobina es una proteína monomérica presente en el músculo vertebrado, compuesta por una sola cadena polipeptídica y un grupo hemo. Su función principal es almacenar oxígeno y facilitar su difusión en el tejido muscular.
Estructura: 153 residuos, 8 α-hélices (A-H), estructura globular compacta.
Grupo hemo: Cofactor que contiene un ion Fe2+ en el centro de una porfirina, responsable de enlazar O2.
Enlazamiento de O2: Reversible y simple, descrito por una curva de saturación hiperbólica.
Constante de disociación (Kd): Para mioglobina, Kd ≈ 2.8 torr.
Fórmula de equilibrio:
Curva de saturación: Hiperbólica, característica de proteínas con un solo sitio de unión o sitios independientes.
Hemoglobina (Hb)
La hemoglobina es una proteína tetramérica presente en los eritrocitos, compuesta por cuatro subunidades (2α y 2β), cada una con su propio grupo hemo. Su función principal es transportar oxígeno desde los pulmones a los tejidos y facilitar el retorno de dióxido de carbono.
Estructura: Tetramérica (α2β2), cada subunidad similar a la mioglobina.
Enlazamiento de O2: Exhibe cooperatividad, descrita por una curva de saturación sigmoidal.
Constante de disociación (Kd): Para hemoglobina, Kd ≈ 26 torr.
Curva de saturación: Sigmoidal, indicativa de cooperatividad entre los sitios de unión.
Cooperatividad: El enlace de O2 a una subunidad aumenta la afinidad de las subunidades restantes por O2.
Grupo Hemo
Estructura y Función del Grupo Hemo
El grupo hemo es un sistema conjugado derivado de la porfirina, con un ion Fe2+ en el centro. El Fe2+ puede enlazar O2 de manera reversible. El grupo hemo se encuentra en un bolsillo hidrofóbico de la proteína, estabilizado por residuos hidrofóbicos y una histidina proximal (His F8).
Coordinación: El Fe2+ está coordinado a cuatro nitrógenos de la porfirina, un nitrógeno de la histidina proximal y un sexto sitio disponible para O2.
Interacciones: La histidina distal (His E7) estabiliza el O2 mediante un enlace de hidrógeno.
Otras moléculas: CO y NO pueden enlazarse al hemo con mayor afinidad que O2, lo que explica su toxicidad.
Conformaciones de Hemoglobina: Estados T y R
Transición T (Tight) – R (Relaxed)
La hemoglobina puede existir en dos conformaciones principales:
Estado T (Tight): Baja afinidad por O2, estabilizado por puentes salinos e interacciones iónicas.
Estado R (Relaxed): Alta afinidad por O2, menos enlaces iónicos, favorecido cuando O2 está enlazado.
La unión de O2 induce un cambio conformacional de T a R, facilitando la unión de más O2 (cooperatividad positiva).
Modulación de la Afinidad de Hemoglobina
Efecto Bohr
El efecto Bohr describe la disminución de la afinidad de la hemoglobina por O2 cuando disminuye el pH (aumenta la concentración de H+) o aumenta la concentración de CO2. Esto facilita la liberación de O2 en los tejidos metabólicamente activos.
Reacción:
Implicación fisiológica: En tejidos con pH bajo, la hemoglobina libera O2 más fácilmente.
2,3-Bisfosfoglicerato (2,3-BPG)
El 2,3-BPG es un modulador alostérico que disminuye la afinidad de la hemoglobina por O2 al estabilizar el estado T. Es esencial para la liberación eficiente de O2 en los tejidos.
Interacción: Se une en el canal central de la hemoglobina desoxi, formando puentes de hidrógeno con residuos de las subunidades β.
Adaptación: En condiciones de baja presión de O2 (altitud), aumenta la concentración de 2,3-BPG, facilitando la liberación de O2.
Modelos de Alosterismo en Hemoglobina
Modelo de Simetría (Concertado, MWC)
Propuesto por Monod, Wyman y Changeux, este modelo postula que todas las subunidades de una proteína oligomérica existen en el mismo estado conformacional (T o R) y el enlace de un ligando desplaza el equilibrio hacia el estado de mayor afinidad.
Características: Transición simultánea de todas las subunidades.
Aplicación: Explica la cooperatividad positiva en hemoglobina.
Modelo Secuencial (Koshland-Némethy-Filmer)
En este modelo, el enlace de un ligando induce un cambio conformacional en la subunidad a la que se une, y este cambio puede propagarse de manera secuencial a subunidades vecinas.
Características: Pueden coexistir subunidades en diferentes estados (T y R) en la misma molécula.
Aplicación: Explica la existencia de intermediarios en la transición T-R.
Variantes de Hemoglobina y Enfermedades
Mutaciones y Hemoglobinopatías
Las mutaciones en la secuencia de hemoglobina pueden alterar su estructura y función, dando lugar a enfermedades como la anemia falciforme (drepanocítica).
Hemoglobina S (HbS): Mutación Glu6Val en la cadena β, provoca la formación de polímeros de desoxiHbS que deforman los eritrocitos (células falciformes).
Otras variantes: Mutaciones que afectan la unión del hemo, la estabilidad de la proteína o la afinidad por O2.
Anticuerpos (Inmunoglobulinas)
Estructura y Función de los Anticuerpos
Los anticuerpos o inmunoglobulinas son glicoproteínas producidas por linfocitos B, que reconocen y se unen específicamente a antígenos extraños, facilitando su neutralización o destrucción.
Estructura: Dos cadenas pesadas (H) y dos cadenas ligeras (L), unidas por enlaces disulfuro.
Regiones: Variable (V): Reconoce el antígeno. Constante (C): Determina la clase y función del anticuerpo.
Clases: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE (diferentes funciones y localizaciones).
Anticuerpos Monoclonales y Policlonales
Monoclonales: Producidos por un solo clon de células B, reconocen un solo epítopo.
Policlonales: Mezcla de anticuerpos producidos por diferentes células B, reconocen múltiples epítopos.
Interacción Antígeno-Anticuerpo
La unión entre anticuerpo y antígeno es altamente específica y está mediada por fuerzas no covalentes (puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals e interacciones iónicas).
Constante de disociación: típicamente entre y M.
Aplicación: Inmunoensayos como ELISA aprovechan la especificidad de esta interacción.
Tabla: Clases de Inmunoglobulinas Humanas
Clase | Cadena Pesada | Cadena Ligera | Masa Molecular (kDa) | Funciones Principales |
|---|---|---|---|---|
IgG | γ | κ o λ | 150 | Principal en sangre, atraviesa placenta, respuesta secundaria |
IgM | μ | κ o λ | 900 (pentámero) | Respuesta inmune primaria, activación de complemento |
IgA | α | κ o λ | 160 (dímero) | Secreciones mucosas (saliva, lágrimas, leche) |
IgD | δ | κ o λ | 180 | Función en la activación de linfocitos B |
IgE | ε | κ o λ | 200 | Reacciones alérgicas, defensa contra parásitos |
Resumen y Aplicaciones
La función de proteínas como mioglobina, hemoglobina e inmunoglobulinas es esencial para la vida.
El estudio de sus mecanismos de acción y regulación permite comprender procesos fisiológicos y patológicos.
Las variantes y mutaciones en estas proteínas pueden causar enfermedades hereditarias.
El conocimiento de la interacción antígeno-anticuerpo es fundamental para el desarrollo de técnicas diagnósticas y terapéuticas.
