La hemoglobina , comúnmente simbolizada como Hb , a veces Hgb es un pigmento respiratorio (familia molecular de metaloproteínas , aquí conteniendo hierro ) presente principalmente en la sangre de los vertebrados , en sus glóbulos rojos y en los tejidos de algunos invertebrados . Su función es transportar oxígeno O 2desde el sistema respiratorio ( pulmones , branquias ) al resto del cuerpo . La cantidad de hemoglobina es un parámetro que se mide durante un hemograma .
La hemoglobina libera oxígeno en los tejidos para la respiración celular aeróbica que, a través del metabolismo , proporciona energía para los procesos biológicos esenciales para la vida.
En el ser humano , la hemoglobina es una proteína hetero - tetramérica formada a partir de cadenas peptídicas idénticas de dos en dos. La hemoglobina A (HbA) representa aproximadamente el 95% de las moléculas de hemoglobina en adultos, que consta de dos cadenas α y dos cadenas β; también hay una hemoglobina A 2 (HbA 2 ) de fórmula α 2 δ 2, y una hemoglobina F (HbF, fetal) de fórmula α 2 γ 2. Cada uno de los cuatro canales está asociado con un grupo protésico llamado hemo y consiste en un catión de hierro complejado con una porfirina . Por tanto, la hemoglobina es una hemoproteína .
En los mamíferos , la hemoglobina constituye casi el 96% de la masa de materia seca de los glóbulos rojos y aproximadamente el 35% de su contenido total, incluida el agua. Cada molécula de hemoglobina puede unir hasta cuatro moléculas de oxígeno O 2, y la hemoglobina en la sangre puede transportar 1,34 ml de O 2por gramo de proteína, lo que le permite transportar 70 veces más oxígeno que la cantidad de O 2disuelto en sangre. La hemoglobina también participa en el transporte de gases distintos del oxígeno. En particular, asegura el transporte de parte del dióxido de carbono CO 2producido por la respiración celular, y también transporta óxido nítrico NO, que juega un papel importante en la señalización celular de ciertos procesos fisiológicos , y que se libera junto con el oxígeno después de ser transportado sobre un grupo tiol de la apoproteína .
la mayor parte de la hemoglobina se encuentra en los glóbulos rojos, que a su vez son producidos por la médula ósea. Sin embargo, no toda la hemoglobina se concentra en los glóbulos rojos. Se encuentra así, por ejemplo, en las neuronas dopaminérgicas del grupo A9 de la sustancia negra , en los macrófagos , en las células alveolares y, en los riñones , en las células del mesangio . En estos tejidos, la hemoglobina juega un papel antioxidante y regulador del metabolismo del hierro .
La hemoglobina y varias moléculas relacionadas también están presentes en un gran número de invertebrados, hongos y plantas . En estos organismos, la función de la hemoglobina es transportar oxígeno O 2, pero también puede actuar como transportador y regulador de otras especies químicas como el dióxido de carbono CO 2, monóxido de nitrógeno NO, sulfuro de hidrógeno HS y anión sulfuro S 2– . Una variante de la hemoglobina, llamada leghemoglobina , elimina el oxígeno de los sistemas anaeróbicos , por ejemplo, los nódulos de Rhizobium en las fabaceae , antes de que los inactive.
La hemoglobina tiene una estructura cuaternaria característica de muchas proteínas con subunidades globulares . La mayoría de sus residuos de aminoácidos están implicados en hélices α unidas por segmentos no helicoidales. Las secciones helicoidales están estabilizadas por enlaces de hidrógeno que dan a la proteína su estructura tridimensional característica, denominada plegamiento de globina, ya que también se encuentra en otras globinas con un grupo protésico hemo como la mioglobina . Este plegamiento característico tiene una cavidad en la que se inserta firmemente una molécula de hemo que constituye el grupo protésico de la proteína. Por tanto, la hemoglobina contiene una molécula de hemo por subunidad.
