Objetivos:

Conocer las estructuras conformantes de las proteínas.

Analizar los defectos en la estructura y configuración sanguínea, y

sus defectos.

CASO CLÍNICO:

Paciente varón de 12 años de edad, que refiere presentar crónicamente adinamia, astenia y dificultad para respirar ante cualquier esfuerzo físico. Presenta periódicamente crisis de dolor agudo en los huesos, tórax y abdomen que simulan incluso un cuadro de apendicitis.

El día de hoy acude al Hospital por presentar dolor toráxico intenso, y al examen físico se le encuentra FC: 120/minuto, FR: 24/minuto, Temp.: 36,8°C, . Al ser auscultada el área cardiaca se encuentra soplo sistólico y soplo diastólico. Los hallazgos de laboratorio son:

Hemoglobina 6,20 g/dl Hematíes 3 450 000 x mm3 Reticulocitos 5%.

En el frotis de sangre periférica se encuentra anisocitosis, poiquilocitosis, células falciformes.

Bilirrubina total: 6,00mg/dl, Bilirrubina directa: 1,00 mg/dl

Electroforesis de hemoglobina: banda de hemoglobina S.

Hemoglobina fetal: 4%

Resolución de Cuestionario:

1. A QUÉ SE DENOMINA ESTRUCTURA PRIMARIA, SECUNDARIA,

TERCIARIA Y CUATERNARIA DE UNA PROTEÍNA.

* ESTRUCTURA PRIMARIA: se refiere al número de aminoácidos que

componen la molécula y al ordenamiento secuencial de esas unidades en la

cadena peptídica. La unión peptídica solo permite formar estructuras

lineales; por ello, las cadenas no presentan ramificaciones. Conocer la

estructura primaria de una proteína no solo es importante para entender su

función, ya que ésta depende de la secuencia de aminoácidos y de la forma

que adopte, sino también en el estudio de enfermedades genéticas. Es

posible que el origen de una enfermedad genética radique en una secuencia

anormal. Esta anomalía, si es severa, podría resultar en que la función de la

proteína no se ejecute de manera adecuada o, incluso, en que no se ejecute

en lo absoluto.

* ESTRUCTURA SECUNDARIA: disposición espacial, repetitiva, que adopta la

cadena poli peptídica, la cual puede ser:

- Alfa helicoidal: Cuando la cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre

sí misma debido a los giros producidos en torno al carbono alfa de cada

aminoácido. Esta estructura es periódica y en ella cada enlace peptídico

puede establecer dos puentes de hidrógeno. Cada vuelta de la hélice tiene

un paso de rosca de 0,54 nm. Esta estructura puede albergar a cualquier

aminoácido, a excepción de la prolina, cuyo carbono no tiene libertad de

giro, por estar integrado en un heterociclo. Por este motivo, la prolina suele

determinar una interrupción en la conformación en héliceα. Los aminoácidos

muy polares (Lys, Glu) también desestabilizan la hélice alfa porque los

enlaces de hidrógeno pierden importancia frente a las interacciones

electrostáticas de atracción o repulsión. Por este motivo, la estructura en

héliceα es la que predomina a valores de pH en los que los grupos

ionizables no están cargados.

- Estructura beta u hoja plegada: el esqueleto peptídico se encuentra

extendido en "zig-zag" en lugar de plegarse como una hélice. En esta

estructura las cadenas laterales de los aminoácidos se sitúan de forma

alternante a la derecha y a la izquierda del esqueleto de la cadena

polipeptídica. Cuando las estructuras β tienen el mismo sentido, la hoja β

resultante es paralela, y si las estructuras β tienen sentidos opuestos, la

hoja plegada resultante es antiparalela. Las estructuras β de distintas

cadenas polipeptídicas o bien las estructuras β de distintas zonas de una

misma cadena polipeptídica pueden interaccionar entre sí mediante puentes

de hidrógeno, dando lugar a estructuras laminares llamadas por su forma

hojas plegadas u hojas β.

*ESTRUCTURA TERCIARIA: La arquitectura total de la molécula proteínica

determina una conformación tridimensional característica para cada una de

ellas. La estructura terciaria de una proteína es la responsable directa de

sus propiedades biológicas, ya que la disposición espacial de los distintos

grupos funcionales determina su interacción con los diversos ligandos.

Se distinguen dos tipos de estructura terciaria:

- Proteínas con estructura terciaria de tipo fibroso en las que una de las

dimensiones es mucho mayor que las otras dos. Son ejemplos el colágeno,

la queratina del cabello. En este caso, los elementos de estructura

secundaria (hélices a u hojas b) pueden mantener su ordenamiento sin

recurrir a grandes modificaciones, tan sólo introduciendo ligeras torsiones

longitudinales, como en las hebras de una cuerda.

