16. Estudio pormenorizado dealgunas proteínas
Hemoproteínas:Hemoglobina y Mioglobina
Hemoproteínas
Son proteínas conjugadas cuyo grupo prostético es una porfirina coordinada a un ion metálico. Suelen estar relacionadas con todos los aspectos del metabolismo aeróbico
- Transportadores de oxígeno como la hemoglobina y la mioglobina- Clorofilas: porfirinas coordinadas a un ion Mg++
- Transportadores electrónicos como los citocromos- Enzimas relacionadas con el transporte electrónico como la citocromo oxidasa- Enzimas relacionadas con el stress oxidativo, como las peroxidasas- Coenzimas cobamídicas o corrinoides (vit. B12)
Fe++N
CH3
HO N
CH2 CH2
CH3
COO-
N
H3C CH
CH2
N
C CH2
CH2
COO-
O
HHemo a:
citocromo oxidasa
Fe++N
CH3
CH2CH2SCys 14
N
CH2 CH2
CH3
COO-
N
H3C CH2 CH2 S Cys 17
N
H3C CH2
CH2
COO-
Hemo c:citocromo c
Citocromo c
Hemo c
Fe
Met 80
His 18
Cys 17
Cys 14
Entorno del grupo hemoen el citocromo c
Fe++N
O
O
N
CH2
R
CH3
N
H3C CH
CH2
N
CH3C
O
C
O
OCH3
CH3 en clorofila a
CHO en clorofila bR:
Clorofilas
Mg++
Bacterioclorofila
1 L de sangre arterial desprende 200 mL de O2 STP. Dada su poca solubilidad, es de suponer que la mayoría circula en forma de alguna combinación química.
En efecto, el oxígeno circula en combinación con la hemoglobina,presente a la concentración de 145 g/L en sangre, toda ella en el interior del hematíe (eritrocito, góbulo rojo), a su vez en cantidadde unos 5 x 106 por l.
El peso molecular de la hemoglobina es de 64000 (2.2 mmoles.L-1); los 200 mL de O2 suponen 8.8 mmoles.L-1; por tanto, el transportese hace en razón de 8.8/2.2 = 4 moles de oxígeno por mol de hemo-globina.
Transporte en sangre de O2
Teniendo en cuenta que en la molécula de hemoglobina hay cuatroátomos de hierro, podemos decir que el transporte tiene lugar en una proporción de un mol de oxígeno por mol de hierro.
La sangre arterial está equilibrada con una presión parcial deoxígeno de aproximadamente 95-100 mm Hg. La sangre venosaestá equilibrada con una presión parcial de oxígeno de aproximadamente 40 mm Hg.
La sangre arterial está saturada prácticamente a 100 %; la venosa, un 70 %. Por tanto, el paso por los tejidos periféricos desprende un30 % del oxígeno combinado con la hemoglobina.
Hemoglobina: proteína globular, conjugada y oligomérica
- Grupo prostético: hemohemo: protoporfirina IX + ion ferroso Fe2+
- Cuatro subunidades, iguales dos a dos:Hemoglobina A1 (HbA1):
Hemoglobina A2 (HbA2):
Hemoglobina fetal (HbF):
Hemoglobina Gower 1:
Hemoglobina Gower 2:
Hemoglobina Portland:
- Se conoce, además, un gran número de hemoglobinas mutantes.
Fe++N
CH3
CHH2C
N
CH2 CH2
CH3
COO-
N
CH
CH2
H3C
N
H3C CH2
CH2
COO- Grupo Hemo b:Protoporfirina IX + Fe
His 93
Hélice F
Hélice E
Entorno delgrupo hemo
en lamioglobina
Fe++
Tanto en la hemoglobina como en la mioglobina, el hierro siempre está en estado ferroso, Fe ++
Cuando el ion ferroso, Fe++ se oxida a férrico, Fe +++, la hemoglobina se convierte en metahemoglobina, queno es funcional
Conviene no confundir metahemoglobina conoxihemoglobina, que es la forma oxigenada (pero no oxidada) de la hemoglobina
Desoxihemoglobina + 4O2 Oxihemoglobina
Cadena V-LSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHF-DLSH-----GSA 53Cadena VHLTPEEKSAVTALWGKV--NVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNP 58Mioglobina -GLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASE 59 *: : * **** . * *.* *:: .* * * * .*. ..
