Hemoglobina

Antes de abordar la temática de la hemoglobina, conviene repasar estas entradas:

¿Qué es la hemoglobina?

La hemoglobina es una proteína que se encuentra en disolución en el citoplasma del hematíe. Y dentro de cada hematíe se encuentran unas 600 millones de moléculas de esta proteína, cuya función principal es la de fijar de forma reversible el oxígeno molecular (O2), facilitando su transporte desde los pulmones a los tejidos.

Esta proteína fue identificada en la primera mitad del siglo XIX. Pero no fue hasta 1959 cuando su estructura molecular fue descrita por Max Perutz y John Kendrew. Un trabajo que les llevó, tres años después, a conseguir el Premio Nóbel de Química.

Estructura de la hemoglobina

La molécula de hemoglobina está compuesta por un grupo protéico y un grupo prostético. El grupo protéico está conformado por cuatro cadenas de globina. Y el grupo prostético está conformado por cuatro grupos hemo.

Cada grupo hemo está unido a una cadena de globina. Y a su vez, las cadenas de globina están unidas entre sí formando una estructura cuaternaria. Las uniones globina-globina se realizan a través de uniones entre aminoácidos, que pueden ser de dos tipos:

  • Enlaces fuertes: entre 35 aminoácidos (α1 – β1 y α2 – β2).
  • Enlaces débiles: entre 19 aminoácidos (α1 – β2 y α2 – β1).

Molécula de hemoglobinaEstructura de la molécula de hemoglobina

En el centro de la molécula se sitúa el 2,3 difosfoglicerato (2,3 DPG), cuya función es la de regular la función de la hemoglobina.

Cada molécula de globina dispone de un repliegue donde se aloja el grupo hemo. La unión del grupo hemo con la globina se realiza a través de dos mecanismos:

  1. Mediante enlaces entre las cadenas laterales de ácido propiónico del grupo hemo y la cadena de globina.
  2. Por el hierro, que dispone de dos valencias libres. Una fija directamente la globina sobre un residuo de histidina, y la otra, por el lado opuesto, se une a una molécula de oxígeno. Y éste, a su vez, se une a otro residuo de histidina.

Estructura de la globina

Las cadenas de globina son polipéptidos formados por una determinada cantidad de aminoácidos. Existen 6 tipos diferentes de cadenas de globina:

  • Alfa (α)
  • Beta (β)
  • Gamma (γ)
  • Delta (δ)
  • Épsilon (ε)
  • Zeta (ζ)

Cada una de ellas cuenta con un número determinado de aminoácidos. Por ejemplo, las cadenas α poseen 141 aminoácidos, mientras que las β, γ y δ poseen 146 aminoácidos.

Las cadenas de globina poseen estructura primaria, secundaria y terciaria. Solo logran la estructura cuaternaria, característica de la hemoglobina, cuando se unen cuatro cadenas de globina. El tetrámero globínico está conformado por la unión de cadenas de globina con estructura terciaria.

En la estructura terciaria de la globina surge el hueco donde se va a llevar a cabo la unión del grumo hemo con la globina.

Estructura del grupo hemo

El grupo hemo conforma el grupo prostético (no protéico) de la hemoglobina y es el responsable de su color rojo característico.

Está compuesto por la protoporfirina IX, en cuyo centro se sitúa el ión ferroso (Fe+2). La protoporfirina IX, a su vez, está compuesta por cuatro anillos pirrólicos.

El ión ferroso es hexacovalente, con seis valencias, teniendo seis nexos de unión. Cuatro de ellos están unidos a la protoporfirina IX, concretamente a los cuatro nitrógenos de sus anillos pirrólicos. Las dos valencias libres, como hemos visto anteriormente, se unirán a la globina y al oxígeno molecular (O2). La unión con el oxígeno es reversible.