Representación genérica de una molécula de hemoglobina, que muestra las cuatro subunidades, idénticas en pares, cada una con una molécula de hemo insertada en cavidades dentro de las subunidades.
En la mayoría de los vertebrados, la molécula de hemoglobina es un conjunto de cuatro subunidades globulares en una disposición aproximadamente tetraédrica . Estas subunidades se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno, por enlaces iónicos y por efecto hidrofóbico . En los seres humanos adultos, el tipo más común de hemoglobina es la hemoglobina A, que consta de dos subunidades α y dos subunidades β, cada una compuesta por 141 y 146 residuos de aminoácidos, respectivamente. Esta estructura está simbolizada por α 2 β 2. Estas subunidades son estructuralmente muy similares y tienen aproximadamente el mismo tamaño. Cada uno tiene un peso molecular de aproximadamente 16 kDa , o 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) para la proteína de longitud completa. En los niños, la principal hemoglobina se llama hemoglobina F (fetal), de fórmula α 2 γ 2, siendo reemplazadas gradualmente las cadenas γ por cadenas β durante el crecimiento.
El hemo está compuesto por un catión de hierro ( II ) coordinado con cuatro átomos de nitrógeno de una porfirina , un tetrapirrol cuya molécula es plana. Este catión Fe 2+ también está unido covalentemente al residuo de histidina F8 de la globina en la que se inserta el hemo; este residuo, llamado histidina proximal , se encuentra debajo del plano del hemo. El Fe 2+ también puede unirse reversiblemente a través de un enlace covalente coordinado a una molécula de oxígeno O 2por encima del plano del hemo, opuesto a la histidina proximal, completando la geometría de coordinación octaédrica de seis ligandos del catión hierro ( II ) en la oxihemoglobina; en ausencia de oxígeno, en la desoxihemoglobina, este sexto sitio está ocupado por una molécula de agua unida muy débilmente.
El hierro ferroso en la desoxihemoglobina se encuentra en un estado de alto espín , es decir que sus cinco orbitales d están ocupados, principalmente por electrones individuales, de ahí un radio iónico del orden de 92 pm , mientras que, en la oxihemoglobina, el hierro ferroso está en un estado de espín bajo , es decir, sus orbitales d están ocupados por seis pares de electrones que están limitados a los tres orbitales de menor energía, por lo tanto, un radio iónico de solo 75 pm . Por esta razón, el ión Fe 2+ se desplaza aproximadamente 40 µm del plano del hemo en la desoxihemoglobina, pero solo 10 µm en la oxihemoglobina. Esta variación está en la base del cambio entre la forma tensa y la forma relajada de hemoglobina.
(es) Diagrama esquemático de la unión de una molécula de oxígeno O 2en el hemo , simbolizado aquí por una línea gruesa. El ion superóxido O 2• - El resultado está ligado por un lado al catión de hierro ( III ) por un enlace covalente coordinado y por el otro lado a la histidina distal. El catión Fe ( II ) de la desoxihemoglobina se encuentra en el estado de giro alto y se desplazó fuera del plano del hemo hacia la histidina proximal, pero regresa a este plano al pasar al estado de giro bajo por la unión al oxígeno l., Que se desplaza la histidina proximal al hemo y promueve el cambio del resto de la proteína de la forma tensada (T) a la forma relajada (R).
El catión hierro puede encontrarse en el estado de oxidación +2 o +3: en este último caso se trata de metahemoglobina , que se une al oxígeno de forma menos reversible que la hemoglobina y con menor afinidad. De hecho, cuando se une al hemo ferroso, la molécula de oxígeno O 2tiende a reducirse al ion superóxido O 2• - mientras que el catión Fe 2+ tiende a oxidarse a Fe 3+ , un mecanismo que se invierte durante la liberación de oxígeno; por el contrario, la unión de oxígeno al hemo férrico es esencialmente irreversible y tiende a bloquear la proteína en forma de R, lo que evita la liberación de oxígeno e inhibe su funcionalidad transportadora de oxígeno. La citocromo b 5 reductasa o metahemoglobina reductasa es la enzima que asegura la reducción de la hemoglobina funcional de la metahemoglobina mediante la reducción del catión Fe 3+ a Fe 2+ , lo que la convierte en una enzima esencial para mantener las propiedades de la sangre.