- Proteínas con estructura terciaria de tipo globular, más frecuentes, en las

que no existe una dimensión que predomine sobre las demás, y su forma es

aproximadamente esférica.

* ESTRUCTURA CUATERNARIA: Cuando una

proteína consta de más de una cadena poli

peptídica, se dice que tiene estructura

cuaternaria. La estructura cuaternaria se limita

a la organización de sus subunidades, cada una

de estas subunidades es un poli péptido

separado y se puede llamar monómero o solo

una cadena. Un ejemplo, es la estructura

cuaternaria de la hemoglobina, se trata de una

proteína que se encuentra en la sangre y es la

responsable de transportar oxigeno desde los pulmones hacia los tejidos y

distintos órganos. Esta consta de dos cadenas alfa y dos cadenas betas;

cada una de estas subunidades, dos alfa y dos beta, contienen un cofactor o

grupo prostético hemo. La afinidad del grupo hemo por el oxígeno depende

directamente de la estructura cuaternaria de la proteína.

2. ¿EN QUÉ TIPO DE ENLACES SE BASAN ESTAS ESTRUCTURAS?

- Los enlaces que determinan la estructura primaria son covalentes (enlace

amida o enlace peptídico).

- La estructura secundaria de las proteínas se da gracias a la formación de

puentes de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico. Los

puentes de hidrógeno se establecen entre los grupos -CO- y -NH- del enlace

peptídico.

- La estructura secundaria se mantiene gracias a: fuerzas de atracción o

repulsión electrostática entre cadenas laterales ionizadas, con cargas de

signo opuesto; enlaces de hidrogeno entre las cadenas laterales de AA

polares; interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales apolares; fuerzas

de polaridad debidas a interacciones dipolo-dipolo.

- Las fuerzas que mantienen unidas las distintas cadenas polipeptídicas son

las mismas que estabilizan la estructura terciaria. Las más abundantes son

interacciones hidrofóbicas, atracciones electrostáticas y puentes de

hidrógeno, aunque en algunos casos, como en las inmunoglobulinas, la

estructura cuaternaria se mantiene mediante puentes disulfuro.

3.- ¿Cuáles son las características estructurales de la hemoglobina?

La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria, es decir, está

constituida por cuatro cadenas polipeptídicas: dos α y dos β (hemoglobina

adulta- HbA); dos α y dos δ (forma minoritaria de hemoglobina adulta-

HbA2- normal 2%); dos α y dos γ (hemoglobina fetal- HbF). Las cadenas

polipeptídicas alfa contienen 141 aminoácidos, las no alfa 146 (β, γ, δ) y

difieren en la secuencia de aminoácidos. Se conoce desde hace décadas la

estructura primaria de las cuatro cadenas de Hb normales. La estructura

secundaria es muy similar: cada una exhibe 8 segmentos helicoidales

designados con las letras A a la H. Entre ellos se encuentran 7 segmentos

no helicoidales. Cada cadena α está en contacto con las cadenas β, sin

embargo, existen pocas interacciones entre las dos cadenas α o entre las

dos cadenas β entre sí.

Las cuatro cadenas polipeptídicas de la Hb contienen cada una un grupo

prostético, el Hem, un tetrapirrol cíclico, que les proporciona el color rojo a

los hematíes. Un grupo prostético es una porción no polipeptídica que forma

parte de una proteína en su estado funcional. El átomo de hierro se

encuentra en estado de oxidación ferroso (+2) y puede formar 5 o 6 enlaces

de coordinación dependiendo de la unión del oxígeno a la Hb (oxiHb,

desoxiHb). Cuatro de estos enlaces se producen con los nitrógenos pirrólicos

de la porfirina en un plano horizontal. El quinto enlace de coordinación se

realiza con el nitrógeno del imidazol de una histidina denominada histidina

proximal. Finalmente, el sexto enlace del átomo ferroso es con el O2, que

además está unido a un segundo imidazol de una histidina denominada

histidina distal. Tanto el quinto como el sexto enlace se encuentran en un

plano perpendicular al plano del anillo de porfirina. La parte porfirínica del

Hem se sitúa dentro de una bolsa hidrofóbica que se forma en cada una de

las cadenas polipeptídicas.

Cuando una proteína esta con su grupo prostético se denomina

holoproteina, y cuando esta sin este, se lo denomina apoproteina. Además

por poseer un grupo prostético se dice que la Hb es una proteína conjugada,

es una hemoproteina.

4. ¿Cuál es la estructura NO proteica de la hemoglobina?

