1Estructura química de las porfirinas
Las porfirinas son estructuras cíclicas constituidas por un anillo tetrapirrólico —cuatro anillos pirrólicos unidos entre sí por puentes metino (=CH−)—, capaces de formar complejos de coordinación con distintos iones metálicos, unidos a los átomos de nitrógeno del centro del anillo. El grupo hemo es la porfirina más relevante en fisiología humana: una protoporfirina IX coordinada con un ion Fe²⁺ central.
El mismo esqueleto de porfirina, con distintos sustituyentes periféricos y distinto ion metálico, da lugar a otras moléculas biológicamente relevantes — la clorofila, por ejemplo, usa el mismo anillo tetrapirrólico coordinado con Mg²⁺ en lugar de Fe²⁺, y cumple la función de captar luz para la fotosíntesis en organismos autótrofos (capítulo III.3).
2Estructura química de la hemoglobina
La hemoglobina es una hemoproteína que constituye ~90% del peso seco del eritrocito (Manual de Fisiología, capítulo VI.2), organizada en los cuatro niveles de estructura proteica desarrollados en el capítulo I.4:
| Nivel | Descripción |
|---|---|
| Primaria | Dos tipos de cadena polipeptídica: α (141 aminoácidos) y β (146 aminoácidos) |
| Secundaria | ~75% de cada cadena forma α-hélices |
| Cuaternaria | Un tetrámero de cuatro subunidades: 2 cadenas α + 2 cadenas β (hemoglobina A1, la forma predominante en el adulto), cada una con su propio grupo hemo unido de forma no covalente |
Cada uno de los cuatro grupos hemo de la hemoglobina coordina una molécula de O2 a través de su Fe²⁺ central — la base estructural de la curva de disociación sigmoidea de la hemoglobina y su cooperatividad, ya desarrollada en profundidad en el Manual de Fisiología (capítulo III.4). Además de transportar O2 desde el pulmón hacia los tejidos, la hemoglobina participa también en el transporte de CO2 desde los tejidos hacia el pulmón (efecto Haldane, Manual de Fisiología, capítulo III.4).
3Diferentes tipos de hemoglobina y estados de oxidación
La composición de cadenas de globina de la hemoglobina cambia con el desarrollo (hemoglobina fetal HbF: 2α + 2γ, con mayor afinidad por el O2 que la HbA adulta — facilita la transferencia de O2 materno-fetal a través de la placenta) y puede alterarse por mutación (como en la hemoglobina S de la anemia falciforme, un cambio de un solo aminoácido en la cadena β que altera drásticamente la estructura cuaternaria bajo condiciones de baja PO2). El Fe²⁺ del hemo también puede oxidarse patológicamente a Fe³⁺, generando metahemoglobina —incapaz de unir O2 de forma reversible—, con distinto espectro de absorción respecto a la hemoglobina normal, lo que permite su detección espectrofotométrica específica.
4Mioglobina: estructura y acción biológica
La mioglobina es una hemoproteína monomérica (una sola cadena polipeptídica, con un único grupo hemo) del músculo esquelético y cardíaco, estructural y funcionalmente análoga a una subunidad aislada de hemoglobina. A diferencia de la hemoglobina, su curva de saturación de O2 es hiperbólica, no sigmoidea (sin cooperatividad, al no tener múltiples subunidades interactuantes) y tiene mayor afinidad por el O2 a cualquier PO2 dada — esto la vuelve una molécula de almacenamiento de oxígeno dentro del propio miocito, que solo libera su O2 a la PO2 muy baja característica de un músculo en actividad intensa, complementando el aporte de la circulación.
5La familia de las hemoproteínas
El mismo cofactor hemo (capítulo III.1) participa en funciones biológicas muy distintas según la proteína que lo aloja y cómo modula su reactividad:
| Hemoproteína | Función |
|---|---|
| Hemoglobina | Transporte de O2 en sangre |
| Mioglobina | Almacenamiento de O2 en el músculo |
| Citocromo c y otros citocromos de la cadena respiratoria | Transporte de electrones en la fosforilación oxidativa — desarrollado en profundidad en el capítulo V.2 |
| Citocromo P450 | Hidroxilación de xenobióticos (fármacos, tóxicos) en el retículo endoplásmico liso hepático — la base del metabolismo de fase I de la biotransformación de fármacos |
| Catalasa | Degradación de peróxido de hidrógeno (H2O2) a agua y oxígeno, protegiendo a la célula del daño oxidativo |
| Triptófano pirrolasa | Primer paso de la oxidación catabólica del triptófano |
El Fe²⁺ del hemo puede unir reversiblemente O2 (hemoglobina, mioglobina), transferir electrones (citocromos), o participar en reacciones de oxidación de sustratos orgánicos (catalasa, citocromo P450) — la diferencia no está en la química intrínseca del hierro, sino en el entorno proteico que rodea al hemo en cada caso: qué residuos de aminoácidos están cerca, cómo está orientado el bolsillo hemo, y qué otros ligandos compiten por coordinar al hierro. Es un ejemplo directo del principio ya visto en el capítulo I.4: la estructura terciaria de una proteína determina su función, incluso cuando el cofactor catalítico central es idéntico entre proteínas de función completamente distinta.
6Trampas de examen
| Trampa | Por qué confunde | Aclaración |
|---|---|---|
| Pensar que la mioglobina se comporta como una hemoglobina "en miniatura", con la misma cinética | Ambas son hemoproteínas transportadoras de O2 | La mioglobina, al ser monomérica, tiene curva de saturación hiperbólica (sin cooperatividad); la hemoglobina, tetramérica, tiene curva sigmoidea — la diferencia estructural (una subunidad vs. cuatro) cambia la cinética de forma fundamental |
| Confundir metahemoglobina con desoxihemoglobina | Ambas "no transportan O2 de forma normal" | La desoxihemoglobina tiene Fe²⁺ funcional, simplemente sin O2 unido en ese momento — puede volver a unir O2 normalmente; la metahemoglobina tiene el hierro oxidado a Fe³⁺, incapaz de unir O2 de forma reversible hasta que se reduzca de vuelta a Fe²⁺ |
| Pensar que todas las hemoproteínas transportan oxígeno | Hemoglobina y mioglobina, los ejemplos más conocidos, lo hacen | Los citocromos transportan electrones, la catalasa degrada peróxido, el citocromo P450 hidroxila xenobióticos — el hemo es un cofactor versátil, no exclusivo del transporte de O2 |
7Puntos clave
- Las porfirinas son anillos tetrapirrólicos que coordinan iones metálicos; el grupo hemo es una protoporfirina IX con Fe²⁺.
- La hemoglobina es un tetrámero (2α+2β) de estructura cuaternaria, con curva de saturación sigmoidea por cooperatividad; la mioglobina es monomérica, con curva hiperbólica y mayor afinidad, funcionando como almacén muscular de O2.
- El Fe²⁺ oxidado a Fe³⁺ (metahemoglobina) pierde la capacidad de unir O2 reversiblemente.
- El mismo cofactor hemo sostiene funciones diversas (transporte de O2, transporte de electrones, degradación de peróxido, hidroxilación de xenobióticos) según la proteína que lo alberga.