La hemoglobina desoxigenada (desoxihemoglobina) tiene la denominada T, o conformación tensa , mientras que la hemoglobina oxigenada (oxihemoglobina) tiene la denominada R, o conformación relajada . La forma T tiene una baja afinidad por el oxígeno y por lo tanto tiende a liberarlo, mientras que la forma R tiene una alta afinidad por el oxígeno y tiende a unirlo. Varios factores favorecen una u otra de estas conformaciones. Así, la forma T se ve favorecida por un pH bajo ( ácido ), una alta concentración de CO 2y un alto nivel de 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG), que promueve la liberación de oxígeno a medida que la sangre circula a través de los tejidos , mientras que la forma R se ve favorecida por un pH alto, una presión parcial baja de CO 2y un nivel bajo de 2,3-BPG, que promueve la captación de oxígeno cuando la sangre circula a nivel de los alvéolos pulmonares .
Representación esquemática del cambio de hemoglobina entre las formas T (desoxi) y R (oxi). Los movimientos del hemo y de la histidina proximal son claramente visibles en las subunidades α 1 y β 2 .
Tasa de saturación de O 2hemoglobina en función de la presión parcial de O 2 ; a veces llamada curva de Barcroft , es sigmoidea debido al efecto cooperativo que acompaña a la unión del oxígeno a la hemoglobina.
El cambio entre la forma T y la forma R de la hemoglobina es un mecanismo llamado cooperativo , es decir alostérico , porque la unión de una molécula de oxígeno a la forma T induce un cambio conformacional que se propaga parcialmente a subunidades adyacentes, cuya afinidad porque el oxígeno aumenta gradualmente a medida que otras moléculas de oxígeno se unen a la hemoglobina, hasta que toda la proteína asume la conformación R; a la inversa, la liberación de una molécula de oxígeno de la forma R induce un cambio conformacional que se propaga parcialmente a las subunidades adyacentes, cuya afinidad por el oxígeno disminuye gradualmente a medida que la hemoglobina libera oxígeno, hasta que toda la proteína adopta la conformación T. Esta es la razón por la cual la curva de unión del oxígeno a la hemoglobina en función de la presión parcial del oxígeno muestra una forma sigmoidea , mientras que sería hiperbólica en ausencia de alosteria.
Es habitual graficar la tasa de saturación de hemoglobina en oxígeno O 2representado en el eje y en función de la presión parcial de oxígeno O 2, dado en la abscisa . En esta representación, la curva es sigmoidea y tiende a deslizarse hacia la izquierda cuando aumenta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y hacia la derecha cuando disminuye. La presión parcial de oxígeno a la que la hemoglobina está saturada en un 50% con oxígeno se llama p 50 : cuanto menor es su valor, mayor es la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Como guía, la p50 de la hemoglobina en un adulto sano es típicamente de 3,5 kPa , a menudo escrita como 26,6 mmHg , mientras que la de la mioglobina suele ser de 130 Pa .
Varios factores aumentan la p 50 y, por lo tanto, deslizan esta curva hacia la derecha:
Estos efectos son reversibles y la inversión de la dirección de variación de estos factores hace que la curva se deslice hacia la izquierda.
Además de oxígeno O 2, que se une a la hemoglobina en un llamado mecanismo cooperativo , esta proteína también transporta otros ligandos , algunos de los cuales son inhibidores competitivos , como el monóxido de carbono CO, y otros son ligandos alostéricos como el dióxido de carbono CO 2y monóxido de nitrógeno NO. CO 2se une reversiblemente a los grupos amina en la apoproteína para formar carbaminohemoglobina , que se cree que proporciona aproximadamente el 10% del transporte de CO 2en mamíferos , el resto se transporta principalmente en forma de iones de bicarbonato HCO 3- . El óxido nítrico se une reversiblemente a los grupos tiol de la apoproteína para formar un S -nitrosotiol . Es posible que el transporte de óxido nítrico medie el transporte de oxígeno por la hemoglobina indirectamente al actuar como vasodilatador en tejidos donde la presión parcial de oxígeno es baja.