Cadena QVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAHL 113Cadena KVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHF 118Mioglobina DLKKHGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLAQSHATKHKIPVKYLEFISECIIQVLQSKH 119 .:* ** .* *: . : : .. : .*:: *. * :: :.::.. :: .* :
Cadena PAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR------ 141Cadena GKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH------ 146Mioglobina PGDFGADAQGAMNKALELFRKDMASNYKELGFQG 153 :* . .:.: :* : . . :: :*:
Homología de secuencia - - Mioglobina
N
C
Hélice A
Hélice B
Hélice C
Hélice D
Hélice
EH
élic
e F
lice G
Hél ce H
Subunidad
Subunidad
Mioglobina
Situación delgrupo hemo
Hemoglobina A1
(forma T, desoxi-)
12
2
1
Hemoglobina A1
(forma R, oxi-)
1
1
2
2
Entorno delgrupo hemo en la
desoxihemoglobina
Hélice F
Hélice E
His 87 His 92
Entorno delgrupo hemo en laoxihemoglobina
Hélice F
Hélice E
O2
His 87 His 92
PO2, mmHg
0 20 40 60 80 100
Sat
urac
ión
de O
2, %
0
20
40
60
80
100
Saturación de O2 en Mioglobina y Hemoglobina
Hemoglobina
Mioglobina
PO2, mmHg
0 20 40 60 80 100
Sat
urac
ión
de O
2, %
0
20
40
60
80
100
Vol., Hb
Vol., Mb
PO2, mmHg
0 20 40 60 80 100
Sat
urac
ión
de O
2, %
0
20
40
60
80
100
P50 Mb P50 Hb
Concepto de P50
Efecto del pH sobre la saturación de la hemoglobina
PO2, mmHg
0 20 40 60 80 100
Sat
urac
ión
de O
2, %
0
20
40
60
80
100
pH 7.4
pH 7.0
pH 6.6
(Efecto Bohr)
Efecto de la presión parcial de CO2
PO2, mm Hg
0 20 40 60 80 100
Sat
urac
ión
de O
2, %
0
20
40
60
80
100
40 mmHg
60 mmHg
80 mmHg
Efecto del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) sobre la saturación de la hemoglobina
PO2, mmHg
0 20 40 60 80 100
Sat
urac
ión
de O
2, %
0
20
40
60
80
100
00.1 mM
1 mM
ss s s s s
ss ss
L
ii i i i i
i i i
i
Forma R, oxi-
Forma T, desoxi-
Modelo MWC
C
COO-
(CH2)3 NH
C NH2+
H2N-OOC CH2 C
+H3N (CH2)4 C
+H3N C Val 1
Lys 127
Asp 126Arg 141
Contacto , desoxihemoglobina
Arg 141 (C-t)Asp 126
Lys 127
Arg 141 (C-t)
Desoxi- Oxi-
Contacto
Lys 127
Asp 126
C(CH2)3 NH
C NH2+
H2NArg 92
CH2 CCH2-OOC
C (CH2)4 NH3+
-OOCCH CH2
NH
+HNLys 40
His 146 (C-t)
Glu 43
Contacto , desoxihemoglobina
Lys 40
Arg 92
Glu 43
His 146 (C-t)
His 146 (C-t)
Lys 40
Glu 43
Arg 92
Contacto
Desoxi- Oxi-
Tyr 42
Tyr 42
Asp 99 Asp 99
Forma T, desoxi- Forma R, oxi-
Contacto
NH+HN
CH2 C
C CH2 COO-
Asp 94
His 146
Contacto , desoxihemoglobina
Forma T, desoxi- Forma R, oxi-
2,3-BPG
His 2His 2
His 2
His 2
Val 1Val 1
Val 1
Val 1
Lys 82
Lys 82Lys 82
Lys 82
His 143
His 143
His 143
His 143
Contacto
Movimiento delion Fe++ en la
oxigenación de lahemoglobina
Forma T, desoxiHb
Forma R, oxiHb
Inmunoglobulinas
Todos los organismos vivientes tienen mecanismos para distinguir lo propio de lo extraño
- Hongos y plantas, por ejemplo, mediante la producción de metabolitos secundarios potencialmente tóxicos para otros organismos: antibióticos, alcaloides, etc.
- Bacterias, mediante el sistema de restricción de DNA: DNAs extraños son degradados específicamente por las enzimas de restricción
- Vertebrados, mediante el sistema inmune.
El sistema inmune consta de dos tipos de respuesta:
- La inmunidad celular, mediante la cual células inmunocompe- tentes ( linfocitos T) eliminan células extrañas introducidas en el organismo (p.e. un injerto, un tumor, una célula transforma- da por un virus, etc.)