Para que el átomo de hierro pueda fijar el oxígeno, es necesario que se encuentre reducido (ión ferroso Fe2+). Si se encuentra oxidado (ión férrico Fe3+) el grupo hemo perderá la capacidad de fijar el O2, perdiendo la hemoglobina, de este modo, su función respiratoria.

La hemoglobina con ión férrico, y sin función respiratoria, recibe el nombre de metahemoglobina. En condiciones fisiológicas, tan solo un 1% de la hemoglobina total es metahemoglobina. Si la cantidad de metahemoglobina supera el 1% se dice que existe una metahemoglobinemia.

Síntesis de la hemoglobina

La síntesis de la hemoglobina tiene lugar en los precursores hematopoyéticos del hematíe. Incluso su precursor hematopoyético más inmediato, el reticulocito, posee aún cierta capacidad para sintetizarla.

El grupo protéico y el grupo prostético se sintetizan por separado y en orgánulos diferentes. El primero se sintetiza en los ribosomas y el segundo en las mitocondrias.

Las cadenas de globina son sintetizadas por los ribosomas celulares mediante la traducción de su ARN mensajero. Estas moléculas de ARNm de las globinas tienen una vida media larga, suficiente para que el reticulocito mantenga su síntesis. Cuando las globinas son sintetizadas quedan libres en el citoplasma para unirse al grupo hemo.

síntesis de cadenas de globina

El grupo hemo es sintetizado por las mitocondrias, donde se une la protoporfirina IX con el ión ferroso, antes de ser liberado al citoplasma. La síntesis de la protoporfirina IX ocurre en el mismo lugar, aunque algunos pasos de la síntesis discurren en el citoplasma de la célula, y lo hace a partir de glicina y succinil-CoA. Para que la síntesis se lleve a cabo, es necesario que haya vitamina B6 para el correcto funcionamiento de la ALA Sintetasa.

grupo hemo de la hemoglobina

Una vez sintetizados ambos grupos, primero se forma un monómero de hemoglobina con una cadena de globina y un grupo hemo. A continuación, el monómero se une a otro monómero con distinta cadena globínica, formando un dímero. Y por último el dímero se une con otro dímero para formar el tetrámero final de la molécula de hemoglobina.

La síntesis de hemoglobina está autorregulada en los precursores eritropoyéticos. Si aumenta la síntesis de grupos hemo, éstos retroinhiben su síntesis, y también provocan el aumento de síntesis de cadenas de globina.

Tipos de hemoglobina

Vimos con anterioridad la existencia de 6 cadenas diferentes de globina. Cada molécula de hemoglobina posee cuatro de estas cadenas, iguales dos a dos. Es decir, en cada molécula de hemoglobina hay dos tipos de cadena de globina diferentes.

La combinación de estas cadenas entre sí dan lugar a los seis tipos de hemoglobina normales:

Tipos de hemoglobina

La hemoglobina A es la predominante en una persona adulta, constituyendo el 96-98% de la hemoglobina total. La hemoglobina A2 constituye el 2-3%, mientras que la hemoglobina F, predominante en el feto, constituye el 1%.

Las hemoglobinas Gower I, Gower II y Portland solo están presentes durante la etapa embrionaria.

Los genes que codifican las cadenas de globina están presentes en el cromosoma 11 y en el cromosoma 16. Estos genes se reordenan en el mismo orden en el que se expresan. El cambio de síntesis de una globina a otra está relacionado con la metilación de los genes. Cuanto menos metilados estén más se expresan.

tipos de hemoglobina

Funciones de la hemoglobina

La principal función de la hemoglobina es la de transportar oxígeno desde los pulmones a los tejidos. Pero también contribuye al transporte de CO2 en sentido contrario, desde los tejidos a los pulmones. De este modo la hemoglobina cumple su función de vehículo en el transporte e intercambio gaseoso, que ocurre tanto en pulmones como en tejidos.

Como hemos visto anteriormente, la unión del O2 al ión ferroso Fe2+ es reversible. Además, cada molécula de hemoglobina puede fijar un máximo de cuatro moléculas de oxígeno, es decir, tantas moléculas de oxígeno como grupos hemo se encuentran en ella.

