Sin t

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
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, present
e 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-LSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFL
SFPTTKTYFPHF-DLSH-----GSA 53 Cadena b
VHLTPEEKSAVTALWGKV--NVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDL
STPDAVMGNP 58 Mioglobina -GLSDGEWQLVLNVWGKVEAD
IPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASE 59
. . .
.. .. Cadena a
QVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSH
CLLVTLAAHL 113 Cadena b KVKAHGKKVLGAFSDGLAHL
DNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHF
118 Mioglobina DLKKHGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLA
QSHATKHKIPVKYLEFISECIIQVLQSKH 119
. . . .. . .
... . Cadena a
PAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR------ 141 Cadena b
GKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH------
146 Mioglobina PGDFGADAQGAMNKALELFRKDMASNYKELG
FQG 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
CH2
CH3
H
C
CH2
CH3
CH1
C
VH
CL
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
51
VH
Cadena pesada, H
N
C
CH1
CH3
Oligosacárido
CH2
52
L
Cys H128
Cys L 214 (C-t)
H
Puente disulfuro entre cadenas pesada y ligera
53
Fab
Inmunoglobulina G
H1
H2
Oligosacárido
L1
Fab
L2
Fc
54
g2k2 , g2l2
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 )
55
Inmunoglobulina A
(a2k2)2 , (a2l2)2
- 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
)
56
(m2k2)5 , (m2l2)5
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
57
d2k2 , d2l2
Inmunoglobulina D
- Muy baja concentración en suero (1 ) -
Posiblemente relacionada con el receptor de
antígeno - Alto contenido en carbohidrato (9-14 )
58
e2k2 , e2l2
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
59
Colágeno
60
Proteína fibrosa, constituída por empaquetamiento
de moléculas de tropocolágeno o monómero de
colágeno Tropocolágeno tres helicoides
entrecruzados, cada uno de 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.
61
Tropocolágeno
Disposición de los monómeros de colágeno en la
microfibrilla, que da lugar a un patrón estriado
al microscopio electrónico
62
Las cadenas de tropocolágeno aparecen unidas unas
a otras en 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 -CO de la prolina y el -N-H de
la glicina, siempre intercatenarios
63
Señal
MFSFVDLRLLLLLAATALLTHGQEEGQVEGQDEDIPPITCVQNGLRYHDR
50 DVWKPEPCRICVCDNGKVLCDDVICDETKNCPGAEVPEGECCP
VCPDGSE 100 SPTDQETTGVEGPKGDTGPRGPRGPAGPPGRDGIPG
QPGLPGPPGPPGPP 150 GPPGLGGNFAPQLSYGYDEKSTGGISVPG
PMGPSGPRGLPGPPGAPGPQG 200 FQGPPGEPGEPGASGPMGPRGP
PGPPGKNGDDGEAGKPGRPGERGPPGPQ 250 GARGLPGTAGLPGMK
GHRGFSGLDGAKGDAGPAGPKGEPGSPGENGAPGQ
300 MGPRGLPGERGRPGAPGPAGARGNDGATGAAGPPGPTGPAGPPGFP
GAVG 350 AKGEAGPQGPRGSEGPQGVRGEPGPPGPAGAAGPAGNPG
ADGQPGAKGAN 400 GAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPGGPPGPKGN
SGEPGAPGSKGDTGAKGE 450 PGPVGVQGPPGPAGEEGKRGARGEP
GPTGLPGPPGERGGPGSRGFPGADG 500 VAGPKGPAGERGSPGPAG
PKGSPGEAGRPGEAGLPGAKGLTGSPGSPGPD