- La inmunidad humoral, en la que otras células inmunocom- petentes (linfocitos B) producen proteínas específicas dirigidas contra lo extraño, llamadas anticuerpos.
- Todos los anticuerpos pertenecen a una superfamilia de proteínas conocidas como inmunoglobulinas
Llamamos antígeno a la molécula que, introducida en un orga-nismo, produce una respuesta inmune, sea humoral o celular.
En la inmunidad humoral, el antígeno se une específicamente a un linfocito B que produce un anticuerpo complementario. Estelinfocito se multiplica (clon celular) y se transforma en célula plasmática o plasmocito, que es la célula encargada de la producción de anticuerpos.
Cada linfocito B produce un solo y único tipo de anticuerpo. Poresa razón, los anticuerpos obtenidos de un único clon de linfocitos B reciben el nombre de anticuerpos monoclonales.
El estudio de las inmunoglobulinas se vio facilitado por lanaturaleza de los mielomas, tumores malignos de célulasplasmáticas, que producen un solo tipo de anticuerpo (anti-cuerpo monoclonal).
En algunos mielomas humanos se produce la llamada proteínade Bence-Jones, que es excretada en la orina, a partir de la quese puede purificar.
Es fácil inducir mielomas en ratón.
A partir de todas estas circunstancias se pueden obtener anti-cuerpos químicamente puros (monoclonales) lo cual facilitael estudio químico de las inmunoglobulinas
Porter, 1959:
El tratamiento con papaína escinde la molécula deinmunoglobulina (Ig) en tres fragmentos, dos de ellosidénticos: dos Fab y un Fc
Fab: Antigen Binding (fijador de antígeno)Fc: Crystallizable (cristalizable)
Edelman, 1959:
El tratamiento con mercaptoetanol y guanidina 8M, seguidode cromatografía, disocia la Ig en dos componentes de pesosmoleculares 50 kDa (H, de heavy, pesado) y 25 kDa (L, delight, ligero). Como el peso molecular de la Ig nativa es de150 kDa, se deduce que su estructura es H2L2
Por estudios inmunológicos, se detectan los siguientes isotipos:
- Cadena ligera: - Cadena pesada:
En los dominios constantes puede haber una ligera variabilidaden cada cadena (afecta a uno o dos aminoácidos) dando lugar alas variantes conocidas como alotipos
En los dominios variables hay muy poca homología de secuencia;cada anticuerpo es único hacia su antígeno: los idiotipos
En cualquier caso, en cada anticuerpo las dos cadenas ligeras y las dos pesadas son iguales entre sí.
VH
VH
CH1
CH1
VL
VL
CL
CL
CH2
CH2
CH3
CH3H
L
H
L
Cadena pesada o H:
Cadena ligera o L:
Puente disulfuro
C
N
N
C
C
N
N
C
Inmunoglobulinas
Cadenas ligeras
212 aminoácidos2 dominios:
VL, N-t (108aa) CL, C-t (104 aa)
Cadenas pesadas
Variable; 450 aminoácidos en IgGCuatro o cinco dominios:
VH, N-t (108 aa)CH1, CH2, CH3 (y CH4)
En los dominios constantes hay posibilidad devariaciones alotípicas (uno o dos aminoácidos solamente)
1 30 50 93
N C
N C35 60 87 105
L
H
Regiones hipervariables (CDR) en el dominiovariable de las cadenas H y L en las Ig
Dominio deInmunoglobulina
N
C
VL
CL
Cadena ligera, L
N
C
VH
CH1
CH2
CH3
Oligosacárido
Cadena pesada, H
Puente disulfuro entre cadenas pesada y ligera
H
L
Cys H128
Cys L 214 (C-t)
Inmunoglobulina G
Fc
Fab
Fab
H1
H2
L1
L2
Oligosacárido
Inmunoglobulina G
- Constituye el 70-80 % de las Ig séricas- Contingente mayoritario de la respuesta inmune secundaria- Cuatro tipos distintos: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4- Monomérica- Bajo contenido en carbohidrato (2-3 %)
Inmunoglobulina A
- Constituye el 10-20 % de las Ig séricas- Es la Ig propia de las secreciones (jugo gástrico, saliva, leche)- Dos tipos: IgA1, IgA2- Normalmente dimérica: unión covalente por el péptido J- Alto contenido en carbohidrato (7-12 %)
Inmunoglobulina M
- Constituye el 5-10 % de las Ig séricas- Es la respuesta inmune primaria- Cinco dominios en la cadena pesada- Elevada proporción de carbohidrato (12 %)- Pentámero unido por disulfuros y un péptido J
Inmunoglobulina D
- Muy baja concentración en suero (1 %)- Posiblemente relacionada con el receptor de antígeno- Alto contenido en carbohidrato (9-14 %)
Inmunoglobulina E
- La más minoritaria- Cinco dominios en la cadena H- Membrana de mastocitos y basófilos- Relacionada con inmunidad a parásitos helmínticos- Relacionada con fenómenos de hipersensibilidad (alergia) inmediata: fiebre del heno, asma.- Alto contenido en carbohidrato
Colágeno
Proteína fibrosa, constituída por empaquetamiento demoléculas de tropocolágeno o monómero de colágeno
Tropocolágeno: tres helicoides entrecruzados, cada unode peso molecular en torno a los 300 kDa, alrededor de 1000 aminoácidos, con una gran cantidad de residuos de Gly, así como de Pro, normal o hidroxilada.