Inhibidores por competencia con oxígenoLa unión del oxígeno a la hemoglobina se bloquea eficazmente con el monóxido de carbono CO, por ejemplo, del humo de los cigarrillos , los escapes o la combustión incompleta de una caldera . El monóxido de carbono compite con el oxígeno en el sitio de unión de este último en el hemo. La afinidad de la hemoglobina por el monóxido de carbono es aproximadamente 230 veces mayor que la de la hemoglobina por el oxígeno, por lo que pequeñas cantidades de monóxido de carbono son suficientes para reducir significativamente la oxigenación de la hemoglobina durante la hematosis y, por lo tanto, la capacidad de la sangre para oxigenar el cuerpo. La hipoxia que resulta así de la exposición continua al 0,16% de CO en el aire provoca mareos , náuseas , dolor de cabeza y taquicardia en 20 minutos y conduce a la muerte en menos de dos horas; El 1,28% de CO en el aire provoca pérdida del conocimiento después de solo dos o tres respiraciones y la muerte en menos de tres minutos. Cuando se combina con monóxido de carbono, la hemoglobina es una proteína llamada carboxihemoglobina cuyo color rojo muy brillante probablemente teñirá la piel de rosa de las víctimas que murieron por intoxicación por monóxido de carbono , que de otra manera tendrían la tez pálida o azulada.
De manera similar, la hemoglobina exhibe, en su sitio de unión al oxígeno, una afinidad competitiva por el ion cianuro CN - , el monóxido de azufre SO y el ion sulfuro S 2– , como ocurre con el sulfuro de hidrógeno H 2 S. Estos se unen al catión de hierro del hemo sin modificar su estado de oxidación, pero sin embargo inhiben la unión del oxígeno al hemo, de ahí su alta toxicidad.
Ligandos de hemoglobina alostéricosEl dióxido de carbono CO 2se une más fácilmente a la desoxihemoglobina, lo que facilita su eliminación del organismo. Esto se llama efecto Haldane .
Además, CO 2disuelto en la sangre se convierte en anión bicarbonato HCO 3- por anhidrasa carbónica , dependiendo de la reacción:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .De ello se deduce que la sangre rica en CO 2también es más ácido , es decir, su pH se reduce por efecto del ácido carbónico . La unión de protones H + y moléculas de CO 2.la hemoglobina induce un cambio conformacional que favorece la forma T y, por tanto, la liberación de oxígeno. Los protones se unen a diferentes sitios de la hemoglobina, mientras que el dióxido de carbono se une a los grupos α- amino para formar carbaminohemoglobina . La disminución de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno en presencia de CO 2y el pH ácido se llama efecto Bohr .
Las personas aclimatadas a grandes altitudes tienen un aumento del nivel en sangre de 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Este último es un efector heteroalostérico que tiene el efecto de reducir la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno estabilizando la forma T: bajo una presión parcial de oxígeno más baja que al nivel del mar, una caída en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno tiene el efecto de aumentar la eficiencia global del transporte de oxígeno por la hemoglobina. De manera más general, se observa un aumento en el nivel de 2,3-BPG cuando la presión parcial de oxígeno disminuye en los tejidos periféricos, por ejemplo en caso de hipoxemia , enfermedad respiratoria crónica , anemia o incluso insuficiencia cardíaca . Por el contrario , el nivel de 2,3-BPG disminuye en caso de shock séptico e hipofosfatemia (en) .
