Cooperatividad de la hemoglobina y curva de disociación de oxígeno de la hemoglobina

La hemoglobina muestra cooperatividad positiva con el oxígeno. Cuando un átomo de oxígeno se une a uno de los cuatro sitios de unión de la hemoglobina, aumenta la afinidad por el oxígeno de los tres sitios de unión disponibles restantes; es decir, es más probable que el oxígeno se una a una hemoglobina unida a un oxígeno que a una hemoglobina no unida. Esto se conoce como enlace cooperativo.

Ahora la siguiente es una curva de disociación de oxígeno.

La hemoglobina alcanza el 50% de saturación cuando la presión parcial de oxígeno alcanza unos 28 mm Hg. Ahora la presión parcial tenía que aumentarse en unos 70 mm Hg para que la hemoglobina alcanzara la saturación máxima. Si la hemoglobina es una molécula cooperativa, una vez que la hemoglobina alcanza el 50 % de saturación, debería ser más fácil alcanzar una saturación de ~100 %. Pero está teniendo una diferencia de 70 mm Hg. Mientras que una saturación del 50% requiere solo 28 mm Hg. Espero que esto tenga sentido. Por favor responda esto y corrija mi comprensión. Gracias

Respuestas (2)

Como puede notar en el gráfico que proporcionó, en realidad no existe una verdadera saturación del 100 %: siempre hay un enfoque asintótico del 100 %, independientemente de la cooperatividad.

Sin embargo, pensemos en lo que realmente se traza en ese gráfico: pags O 2 concentración efectiva de oxígeno, versus número de porcentaje total de sitios de unión que tienen un O 2 atado _

Sin embargo, esto también significa que a medida que avanza en el eje y, la cantidad de sitios disponibles para vincular también disminuye. Entonces, incluso si esos sitios tienen una alta afinidad por el oxígeno, ¡no hay tantos abiertos!

Ese es un gran problema con el tipo de trama que muestras: no resalta muy bien la cooperatividad. Por lo tanto, las personas a veces trazan esta información en un "gráfico de colinas", con una baraja algebraica y una escala logarítmica como esta:

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Ver wikipedia

...dónde θ representa la fracción de receptores unidos al ligando, y L es la concentración de ligando (no unido). norte es el Coeficiente de Hill, es decir, la cooperatividad.

Cuando se grafica de esta manera, puede ver fácilmente el efecto de la cooperatividad de la hemoglobina frente a la mioglobina (que tiene una cooperatividad de 1, porque tiene un solo sitio de unión):

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http://cbc.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NOTES/hemoglobin/hemoglobin_function.htm vía Fig. 7-13, Principios de bioquímica de Nelson & Cox, 3.ª ed., 2000

Estoy de acuerdo con todo en la respuesta de Bryan Krause pero, en caso de que ayude, aquí está la explicación que se me ocurrió.

Una forma de pensar en esto es en términos del modelo familiar de dos estados del CMM , que es esencialmente lo que ha utilizado para formular su pregunta.

Si la concentración de oxígeno es lo suficientemente alta para una saturación del 50%, entonces, en una primera aproximación , la mayoría de las moléculas de hemoglobina han unido algo de oxígeno y, en términos de la población total de moléculas, se encuentran principalmente en el estado relajado de alta afinidad en el que cualquier los sitios de unión desocupados tendrán la constante de disociación que es característica de ese estado. Entonces, todo lo que está viendo en la mitad derecha de la curva es la curva de unión hiperbólica habitual para la forma relajada. Para cualquier curva de saturación, este es el comportamiento que queda fuera de la descripción matemática del enlace.

En otras palabras, en términos de su palabra 'fácil', siempre es menos fácil unir el siguiente incremento de ligando a medida que se acerca a la saturación porque la concentración de sitios de unión ocupados ha aumentado, por lo que la tasa de disociación también ha aumentado.

Sí. La falacia básica es pensar que la cooperatividad implica una especie de aumento exponencial de la tasa. Uno realmente tiene que entender que por más eficiente que sea la interacción proteína-ligando, la interacción completa solo ocurre a una concentración de ligando infinita. Esta es la idea básica de la curva hiperbólica explicada por el modelo de Michaelis-Menten de sitios activos de enzimas específicas y el tratamiento matemático que la corroboró. Y describir el comportamiento de la hemoglobina en términos de unión de oxígeno resta valor al estudiante de su importancia en la liberación de oxígeno.
@David estuvo de acuerdo, puede ser todo un desafío persuadir a los estudiantes de que la innovación clave en el diseño de la hemoglobina es la reducción de la afinidad por el oxígeno que logra la cooperatividad.
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