La transición T ↔ R en la hemoglobina
Oxigenación y cambio conformacional
La hemoglobina es responsable de unir y transportar el oxígeno en el organismo. Se trata de una proteína tetramérica que se encuentra en elevada concentración en los glóbulos rojos (eritrocitos, hematíes). Cada molécula de hemoglobina está formada por cuatro subunidades: dos de tipo alfa y dos de tipo beta, y cada subunidad puede unir una molécula de oxígeno a través de su grupo hemo.
Los estudios de estructura han mostrado que la hemoglobina puede adoptar dos conformaciones, denominadas T (tensa) y R (relajada). La desoxihemoglobina (en azul) se encuentra en el estado T, y la unión del oxígeno (en rojo) provoca la transición al estado R. La animación muestra una vista cercana del grupo hemo (en blanco, bolas y varillas) de una de las subunidades de la hemoglobina. En el estado desoxigenado (T), el átomo de hierro no es coplanar con el resto del grupo hemo debido a su asociación con la cadena lateral de una histidina. La unión del oxígeno desplaza el átomo de hierro de modo que queda coplanar con el resto del grupo hemo, lo que a su vez arrastra la histidina, produciendo un cambio conformacional de mayor escala que afecta a toda la proteína.
Se puede considerar la hemoglobina como un tetrámero formado por dos dímeros alfa-beta. El cambio conformacional asociado a la transición de T a R afecta principalmente a la posición relativa de estos dos dímeros (más que a las interacciones entre las subunidades alfa y beta dentro de un dímero). Esto se ilustra en el último tramo de la animación (dibujado en blanco y negro).
Afinidad y cooperatividad
La transición de T a R requiere que al menos dos de las cuatro subunidades de la hemoglobina tengan oxígeno unido. Dado que en el estado T la hemoglobina tiene una afinidad baja por el oxígeno, el cambio conformacional sólo puede darse bajo concentraciones relativamente altas de oxígeno (como las existentes en los capilares pulmonares). En el estado R la hemoglobina une el oxígeno con afinidad muy superior, lo que hace que las subunidades que aún no lo habían hecho unan el oxígeno con rapidez. Este principio se ilustra en la animación central.
Transporte y cesión del oxígeno
Los glóbulos rojos cargados de oxígeno en los pulmones deben circular por todo el organismo para proporcionar ese oxígeno a los tejidos y que puedan desarrollarse los procesos metabólicos. La capacidad de la hemoglobina para ceder el oxígeno a los tejidos que lo demandan depende de varias moléculas:
Los protones son efectores alostéricos importantes para la hemoglobina. En un pH relativamente bajo (como el presente en el tejido muscular en respiración), la hemoglobina tiene menor afinidad por el oxígeno que a mayor pH (como el existente en el tejido pulmonar).
Otro regulador alostérico de la transición entre T y R es el 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Como se muestra en la animación, esta molécula puede unirse al bolsillo central de la hemoglobina cuando esta está en el estado T. La unión del 2,3-BPG depende de una roseta de cadenas laterales de residuos aminoácidos de ambas subunidades beta. De este modo, el 2,3-BPG estabiliza el estado T y disminuye así la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. La elevación de la concentración de 2,3-BPG es un mecanismo regulador que permite aumentar el suministro de oxígeno a los tejidos cuando escasea el oxígeno.
Otros recursos
Hemoglobin: Molecule of the Month on the RCSB Protein Data Bank website, with great images by David Goodsell and Shuchismita Dutta.
Wikipedia article on hemoglobin.
Hemoglobin morphs on the Database of Macromolecular Movements.
Agradecimientos
La autora, Janet Iwasa, agradece la colaboración de Frank Bunn, Anu Seshan y Randy King.
Autoría
Este material es una adaptación y traducción realizada por Angel Herráez, con permiso de los autores del material original en inglés.
El trabajo original fue realizado por Janet Iwasa, del Departamento de Biología Celular en la Facultad de Medicina de Harvard.
Las animaciones e ilustraciones, incluidas en la sede web HMS Cell Biology Visualization, se ofrecen bajo licencia Creative Commons. En el sitio original pueden obtenerse copias para su descarga, bajo los términos de la licencia.