La biosíntesis de la hemoglobina implica un conjunto complejo de pasos. El hemo proviene de una serie de reacciones que comienzan en las mitocondrias y continúan en el citosol de los eritrocitos inmaduros, mientras que la apoproteína se produce en el citosol de los ribosomas . La producción de hemoglobina ocurre en las primeras etapas de la eritropoyesis , desde la etapa de proeritroblasto hasta la etapa de reticulocitos en la médula ósea . Aquí es donde los eritrocitos de los mamíferos pierden su núcleo , mientras que el núcleo permanece en los eritrocitos de las aves y muchas otras especies . La biosíntesis de la apoproteína sin embargo continúa después de la pérdida del núcleo porque hay restos de la ARN mensajero en la célula, que puede ser traducido por los ribosomas del citosol hasta la activación de los hematíes en el aparato. Cardiovascular .
En los vertebrados , los eritrocitos que han llegado al final de su vida debido a su senescencia o deterioro son eliminados de la sangre por fagocitosis por macrófagos en el bazo y en el hígado . En caso de hemólisis en el torrente sanguíneo , la hemoglobina se une a la haptoglobina , mientras que el hemo libre se une a la hemopexina , lo que limita el efecto oxidativo. Es probable que la hemoglobina degradada o liberada en grandes cantidades por los glóbulos rojos dañados obstruya los vasos sanguíneos , como los capilares de los riñones , lo que puede causar enfermedad renal . La hemoglobina liberada es eliminada de la sangre por la proteína CD163 , que se expresa exclusivamente en monocitos y macrófagos. La hemoglobina se descompone en estas células y el hierro hemo se recicla, mientras que se libera una molécula de monóxido de carbono por molécula de hemo degradada: la descomposición del hemo es uno de los pocos procesos naturales que producen monóxido de carbono en el cuerpo humano y es responsable de la presencia de CO en la sangre de las personas que respiran incluso el aire más puro. Este proceso forma biliverdina , luego bilirrubina , que es de color amarillo. Insoluble, los macrófagos lo liberan al plasma sanguíneo , donde se une a la albúmina sérica , que la transporta a los hepatocitos . Estos últimos lo solubilizan por conjugación con ácido glucurónico y lo secretan en los intestinos con la bilis . Los intestinos metabolizan la bilirrubina a urobilinógeno , que se excreta en las heces como estercobilina y en la orina . Cuando la bilirrubina no puede excretarse, su concentración en sangre aumenta y se elimina principalmente a través de la orina, que se oscurece mientras que las heces se decoloran.
El hierro producido por la degradación del hemo se almacena en las ferritinas de los tejidos y se transporta en el plasma sanguíneo por las β-globulinas como las transferrinas .
Las moléculas de hemoglobina están formadas por subunidades de tipo globina cuya secuencia difiere según la especie . También existen variantes de hemoglobinas dentro de la misma especie, aunque una de estas variantes suele predominar en gran medida sobre las demás. En los seres humanos , la forma predominante de hemoglobina se llama hemoglobina A; está codificado por los genes HBA1 , HBA2 y HBB ubicados en el cromosoma 16 para los dos primeros y en el cromosoma 11 para el último.
Generalmente se acepta que la diferencia entre hemoglobina y mioglobina es posterior a la separación de gnatostomas (de vertebrados a mandíbula ) o con lamprea . La mioglobina se ha dirigido al almacenamiento de oxígeno, mientras que la hemoglobina se ha especializado en el transporte de oxígeno. Las subunidades de la proteína están codificadas por genes de tipo α y β globina . Los predecesores de estos genes surgieron durante una duplicación que ocurrió después de la aparición de los gnatóstomos, hace alrededor de 450 a 500 millones de años. La aparición de los genes α y β abrió el camino a la polimerización de estas globinas y, por tanto, a la formación de una proteína de mayor tamaño compuesta por distintas subunidades . El hecho de que la hemoglobina sea una proteína polimérica es la base del mecanismo alostérico que subyace notablemente a la naturaleza cooperativa de la unión del oxígeno a la hemoglobina. Posteriormente, el gen α ha sufrido una segunda duplicación que conduce a la formación de los genes HBA1 y HBA2 . Estas múltiples duplicaciones y divergencias han creado todo un conjunto de genes relacionados con las globinas α y β, cuya regulación conduce a que se expresen en diferentes etapas de desarrollo.
