Estructura cuaternaria, introducción y la mioglobina

Los distintos tramos de estructuras secundarias se juntan para dar las terciarias que permite tener en su interior una molécula que, como en la hemoglobina, permite transportar el oxígeno. La razón de que las proteínas formen estructuras cuaternarias o no es debido a una función precisa de esta.

• Mioglobina: destinada al almacenamiento de oxígeno y difusión en tejido muscular.

• Hemoglobina: destinada al transporte de oxígeno y CO2 a través del torrente sanguíneo.

Estas dos proteínas son necesarias porque el oxígeno es apolar y tiene una solubilidad muy baja en el torrente sanguíneo y por ello se facilita el transporte de este oxígeno. Sería necesario sino bombear una cantidad demasiado elevada de sangre para transportar la cantidad necesaria de O2.  Ambas requieren oxígeno, pero de forma distinta. El oxígeno lo necesita para el catabolismo, que es oxidativo. 

Se logra mayor aporte de oxígeno a los tejidos si este viaja unido a una proteína que resulta soluble en agua o que puede ser almacenada en el interior de células especializadas. La hemoglobina no viaja libre en la sangre sino que se encuentra en el interior de los eritrocitos. 

La mioglobina y la hemoglobina son paradigmáticas en el estudio de unión de ligandos a proteínas. En ambos casos se trata de dominios α con un grupo hemo en el interior. 

Los requisitos que tienen que tener las proteínas que  deben unir oxígeno como parte de su función:

   1. Ser capaces de unir oxígeno. 

   2. Que dicho oxígeno no oxide a ningún elemento, que no reaccionen    con el O2 y entonces se reduciría a agua. 

   3. Que se libere oxígeno en función de la demanda. 

Los mamíferos no podemos fijar el CO2 sino que es un desecho metabólico y tiene que salir en la espiración.El O2 se une a los grupos hemos y el CO2 a los extremos terminales.

MioglobinaProteína globular que une O2 para almacenarlo y difusión en tejido muscular (hace la fermentación cuando se hace deporte y se acaba el aporte de oxígeno). El oxígeno se difunde a través de células musculares. Se usa en momentos de alto requerimiento energético. Esto es muy importante en mamíferos acuáticos sobretodo en cachalotes. 

La Mioglobina está caracterizada por la presencia de 8 tramos de héliceα, cuentan con 153 aminoácidos. 

La mioglobina no es capaz de unir de por sí solas oxígeno. Y por ello requiere de metales con bajo estado de oxidación (Fe2+) al que se une de manera no covalente, un anillo porfirina protoporfirina IX. Este complejo es el grupo hemo. La presencia del grupo hemo le permite crear un entorno hidrofóbico que permite unir dicho grupo con el ion ferroso al impedir la transferencia de electrones. Además, también impide que no se produzcan reacciones redox entre el ion ferroso y el oxígeno.

• Anillo de porfirina protoporfirina IX. Es un anillo tetrapirrótico presente también en los citocromos. 

• Fe2+: es un metal de geometría octaédrica, que requiere de seis ligandos para ser estable mediante enlace covalente dativo. Cuatro ligandos los aporta el N de los anillos de la estructura de porfirina IX. El quinto lo constituye el Oxígeno y el sexto ligando lo aporta la cadena lateral de una histidina, concretamente la histidina 93 o F8 o proximal. 

• O2: se encuentra  situado entre el Fe (II) y otra histidina (his 64 o histidinaE7 o distal).

El grupo hemo se encuentra estabilizado por medio de interacciones de tipo Van der Walls con varios residuos (histidinaF8 o proximal, Valina E11 y la histidina E7 o distal) 

El grupo hemo no impide la reacción entre el Fe y el O2 completamente. Si en un vaso de precipitados con agua se añaden virutas de hierro y se bombea O2, el hierro pasa de Fe2+ a Fe3+. Si al vaso se le añade protoporfirina, esto sigue ocurriendo, pero más lentamente. Cuando pasa esto, se forma la metamioglobina o metahemoglobina. Estas moléculas ya no resultan útiles, por lo que hay que degradar las proteínas en el proteosoma. Inactivación irreversible. 

* La forma de unirse el O2 con la molécula, es igual en la mioglobina y la hemoglobina. Importancia en mamíferos terrestresLos ratones  knock out son los que carecen del gen de la hemoglobina. Los músculos de los que tienen el gen de la hemoglobina son  más rosados. Sin embargo, estos ratones no tienen ningún defecto estructural. Tienen el mismo rendimiento que los ratones que sí poseen el gen de la hemoglobina. 

Para entender como una proteína como la hemoglobina y la mioglobina se une al oxígeno y lo libera en función de la demanda.
Ley de Henry dice que la unión del oxígeno a la mioglobina provoca cambios en el patrón de absorbancia visible. Para ello, estudiamos el equilibrio entre la mioglobina libre y la mioglobina unida al oxígeno, ya que las absorbancias son distintas.

Se trata de un equilibrio químico: Mb +  O2 <-->  MbO2  que viene caracterizado por una constante de equilibrio; 

**NOTA! Mb+ O2(no unido a oxigeno) se llama desoximioglobina y MbO2  (unidos) se llama oximioglobina (igual con hemoglogina). 

Además se creó el concepto de ϴ (teta) lugares ocupados frente al número de lugares totales. Que es lo mismo a la relación entre los lugares unidos a oxígeno frente al número de moléculas totales de mioglobina. 

Cada molécula de mioglobina tiene sólo un lugar, por lo que el número total de lugares potencialmente disponibles es proporcional a la concentración molar total de la mioglobina. En consecuencia: 

Se ha utilizado [MbO2]= K [Mb][O2] de la ecuación de la K para obtener la expresión de la derecha. La concentración de Mb sin O2 unido puede tomarse como factor común en el numerador y el denominador y al eliminarse se obtiene: 

1/k es la concentración de oxígeno necesaria para que ϴ sea 0,5, lo que significaría que tenemos la mitad de Mb unidas a oxígeno. Se puede comprobar esto estableciendo ϴ = ½. Dado que la concentración de oxígeno es proporcional a la presión parcial de oxígeno, la ecuación se puede formular: 

ϴ=  

(PO2: presión de oxígeno) (P50: Concentración de O2 necesaria para que la mitad de tus moléculas estén unidas a O2)
Si PO2 es casi 0, ϴ = 0 y se aproxima a 1 cuando PO2 se hace grande.Cuanto más baja es ϴ o menor es la P50, mayor afinidad por el O2.