El GRUPO HEMO es un derivado porfirínico que contiene un átomo de Fe

(elemento clave en el transporte de O2). Este grupo constituye el núcleo

prostético (es decir la porción no proteica sin la cual la proteína no tendría

actividad). Constituye el 4% de la molécula de Hemoglobina, y es una

estructura heterocíclica llamada protoporfirina IX (por ser la 9º de una serie

de estructuras isoméricas). Contiene un átomo de Fe ligado por uniones

covalentes a sus átomos de N centrales, es decir que es una metalo-

porfirina o ferro-porfirina. Cada molécula de Hb contiene 4 grupos HEMO

unidos cada uno a una diferente cadena polipeptídica de la globina.

El GRUPO HEMO: es una ferro-porfirina (combinación del Fe con la

PORFIRINA). La PORFIRINA es un compuesto cíclico tetrapirrólico con 4

núcleos pirrólicos unidos entre sí por puentes de meteno ( =CH -) que se

designan como a, b, d,g. A los núcleos pirrólicos se denominan I, II, III y IV y

los H de sustitución en los núcleos se numeran del 1 al 8. Si los H 1 al 8 de

los núcleos se reemplazan quedan así: 4 metilos (CH3) en 1, 2, 5, 8; 2

vinilos (-CH=CH2-) en 3,4 y 2 ac. Propiónicos (CH2-CH2-COOH) en 6,7 (ver la

figura).

5. ¿ Cuál es la función de la hemoglobina?

La hemoglobina le confiere a los eritrocitos la función de transportar el oxígeno desde los pulmones hasta los tejidos, y parte del dióxido de carbono desde los tejidos hasta los pulmones, participa de esta manera en el proceso de la respiración. Además, como todas las proteínas, contribuye a mantener el equilibrio ácido-básico de la sangre al actuar como un sistema amortiguador del pH sanguíneo (sistema buffer o tampón).

Participa en el proceso de la respiración celular por el que la sangre lleva el oxígeno desde los pulmones (o desde las Branquias, en los peces), donde la sangre lo capta, hasta los tejidos y células del cuerpo y conduce el dióxido de carbono desde las células y tejidos hacia los pulmones para ser liberado al exterior y comenzar nuevamente el ciclo de la respiración.

Cuando la hemoglobina se une al oxígeno para ser transportada hacia los órganos del cuerpo, se llama oxihemoglobina, cuando se une al Dióxido de carbono (CO2) para ser eliminada por la espiración, que ocurre en los pulmones, recibe el nombre de desoxihemoglobina.

Si la hemoglobina se une al Monóxido de carbono (CO), se forma entonces un compuesto muy estable llamado carboxihemoglobina, que tiene un enlace muy fuerte con el grupo hemo de la hemoglobina e impide la captación del oxígeno, con lo que se genera fácilmente una anoxia que puede conducir a la muerte celular si fuera irreversible.

6. ¿Por qué se produce la enfermedad de células falciformes?

La anemia de células falciformes o drepanocitosis es una de las hemoglobinopatías estructurales más comunes en el mundo. Es un defecto de herencia autosómica recesiva caracterizado por la presencia de hemoglobina S (Hb S) en el eritrocito producto de la sustitución de un único nucleótido (GTG por GAG) en el codón 6 del gen de la â globulina en el cromosoma 11, que resulta en la sustitución de acido glutámico por valina.

Esta HbS inestable al sufrir desoxigenación se polimeriza alterándose su solubilidad, se deposita sobre la membrana y deforma el eritrocito que se vuelve rígido y adopta forma de media luna, lo que impide su circulación en la red microvascular (vaso oclusión) y favorece a su destrucción y anemia hemolítica.

Los heterocigotos con rasgo

drepanocitico (Hb AS) son

portadores asintomáticos, los

pacientes afectados pueden ser

homocigotos (Hb SS) considerada

como una de las formas más

severas de anemia de células

falciformes o dobles heterocigotos.

Conclusiones:

Toda proteína posee una o más estructuras tridimensionales, o

conformaciones, que son un reflejo de su función. Algunas proteínas

tienen segmentos intrínsecamente desordenados.

La mayoría de los seres humanos sintetizan a lo largo de su vida

cinco cadenas de globina diferentes. Toda las hemoglobinas normales

contienen dos cadenas alfa, que se emparejan con cadenas beta,

delta, gamma. Las variantes son la hemoglobina fetal, Hb F

(alfa2delta2), la Hb A2 /alfa2Gamma2) , una variante que representa

alrededor del 2.5% de la hemoglobina en el adulto, y las

hemoglobinas embrionarias.

Las estructuras primarias de estas globinas normales son similares.

BIBLIOGRAFÍA:

https://docs.moodle.org/all/es/images_es/5/5b/Hemoglobina.pdf

http://www.scielo.org.co/pdf/cm/v36n3/v36n3a12

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Montgomery, Conway, Spector, Bioquímica; 6° ed; Editorial:Harcourt Brace; España;

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Lehninger, Principios de Bioquímica; 6° ed; Editorial: Omega; España; Págs.: 115-130