Los residuos de Lys pueden aparecer asimismo modificados,bien como 5-hidroxilisina, o como lisina aldehídica (Al-lisina).
Es muy abundante en todos los tejidos de origen mesodérmico,particularmente en tendones, dermis, fascias y hueso.
Tropocolágeno
Disposición de los monómeros de colágeno en la microfibrilla,
que da lugar a un patrón estriado al microscopio electrónico
Las cadenas de tropocolágeno aparecen unidas unas a otrasen la microfibrilla mediante:
- Cadena lateral de al-lisina unida a cadena lateral de lisina no modificada a través de base de Schiff y posterior reducción
- Cadena lateral de al-lisina unida a otra al-lisina a través de condensación aldólica
- Enlaces de hidrógeno entre el grupo -C=O de la prolina y el -N-H de la glicina, siempre intercatenarios
MFSFVDLRLLLLLAATALLTHGQEEGQVEGQDEDIPPITCVQNGLRYHDR 50DVWKPEPCRICVCDNGKVLCDDVICDETKNCPGAEVPEGECCPVCPDGSE 100SPTDQETTGVEGPKGDTGPRGPRGPAGPPGRDGIPGQPGLPGPPGPPGPP 150GPPGLGGNFAPQLSYGYDEKSTGGISVPGPMGPSGPRGLPGPPGAPGPQG 200FQGPPGEPGEPGASGPMGPRGPPGPPGKNGDDGEAGKPGRPGERGPPGPQ 250GARGLPGTAGLPGMKGHRGFSGLDGAKGDAGPAGPKGEPGSPGENGAPGQ 300MGPRGLPGERGRPGAPGPAGARGNDGATGAAGPPGPTGPAGPPGFPGAVG 350AKGEAGPQGPRGSEGPQGVRGEPGPPGPAGAAGPAGNPGADGQPGAKGAN 400GAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPGGPPGPKGNSGEPGAPGSKGDTGAKGE 450PGPVGVQGPPGPAGEEGKRGARGEPGPTGLPGPPGERGGPGSRGFPGADG 500VAGPKGPAGERGSPGPAGPKGSPGEAGRPGEAGLPGAKGLTGSPGSPGPD 550GKTGPPGPAGQDGRPGPPGPPGARGQAGVMGFPGPKGAAGEPGKAGERGV 600PGPPGAVGPAGKDGEAGAQGPPGPAGPAGERGEQGPAGSPGFQGLPGPAG 650PPGEAGKPGEQGVPGDLGAPGPSGARGERGFPGERGVQGPPGPAGPRGAN 700GAPGNDGAKGDAGAPGAPGSQGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGDRGDAGP 750KGADGSPGKDGVRGLTGPIGPPGPAGAPGDKGESGPSGPAGPTGARGAPG 800DRGEPGPPGPAGFAGPPGADGQPGAKGEPGDAGAKGDAGPPGPAGPAGPP 850GPIGNVGAPGAKGARGSAGPPGATGFPGAAGRVGPPGPSGNAGPPGPPGP 900AGKEGGKGPRGETGPAGRPGEVGPPGPPGPAGEKGSPGADGPAGAPGTPG 950PQGIAGQRGVVGLPGQRGERGFPGLPGPSGEPGKQGPSGASGERGPPGPM 1000GPPGLAGPPGESGREGAPGAEGSPGRDGSPGAKGDRGETGPAGPPGAPGA 1050PGAPGPVGPAGKSGDRGETGPAGPAGPVGPAGARGPAGPQGPRGDKGETG 1100EQGDRGIKGHRGFSGLQGPPGPPGSPGEQGPSGASGPAGPRGPPGSAGAP 1150GKDGLNGLPGPIGPPGPRGRTGDAGPVGPPGPPGPPGPPGPPSAGFDFSF 1200LPQPPQEKAHDGGRYYRADDANVVRDRDLEVDTTLKSLSQQIENIRSPEG 1250SRKNPARTCRDLKMCHSDWKSGEYWIDPNQGCNLDAIKVFCNMETGETCV 1300YPTQPSVAQKNWYISKNPKDKRHVWFGESMTDGFQFEYGGQGSDPADVAI 1350QLTFLRLMSTEASQNITYHCKNSVAYMDQQTGNLKKALLLKGSNEIEIRA 1400EGNSRFTYSVTVDGCTSHTGAWGKTVIEYKTTKTSRLPIIDVAPLDVGAP 1450DQEFGFDVGPVCFL 1464
SeñalPropéptido N-terminal
Helicoide
Propéptido C-terminal
