16. Estudio pormenorizado de algunas proteínas

1. 16. Estudio pormenorizado de algunas proteínas

2. Hemoproteínas: Hemoglobina y Mioglobina

3. 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)

4. Hemo a: citocromo oxidasa

5. Hemo c: citocromo c

6. Citocromo c

7. Met 80 Fe Cys 14 Cys 17 Hemo c His 18 Entorno del grupo hemo en el citocromo c

8. Mg++ R: Clorofilas

9. Bacterioclorofila

10. Transporte en sangre de O2 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 cantidad de unos 5 x 106 por ml. 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 transporte se hace en razón de 8.8/2.2 = 4 moles de oxígeno por mol de hemo- globina.

11. Teniendo en cuenta que en la molécula de hemoglobina hay cuatro átomos 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 de oxígeno de aproximadamente 95-100 mm Hg. La sangre venosa está 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 un 30 % del oxígeno combinado con la hemoglobina.

12. Hemoglobina: proteína globular, conjugada y oligomérica - Grupo prostético: hemo hemo: protoporfirina IX + ion ferroso Fe2+ - Cuatro subunidades, iguales dos a dos: Hemoglobina A1 (HbA1): a2b2 Hemoglobina A2 (HbA2): a2d2 Hemoglobina fetal (HbF): a2g2 Hemoglobina Gower 1: z2e2 Hemoglobina Gower 2: a2e2 Hemoglobina Portland: z2g2 - Se conoce, además, un gran número de hemoglobinas mutantes.

13. Grupo Hemo b: Protoporfirina IX + Fe

14. Hélice F Entorno del grupo hemo en la mioglobina Fe++ His 93 Hélice E

15. 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, que no es funcional Conviene no confundir metahemoglobina con oxihemoglobina, que es la forma oxigenada (pero no oxidada) de la hemoglobina Desoxihemoglobina + 4O2 Oxihemoglobina

16. Homología de secuencia a - b - Mioglobina Cadena a V-LSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHF-DLSH-----GSA 53 Cadena b VHLTPEEKSAVTALWGKV--NVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNP 58 Mioglobina -GLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASE 59 *: : * **** . * *.* *:: .* * * * .*. .. Cadena a QVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAHL 113 Cadena b KVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHF 118 Mioglobina DLKKHGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLAQSHATKHKIPVKYLEFISECIIQVLQSKH 119 .:* ** .* *: . : : .. : .*:: *. * :: :.::.. :: .* : Cadena a PAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR------ 141 Cadena b GKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH------ 146 Mioglobina PGDFGADAQGAMNKALELFRKDMASNYKELGFQG 153 :* . .:.: :* : . . :: :*:

17. Hélice C C Hélice D Hélice F Hélice E Hélice B Hél ce H lice G N Hélice A

18. Subunidad b Subunidad a Mioglobina

19. Situación del grupo hemo

20. a1 b1 b2 Hemoglobina A1 (forma T, desoxi-) a2

21. a1 b2 b1 Hemoglobina A1 (forma R, oxi-) a2

22. Entorno del grupo hemo en la desoxihemoglobina Hélice F His 87 (a) His 92 (b) Hélice E

23. Entorno del grupo hemo en la oxihemoglobina O2 Hélice F His 87 (a) His 92 (b) Hélice E

24. Saturación de O2 en Mioglobina y Hemoglobina Mioglobina Hemoglobina

25. Vol., Mb Vol., Hb

26. Concepto de P50 P50 Mb P50 Hb

27. (Efecto Bohr) pH 7.0 pH 7.4 pH 6.6

28. 60 mmHg 40 mmHg 80 mmHg

29. 0 0.1 mM 1 mM

30. Modelo MWC Forma R, oxi- s s s s s s s s s s L i i i i i i i i i i Forma T, desoxi-

31. Contacto a-a, desoxihemoglobina a a

32. Contacto a-a Arg 141 (C-t) Asp 126 Arg 141 (C-t) a2 a2 a1 Asp 126 Lys 127 Lys 127 a1 Oxi- Desoxi-

33. Contacto a-b, desoxihemoglobina a b

34. Contacto a-b His 146 (C-t) His 146 (C-t) Lys 40 b b Lys 40 b Glu 43 a Glu 43 a Arg 92 Arg 92 Oxi- Desoxi-

35. Contacto a-b b b Asp 99 Asp 99 Tyr 42 a a Tyr 42 Forma T, desoxi- Forma R, oxi-

36. Contacto b-b, desoxihemoglobina b b

37. Contacto b-b His 2 His 2 His 143 Val 1 Val 1 His 143 Lys 82 Lys 82 Lys 82 Lys 82 His 143 Val 1 His 143 Val 1 His 2 2,3-BPG His 2 Forma T, desoxi- Forma R, oxi-

38. Movimiento del ion Fe++ en la oxigenación de la hemoglobina Forma T, desoxiHb Forma R, oxiHb

39. Inmunoglobulinas

40. 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.

41. 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

42. 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. Este linfocito 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. Por esa razón, los anticuerpos obtenidos de un único clon de linfocitos B reciben el nombre de anticuerpos monoclonales.

43. El estudio de las inmunoglobulinas se vio facilitado por la naturaleza de los mielomas, tumores malignos de células plasmáticas, que producen un solo tipo de anticuerpo (anti- cuerpo monoclonal). En algunos mielomas humanos se produce la llamada proteína de Bence-Jones, que es excretada en la orina, a partir de la que se puede purificar. Es fácil inducir mielomas en ratón. A partir de todas estas circunstancias se pueden obtener anti- cuerpos químicamente puros (monoclonales) lo cual facilita el estudio químico de las inmunoglobulinas

44. Porter, 1959: El tratamiento con papaína escinde la molécula de inmunoglobulina (Ig) en tres fragmentos, dos de ellos idénticos: dos Fab y un Fc Fab: Antigen Binding (fijador de antígeno) Fc: Crystallizable (cristalizable) Edelman, 1959: El tratamiento con mercaptoetanol y guanidina 8M, seguido de cromatografía, disocia la Ig en dos componentes de pesos moleculares 50 kDa (H, de heavy, pesado) y 25 kDa (L, de light, ligero). Como el peso molecular de la Ig nativa es de 150 kDa, se deduce que su estructura es H2L2

45. Por estudios inmunológicos, se detectan los siguientes isotipos: - Cadena ligera: k, l - Cadena pesada: g, a, m, d, e En los dominios constantes puede haber una ligera variabilidad en cada cadena (afecta a uno o dos aminoácidos) dando lugar a las 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.

46. L Cadena pesada o H: g, a, m, d, e Cadena ligera o L: k, l N VL N CL VH C CH1 H C CH3 CH2 H C CH3 CH2 CH1 C CL VH Puente disulfuro N VL Inmunoglobulinas N L

47. Cadenas ligeras 212 aminoácidos 2 dominios: VL, N-t (108aa) CL, C-t (104 aa) Cadenas pesadas Variable; 450 aminoácidos en IgG Cuatro o cinco dominios: VH, N-t (108 aa) CH1, CH2, CH3 (y CH4) En los dominios constantes hay posibilidad de variaciones alotípicas (uno o dos aminoácidos solamente)

48. Regiones hipervariables (CDR) en el dominio variable de las cadenas H y L en las Ig L N C 1 30 50 93 H N C 35 60 87 105

49. Dominio de Inmunoglobulina

50. Cadena ligera, L C N CL VL