Alineación de las secuencias de las cadenas α, β y δ de la hemoglobina humana (fuente UniProt ).
Las mutaciones de los genes de la hemoglobina pueden dar lugar a variantes de la hemoglobina. La mayoría de estas variantes son funcionales y no tienen ningún efecto sobre la salud. Algunas mutaciones en la hemoglobina, por otro lado, pueden causar enfermedades genéticas llamadas hemoglobinopatías . La más conocida de estas condiciones es la anemia de células falciformes , que fue la primera enfermedad humana cuyo mecanismo fue dilucidado a nivel molecular. Las talasemias son otro grupo de hemoglobinopatías que implican una alteración de la regulación génica del componente globina de la hemoglobina. Todas estas enfermedades resultan en anemia .
La alteración de la secuencia de aminoácidos de la hemoglobina puede ser adaptativa. Así fue posible demostrar que la hemoglobina se adapta a la caída de la presión parcial de oxígeno observada a gran altura. Entonces, la hemoglobina debe poder unirse al oxígeno a una presión más baja, lo que puede manifestarse por un cambio en la secuencia a nivel de los aminoácidos involucrados en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, como se ha observado, por ejemplo, en colibríes de la cordillera de los Andes : así, en especies del género Oreotrochilus , en el colibrí de Castelneau , el inca violifera o incluso el colibrí gigante , estas mutaciones reducen la afinidad de la hemoglobina por el ácido fítico , que en estas aves juega el mismo papel que 2, 3-bisfospoglicerato en humanos; esta disminución de la afinidad tiene el efecto de incrementar la eficiencia del transporte de oxígeno cuando se reduce la presión parcial de este último.
La adaptación de la hemoglobina a grandes altitudes también afecta a los humanos. Identificamos así un grupo de mujeres tibetanas cuyo genotipo codifica una hemoglobina cuya afinidad por el oxígeno aumenta a baja presión parcial. Esto tiene el efecto de reducir la mortalidad infantil en estas condiciones extremas, lo que ofrece una ventaja selectiva que favorece a los individuos portadores de estas mutaciones de hemoglobina.
En los adultos, la principal variante de hemoglobina es la hemoglobina A , o HbA , de fórmula α 2 β 2, que representa más del 97% de la hemoglobina total de un adulto sano. La otra variante de la hemoglobina adulta es la hemoglobina A 2 , o HbA 2 , con la fórmula α 2 δ 2, que representa entre el 1,5% y el 3,1% de la hemoglobina total de un adulto sano, pero cuya proporción aumenta en los pacientes drepanocíticos . Además de estas variantes de adultos sanos, hay una docena de otras variantes de hemoglobina humana, que se encuentran en embriones , fetos o pacientes con una o más formas de hemoglobinopatía .
Se conocen cuatro tipos de hemoglobina embrionaria en humanos :
La hemoglobina embrionaria a veces se simboliza con Hbε, que no debe confundirse con la hemoglobina E, denominada HbE, que es una variante patológica de la HbA que presenta una mutación deletérea en las subunidades β, denominada β E (la "E" en este caso se refiere a la residuo de glutamato modificado por mutación ).
La hemoglobina fetal HbF de fórmula α 2 γ 2, reemplaza la hemoglobina embrionaria después de 10 a 12 semanas de desarrollo. Constituye hasta el 95% de la sangre del recién nacido y se reemplaza gradualmente por hemoglobina HbA adulta a partir del sexto mes después del nacimiento; sin embargo, permanece presente en trazas en adultos, donde no excede el 1% de todas las variantes de hemoglobina detectables. Permanece en los niños producidos durante cierta talasemia en particular, a veces hasta la edad de cinco años, y una condición rara llamada persistencia hereditaria del trastorno de la hemoglobina fetal (en) ( HPFH ) da como resultado la producción de HbF en lugar de HbA más allá del período normal. Además, la producción de HbF se puede reactivar en adultos en un entorno terapéutico para tratar la anemia de células falciformes .