GKTGPPGPAGQDGRPGPPGPPGARGQAGVMGFPGPKGAAGEPGKAGERGVPGPPGAVGPAGKDGEAGAQGPPGPAGPAGERGEQGPAGSPGFQGLPGPAGPPGEAGKPGEQGVPGDLGAPGPSGARGERGFPGERGVQGPPGPAGPRGAN
Fragmento de secuencia del colágeno I(1)
(Muchos residuos de Pro aparecen hidroxilados)
Helicoide de poliprolina
Helicoide triple deltropocolágeno
(fragmento, 14 aa/helicoide)
Cada helicoide es levógiro,pero se entrelazan en
forma dextrógira
Tropocolágeno(fragmento)
Vista lateralVista frontal
Helicoide aislado del tropocolágeno
Enlaces H a otras cadenas(grupo -C=O peptídico)
Glicina cadatres residuos
Residuos de Glyen tropocolágeno
N
C O
C
O
OH
N
C O
C
O
HO
4-Hidroxiprolina(mayoritario)
3-Hidroxiprolina(minoritario)
Hidroxilación de prolina
Enzima: procolágeno:prolina monooxigenasa (prolil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico
La hidroxilación de prolina favorece la formación de enlaces Hentre las cadenas
NH3+
CH2
HC OH
CH2
CH2
CHN C
H O
5-Hidroxilisina
Hidroxilación de lisina
Enzima: Procolágeno:lisina monooxigenasa(lisil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico
La lisina hidroxilada es el punto de uniónde oligosacáridos al colágeno
CHO
CH2
CH2
CH2
CHN C
OH
Al-Lisina(Lisina aldehídica)
Forma enlaces cruzados(entrecruzamientos) covalentes
entre los helicoides del colágeno
Enzima: lisil aminooxidasa
Al-Lisina
N C
(CH2)4
NH3+
OH
CHO
CH2)3
CC
O
N
H
(
Lisina
Al-lisina
N C
(CH2)4
N
OH
C
(CH2)3
CCN
H O
N C
(CH2)4
NH
OH
CH2
(CH2)3
CCN
H O
Base de Schiff Entrecruzamiento(lisil norleucina)
Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas decolágeno a través de lisina y al-lisina, (vía base de Schiff)
N C
(CH2)3
OH
CHO
CHO
CH2)3
CC
O
N
H
(
Al-lisina
N C
(CH2)3
CH
OH
C
(CH2)2
CCN
H O
CO
H
Al-lisina
Entrecruzamientoaldólico
Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas decolágeno a través de dos al-lisinas, (vía condensación aldólica)
Tipo I [1(I)]22(I) Mayoritario (huesos, piel, tendones)
Tipo II [1(II)]3 Cartílago, vítreo
Tipo III [1(III)]3 Vasos sanguíneos, cicatrices
Tipo IV [1(IV)]3 Membrana basal, cristalino[2(IV)]3
Tipo V [1(V)]22(V) Superficies celulares[1(V)]3
[1(V)][2(V)][3(V)]
Tipo VI Íntima de la aorta
Tipos de colágeno
Elastina:
Tramos sin estructura definida entrecruzadospor desmosina
N C
(CH2)4
NH3+
OH
N C
(CH2)4
NH3+
OH
N C
OH
(CH2)4
NH3+
N C
OH
(CH2)4
NH3+
N C
(CH2)4
OH
+N
(CH2)2
C
N(CH2)3
CN
(CH2)2
C
N
O
H
OH
H
O
Lys
LysLys
Lys
Desmosina
Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas deelastina a través de cuatro lisinas, (vía formación de desmosina)
Top Related