Otra función que lleva a cabo la hemoglobina es la de regulación del pH.

Grado de saturación de la hemoglobina

Se denomina grado de saturación de la hemoglobina al porcentaje de hemoglobina con oxígeno (oxihemoglobina) respecto al total de la hemoglobina.

La saturación de la hemoglobina depende de la concentración de O2 y de su afinidad por él. Su concentración se expresa como presión parcial de oxígeno bajo las siglas PO2.

La representación gráfica del grado de saturación con respecto a la concentración de oxígeno recibe el nombre de curva de disociación de la hemoglobina. En la gráfica, el P50 representa la presión parcial de oxígeno a la cual la hemoglobina está saturada al 50%.

Curva disociación hemoglobinaClick en la imagen para ampliar

La curva de disociación se desplaza a izquierda o a derecha en función de la afinidad por el oxígeno. Esa afinidad viene determinada precisamente por la P50, y se puede ver alterada por los siguientes factores:

  • Un aumento de concentración de CO2 en el medio disminuye la afinidad.
  • El 2,3 difosfoglicerato disminuye la afinidad de la hemoglobina por el O2. Esto favorece su liberación a los tejidos.
  • El pH modifica la afinidad. Si desciende (aumenta la acidez, con un aumento de la concentración de hidrogeniones) la afinidad disminuye. El O2 se libera de la hemoglobina para unirse a los H+ y neutralizar el pH. A esta propiedad se le denomina efecto Bohr.

Estos tres factores, o propiedades, disminuyen la afinidad y la liberación de O2 en los tejidos. En cambio, aumentan la afinidad por el oxígeno durante el intercambio gaseoso que ocurre en los alveolos pulmonares. Es decir, tienen un efecto u otro en función de la localización.

La elevación de la temperatura (fiebre) también disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, ya que existe un aumento del metabolismo celular.

Otros tipos de hemoglobina

Hasta el momento hemos visto las hemoglobinas normales. Existen hemoglobinas patológicas como la C y la S que veremos en el futuro. Y también encontramos hemoglobinas que pueden saturarse por moléculas diferentes al O2. En función de lo que se unan al grupo protéico recibirán una denominación u otra:

  • Oxihemoglobina: Es la consideraba normal, saturada de oxígeno.
  • Deoxihemoglobina: También denominada hemoglobina reducida. Los cuatro grupos hemo se encuentran sin oxígeno.
  • Carbaminohemoglobina: La fracción protéica está saturada de CO2. Se forma tras el intercambio gaseoso que ocurre a nivel celular en los tejidos.
  • Metahemoglobina: El hierro del grupo hemo se encuentra oxidado (ión férrico F3+). No fija el oxígeno.
  • Carboxihemoglobina: El grupo protéico está saturado por monóxido de carbono (CO), que tiene una afinidad muy superior a la del oxígeno. Puede ser mortal, ya que no tiene función respiratoria y produce asfixia tisular. Esta desoxigenación tiene una característica contraria al resto de fallecimientos por asfixia, ya que los fallecidos no presentan cianosis, al contrario, presentan un color de piel rojo cereza.
  • Sulfohemoglobina: El grupo protéico presenta la unión de un radical sulfuro (S-2). Tampoco tiene función respiratoria.
  • Hemoglobina glucosilada: Está presente de forma normal en sangre en bajas proporciones. Pero se ve aumentada en patologías como la diabetes. El grupo protéico se une a la glucosa y a otros hidratos de carbono libres.
  • Cianhemoglobina: El O2 es sustituído por el radical cianuro (CN). No tiene función respiratoria.

Tipos de hemoglobinaClick en la imagen para ampliar

Infografía de la hemoglobina

A continuación os ofrezco una infografía que he preparado sobre la hemoglobina. Pretendo que sirva de resumen de toda la entrada.

infografía hemoglobina

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