La hemoglobina fetal se caracteriza por una afinidad mayor por el oxígeno que la hemoglobina adulta, que permite que el feto para oxigenar sí mismo a partir de sangre de la madre: de hecho, la p 50 de HbF es de aproximadamente 19 mmHg ( 2,6 kPa ), en comparación con 26,8 mm de Hg ( 3,6 kPa ) para HbA. Esta diferencia de afinidad por el oxígeno resulta de una diferencia de afinidad por uno de los efectores alostéricos de la hemoglobina: el 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG), cuya unión con la hemoglobina tiene el efecto de estabilizar la forma T de esta proteína. que corresponde a la desoxihemoglobina, que reduce la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. En el caso de la hemoglobina fetal, la subunidad γ tiene un residuo de serina en la posición 143, donde una subunidad β HbA tiene un residuo de histidina : esta posición se encuentra en el sitio de unión 2,3-BPG, y el reemplazo de un la histidina, cuya cadena lateral lleva una carga eléctrica positiva, por una serina eléctricamente neutra, debilita la interacción de 2,3-BPG con hemoglobina, porque la 2, 3-BPG es una molécula pequeña que lleva cinco cargas eléctricas negativas.
Las talasemias se caracterizan por una producción insuficiente de uno de los dos tipos de subunidades de hemoglobina adulta. Por tanto, se hace una distinción entre la talasemia α , que es bastante rara, en la que las subunidades α se producen de manera insuficiente, y la talasemia β , la más común, en la que son las subunidades β las que se producen de manera insuficiente. El primero conduce a la formación de tetrámeros de β-globina llamados hemoglobina H , de fórmula β 4, que son bastante inestables. Los homocigotos α 0 generalmente no sobreviven mucho después del nacimiento debido a una profunda alteración de la hemoglobina fetal HbF, dando en estas condiciones hemoglobina de Barts , de fórmula γ 4.
Las principales mutaciones en la hemoglobina son:
Existe una amplia variedad de proteínas en plantas y animales que se unen al oxígeno para su almacenamiento o transporte. Las bacterias , los protozoos y los hongos también tienen proteínas relacionadas con la hemoglobina que, por su función conocida o predicha, se unen a ligandos gaseosos de forma reversible. Además de transportar y detectar oxígeno, estas proteínas pueden participar en la eliminación de oxígeno de los medios que se cree que siguen siendo anaeróbicos , como también es el caso de la leghemoglobina .
Dado que muchas de estas proteínas están formadas por globinas y hemo , a menudo se las denomina "hemoglobina", aunque su estructura general es muy diferente de la hemoglobina de los vertebrados . En particular, la distinción entre mioglobina y hemoglobina a menudo es imposible en los animales más simples en ausencia de músculos en este último, mientras que el sistema circulatorio de la mayoría de los insectos no está involucrado en la difusión de oxígeno a través del cuerpo. Varios artrópodos ( arañas , escorpiones , algunos crustáceos ) usan el ojo de la cerradura , que es un hemo libre que contiene cobre pero que usa cationes de cobre coordinados directamente con residuos de histidina , pero esta proteína no es homóloga a la hemoglobina.
La estructura de las hemoglobinas es muy variable según la especie considerada. A menudo es monoglobina en bacterias, protozoos, algas y plantas , mientras que muchos nematodos , moluscos y crustáceos tienen proteínas muy grandes que contienen un número mucho mayor de subunidades que en los vertebrados. Los hongos y anélidos en particular poseen hemoglobinas quiméricas que contienen tanto globinas como otros tipos de proteínas. Así, el gusano tubo gigante de los respiraderos hidrotermales contiene una variedad de hemoglobina que comprende no menos de 144 subunidades de globina, cada una asociada con un grupo hemo, cuya función es capturar oxígeno O 2y sulfuro de hidrógeno H 2 Snecesario para las bacterias que viven en simbiosis con él, así como el dióxido de carbono CO 2necesario para el anabolismo del gusano. Estas estructuras son notables porque pueden transportar oxígeno en presencia de iones sulfuro y transportar estos iones ellos mismos sin ser envenenados por ellos como lo son las hemoglobinas de otras especies.