550 GKTGPPGPAGQDGRPGPPGPPGARGQAGVMGFPGPKGAAGEPGKAG
ERGV 600 PGPPGAVGPAGKDGEAGAQGPPGPAGPAGERGEQGPAGS
PGFQGLPGPAG 650 PPGEAGKPGEQGVPGDLGAPGPSGARGERGFP
GERGVQGPPGPAGPRGAN 700 GAPGNDGAKGDAGAPGAPGSQGAPG
LQGMPGERGAAGLPGPKGDRGDAGP 750 KGADGSPGKDGVRGLTGP
IGPPGPAGAPGDKGESGPSGPAGPTGARGAPG
800 DRGEPGPPGPAGFAGPPGADGQPGAKGEPGDAGAKGDAGPPGPAGP
AGPP 850 GPIGNVGAPGAKGARGSAGPPGATGFPGAAGRVGPPGPS
GNAGPPGPPGP 900 AGKEGGKGPRGETGPAGRPGEVGPPGPPGPAG
EKGSPGADGPAGAPGTPG 950 PQGIAGQRGVVGLPGQRGERGFPGL
PGPSGEPGKQGPSGASGERGPPGPM 1000 GPPGLAGPPGESGREGAP
GAEGSPGRDGSPGAKGDRGETGPAGPPGAPGA
1050 PGAPGPVGPAGKSGDRGETGPAGPAGPVGPAGARGPAGPQGPRGD
KGETG 1100 EQGDRGIKGHRGFSGLQGPPGPPGSPGEQGPSGASGPA
GPRGPPGSAGAP 1150 GKDGLNGLPGPIGPPGPRGRTGDAGPVGPPG
PPGPPGPPGPPSAGFDFSF 1200 LPQPPQEKAHDGGRYYRADDANVV
RDRDLEVDTTLKSLSQQIENIRSPEG 1250 SRKNPARTCRDLKMCHS
DWKSGEYWIDPNQGCNLDAIKVFCNMETGETCV
1300 YPTQPSVAQKNWYISKNPKDKRHVWFGESMTDGFQFEYGGQGSDP
ADVAI 1350 QLTFLRLMSTEASQNITYHCKNSVAYMDQQTGNLKKAL
LLKGSNEIEIRA 1400 EGNSRFTYSVTVDGCTSHTGAWGKTVIEYKT
TKTSRLPIIDVAPLDVGAP 1450 DQEFGFDVGPVCFL
1464
Propéptido N-terminal
Helicoide
Propéptido C-terminal
64
GKTGPPGPAGQDGRPGPPGPPGARGQAGVM GFPGPKGAAGEPGKAGERG
VPGPPGAVGPA GKDGEAGAQGPPGPAGPAGERGEQGPAGSP GFQGLPG
PAGPPGEAGKPGEQGVPGDLGAP GPSGARGERGFPGERGVQGPPGPAGP
RGAN
Fragmento de secuencia del colágeno
aI(1) (Muchos residuos de Pro aparecen
hidroxilados)
65
Helicoide de poliprolina
66
Cada helicoide es levógiro, pero se entrelazan en
forma dextrógira
Helicoide triple del tropocolágeno (fragmento, 14
aa/helicoide)
67
Tropocolágeno (fragmento)
Vista lateral
Vista frontal
68
Glicina cada tres residuos
Enlaces H a otras cadenas (grupo -CO peptídico)
Helicoide aislado del tropocolágeno
69
Residuos de Gly en tropocolágeno
70
Hidroxilación de prolina
Enzima procolágenoprolina monooxigenasa
(prolil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico
La hidroxilación de prolina favorece la formación
de enlaces H entre las cadenas
71
Hidroxilación de lisina
Enzima Procolágenolisina monooxigenasa (lisil
hidroxilasa), requiere ácido ascórbico
La lisina hidroxilada es el punto de unión de
oligosacáridos al colágeno
72
Al-Lisina
Enzima lisil aminooxidasa
Forma enlaces cruzados (entrecruzamientos)
covalentes entre los helicoides del colágeno
73
Formación de entrecruzamiento covalente entre
cadenas de colágeno a través de lisina y
al-lisina, (vía base de Schiff)
74
Formación de entrecruzamiento covalente entre
cadenas de colágeno a través de dos al-lisinas,
(vía condensación aldólica)
75
Tipos de colágeno
Tipo I a1(I)2a2(I) Mayoritario (huesos, piel,
tendones) Tipo II a1(II)3 Cartílago,
vítreo Tipo III a1(III)3 Vasos sanguíneos,
cicatrices Tipo IV a1(IV)3 Membrana basal,
cristalino a2(IV)3 Tipo V a1(V)2a2(V) Sup
erficies celulares a1(V)3 a1(V)a2(V)a3(
V) Tipo VI Íntima de la aorta
76
Elastina Tramos sin estructura definida
entrecruzados por desmosina
77
Formación de entrecruzamiento covalente entre
cadenas de elastina a través de cuatro lisinas,
(vía formación de desmosina)