Transporte y Almacenamiento de Oxígeno
Los sistemas vivos utilizan metaloproteínas basadas en hierro y cobre, como la hemoglobina y la mioglobina, para unirse al oxígeno de forma reversible, transportándolo por el cuerpo y almacenándolo en los tejidos.
Definition
El transporte y almacenamiento de oxígeno es la química bioinorgánica mediante la cual las metaloproteínas se unen al oxígeno molecular de forma reversible en un centro metálico para transportarlo en el torrente sanguíneo y retenerlo en los tejidos para su uso en la respiración.
Scope
Este tema abarca la química bioinorgánica de los transportadores de dioxígeno: los centros de hierro hemo de la hemoglobina y la mioglobina, la unión cooperativa de oxígeno de la hemoglobina y su control alostérico, los cambios estructurales que acompañan a la oxigenación y los transportadores de oxígeno alternativos hemocianina y hemeritrina. Trata la unión y el almacenamiento reversible de oxígeno, dejando la catálisis activadora de oxígeno para el tema de las metaloenzimas.
Core questions
- ¿Cómo se une el centro de hierro hemo al oxígeno de forma reversible sin oxidarse?
- ¿Por qué la unión de oxígeno de la hemoglobina es cooperativa?
- ¿Qué cambios estructurales acompañan a la oxigenación?
- ¿Cómo transportan oxígeno la hemocianina y la hemeritrina con cobre o hierro no hemo?
Key concepts
- Hemo y la histidina proximal
- Unión reversible de dioxígeno
- Cooperatividad y la curva sigmoidea
- Regulación alostérica
- Hemocianina (dicobre)
- Hemeritrina (dihierro)
Key theories
- Unión reversible de dioxígeno en el hierro hemo
- El centro de hierro(II) del hemo, mantenido en un bolsillo proteico con una histidina proximal, une el dioxígeno de forma frontal mientras la proteína previene la oxidación irreversible, permitiendo ciclos repetidos de captación y liberación.
- Cooperatividad y alosterismo en la hemoglobina
- La unión de oxígeno a una subunidad desencadena cambios estructurales terciarios y cuaternarios que aumentan la afinidad de las otras, dando la curva de unión sigmoidea que Perutz explicó a partir de la estereoquímica de la proteína.
- Transportadores de oxígeno alternativos
- La hemocianina utiliza un sitio de dicobre y la hemeritrina un sitio de dihierro no hemo para unir dioxígeno, lo que demuestra que la naturaleza ha desarrollado varios centros metálicos distintos para el transporte reversible de oxígeno.
Mechanisms
En la hemoglobina, la unión del oxígeno al hierro de una subunidad atrae el hierro hacia el plano hemo y desplaza la histidina unida, propagando un cambio cuaternario que convierte la proteína de un estado de baja afinidad a uno de alta afinidad y, por lo tanto, hace que la unión sea cooperativa.
Clinical relevance
La química de los transportadores de oxígeno subyace a la fisiología respiratoria y a los trastornos de la entrega de oxígeno, la toxicidad del monóxido de carbono que compite por el sitio hemo y la base molecular de las afecciones que afectan a la hemoglobina; este es material de referencia, no una guía clínica.
History
La base molecular del transporte de oxígeno se hizo evidente con las primeras estructuras cristalinas de proteínas: Kendrew resolvió la mioglobina y Perutz resolvió la hemoglobina, un trabajo reconocido con el Premio Nobel de 1962. Perutz explicó entonces la cooperatividad a partir de las diferencias estructurales entre las formas oxigenada y desoxigenada.
Key figures
- Max Perutz
- John Kendrew
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- perutz1970
- lippard1994
- bertini2007
Frequently asked questions
- ¿Por qué el hierro de la hemoglobina no se oxida simplemente cuando se une al oxígeno?
- El bolsillo proteico aísla cada hemo y posiciona una histidina proximal y residuos distales de modo que el oxígeno se une de forma reversible sin que dos centros de hierro se unan para formar una especie puente oxidada irreversiblemente, manteniendo el hierro disponible para ciclos repetidos.
- ¿Qué logra fisiológicamente la unión cooperativa?
- La cooperatividad confiere a la hemoglobina una curva de unión de oxígeno pronunciada y sigmoidea, de modo que carga oxígeno eficientemente donde la presión parcial es alta, en los pulmones, y lo descarga eficientemente donde la presión es baja, en los tejidos.