Entre las proteínas distintas de la hemoglobina capaces de unirse al oxígeno, se pueden retener las siguientes moléculas:
En medicina, varios términos se refieren a la hemoglobina:
Como muchas proteínas, las cadenas de hemoglobina presentan diversas mutaciones que, en la mayoría de los casos, no tienen impacto clínico. Se han identificado más de 500 hemoglobinas anormales. Ciertas mutaciones (Hb Köln, Indianápolis, etc.) provocan inestabilidad del tetrámero precipitante en el cuerpo de Heinz o metahemoglobinemia (hemoglobina M).
En ocasiones esta mutación provoca una afinidad anormal por el oxígeno, es decir, como Hb Hope, una disminución de la afinidad con un P50 elevado dando una anemia y cianosis bien toleradas en reposo, estando mal soportado el esfuerzo y la altitud., O, como la Hb Chesapeake, Malmö u Olympia, un aumento de la afinidad con una P50 reducida y una policitemia compensadora que conduce a manifestaciones clínicas a partir de cierta edad.
Otros pueden ser responsables de hemólisis crónica, HbS (por mutación de glutamina a valina que provocará la polimerización de Hb), HbC, o empeorar en el estado heterocigoto otra hemoglobinopatía, HbO Arab, HbD Punjab o Hb Lepore, o β-talasemia, HbE.
Finalmente, el daño genético puede estar relacionado no con la estructura primaria de la proteína, sino con un defecto cuantitativo en su síntesis, o una persistencia anormalmente alta de hemoglobina HbF fetal.
Los defectos de síntesis o la anomalía molecular se describen bajo los nombres de:
Se dieron los primeros estudios de la hemoglobina para el XIX ° siglo en Alemania . Descubierta en 1840 por Hünefeld, la hemoglobina fue cristalizada en 1851 por Otto Funke (en) , y fue Felix Hoppe-Seyler quien demostró la fijación reversible del oxígeno en esta proteína en 1866. La naturaleza tetramérica y el peso molecular de la hemoglobina fueron establecidos por Gilbert Smithson Adair (en) en 1925 midiendo la presión osmótica de soluciones de hemoglobina, que también identificó las bases del efecto cooperativo de la unión del oxígeno a esta proteína por la alosteria .
La estructura tridimensional de la hemoglobina fue establecida por Max Perutz en 1959 mediante cristalografía de rayos X , lo que le llevó a compartir el Premio Nobel de Química de 1962 con John Kendrew , quien había realizado un trabajo similar sobre la mioglobina .
En 2005, el artista Julian Voss-Andreae creó la escultura Corazón de acero (hemoglobina) , inspirada en la columna vertebral de la proteína. La escultura está realizada en vidrio y acero corten . El aspecto oxidado de la obra es intencionado y evoca la reacción química fundamental de la unión del oxígeno al hierro contenido en la hemoglobina.
El artista de Montreal, Nicolas Baier, creó la escultura Lustre (Hemoglobina) , una escultura de acero inoxidable pulido que muestra la estructura de la molécula de hemoglobina. La escultura está ubicada en el atrio del centro de investigación del Centro de Salud de la Universidad McGill en Montreal. El tamaño de la escultura es de aproximadamente 10 metros por 10 metros por 10 metros.
" El Premio Nobel de Química 1962 fue otorgado conjuntamente a Max Ferdinand Perutz y John Cowdery Kendrew" por sus estudios de las estructuras de las proteínas globulares " . "