Cooperatividad

La hemoglobina es una proteína que contiene dos cadenas α (141 restos) y dos cadenas β (146 restos), a cada una de las cuales se halla unido un resto hemo mediante un enlace no covalente. Estas cadenas en su estructura terciaria son muy semejantes a la de la mioglobina, por lo tanto, la función biológica es semejante en ambas proteínas y su capacidad para unir el oxígeno de modo reversible a los grupos hemo. Son moléculas planas en las cuales los átomos de hierro forman complejos envueltos por los grupos R no polares. El quinto enlace de cada átomo de hierro se establece con un nitrógeno imidazólico de un resto de histidina y la sexta posición queda para una molécula de oxígeno.[4] Mediante la desoxigenación, las cadenas α experimentan una rotación de 9º y las cadenas β de 7º en distintos ejes, cambiando así los puntos de contacto entre las 4 subunidades: los grupos hemo α se aproximan 0,01 nm y los β 0,65 nm. Así en la unión de oxígeno se provoca un cambio en la estructura cuaternaria.[5]

El carácter sigmoidal de la curva de unión al oxígeno de la hemoglobina significa que posee una afinidad relativamente baja para captar la primera o segunda molécula de oxígeno, pero una vez unidas, la unión de las siguientes resulta muy aumentada. En cambio, la pérdida de una molécula de oxígeno a la hemoglobina oxigenada provoca que el resto se disocie más fácilmente al bajar la presión de oxígeno.[6]

Con el pH también se afecta al equilibrio, contra mayor es el pH a una determinada presión con el oxígeno, mayor es el porcentaje de saturación con el O2.[7] Esto se debe a que cuando la hemoglobina se oxigena, queda ionizada y deja libre un H+ por cada molécula de oxígeno unida.

${\displaystyle HHb++O2<-->HbO2+H+}$

La presión parcial de oxígeno y el pH (efecto Bohr) son dos factores que regulan la función de la hemoglobina en el transporte de oxígeno.

Se han propuesto dos modelos generales para interpretar las interacciones entre subunidades durante la oxigenación de la hemoglobina. Los dos modelos suponen que cada una de las subunidades de la molécula de hemoglobina pueden existir dos conformaciones distintas: una con afinidad elevada y la otra con afinidad inferior por el oxígeno.

El primer modelo, propuesto por G. Adair, conocido como modelo secuencial expone que cuando se une una molécula de oxígeno a una subunidad, esta cambia su conformación, adoptando la forma de afinidad elevada, la que con contactos con las otras subunidades incrementa la probabilidad de que la siguiente subunidad se desplace hacia la forma de alta afinidad y capte la molécula de oxígeno siguiente. El punto clave del modelo secuencial es la existencia de estados de conformación intermedios.[8] El otro modelo, el modelo simétrico descrito por J. Monod, J. Wyman y J. P. Changeux, postula que la molécula de hemoglobina existe sólo en dos formas: la de baja afinidad y la de alta afinidad. En este modelo, la molécula de hemoglobina es siempre simétrica, es decir, que todas las subunidades se hallan en un estado o en otro.[9]

Petruz ha postulado que los primeros oxígenos se unen a las subunidades α, modificando sus interacciones iónicas con las subunidades β y provocando la liberación de protones del efecto Bohr. Las cuatro subunidades se desplazan hacia la forma de alta afinidad. Las restantes subunidades unen O2 con afinidad elevada y liberan otros dos protones.