La fascinante
molecula de hemoglobina
“ A simple vista la respiracion es algo muy sencillo;
sin embargo, esta manifestacion elemental de vida
parece deber su existencia a la interrelacion de
parece deber su existencia a la interrelacion de
muchos tipos deatomos en elinterior de una
molecula gigante y enormemente
molecula gigante y enormemente
compleja.”
(Max F. Perutz, premio Nobel en 1962
por sus estudios sobre la molecula
de hemoglobina)
¿QUE podrıa ser mas natural
que respirar? La mayorıa
de nosotros nunca nos
paramos a pensar en ello. Sin
embargo, la respiracion no podrıa
mantenernos vivos si no fuera
por la mole´ cula de hemoglobina,
una compleja obra maestra
. Cada
uno de los treinta billones de eritrocitos,
o globulos rojos, de nuestro organismo
contiene en su interior hemoglobina que
transporta oxıgeno de los pulmones a todos
los tejidos del cuerpo. Sin hemoglobina, morir
ıamos
casi instantaneamente.
¿Como se las arreglan las moleculas de hemoglobina
para recoger diminutas moleculas
de oxıgeno, retenerlas de forma segura y luego
liberarlas, todo en el momento adecuado? Dicho
proceso es el resultado de varias proezas
de ingenierı´a molecular.
“Taxis” moleculares
Podrıamos asemejar las moleculas de hemoglobina
a taxis de cuatro puertas, con
asientos solo para cuatro “pasajeros”. Estos
taxis no necesitan conductor, pues son transportados
por millones en el interior de cada
eritrocito.
Nuestro viaje comienza cuando los eritrocitos
llegan a los alveolos de los pulmones,
es decir, al “aeropuerto”. Cuando inhalamos,
multitud de minusculas moleculas de oxıgeno
recien llegadas comienzan a buscar transporte
y enseguida se introducen en los eritrocitos.
A pesar de que los taxis de hemoglobina
tienen las puertas cerradas, una decidida molecula
´ de oxıgeno no tarda en hacerse sitio entre
la bulliciosa multitud y ocupar uno de los
asientos.
Entonces sucede algo muy interesante.
Con la entrada del primer pasajero, la molecula
de hemoglobina empieza a cambiar de
forma y sus cuatro “puertas” se abren automa´ -
ticamente, lo que permite al resto subir a bordo
con mas facilidad. Este proceso, llamado
cooperatividad, es tan eficaz que, en el tiempo
que dura una sola inspiracion, se ocupan
el 95% de los “asientos” de todos los taxis de
un eritrocito. Los mas de doscientos cincuenta
millones de moleculas de hemoglobina que
hay en un solo eritrocito pueden transportar
en conjunto unos mil millones de moleculas
de oxıgeno. En poco tiempo, los eritrocitos
que transportan los taxis parten a entregar su
valioso suministro de oxıgeno a los tejidos que
lo necesitan. Pero cabe preguntar: ¿que´ impide
que los ´atomos de la molecula de oxıgeno
abandonen el interior de la hemoglobina antes
de tiempo?
La respuesta es que en el interior de cada
molecula de hemoglobina, las moleculas de
oxıgeno se unen a unos atomos de hierro
que las estaban esperando. Ahora bien, cuando
el hierro se une al oxıgeno presente en el
agua, por lo general se forma ´ oxido de hierro,
y cuando el hierro se oxida, el oxıgeno queda
encerrado permanentemente en un cristal.
Ası es que, ¿como se las arregla lamolecula de
hemoglobina para unir o separar el hierro y el
oxıgeno sin generar ´oxido en un medio acuoso
como el del eritrocito?
Veamos c
omo funciona
Fije´monos en la estructura de la molecula
de hemoglobina. Esta compuesta de unos
diez mil ´ atomos de hidrogeno, carbono, nitrogeno
azufre y oxıgeno ensamblados cuidadosamente
alrededor de solo cuatro ´atomos
de hierro.
¿Por que necesitan tanto apoyo los
cuatro ´atomos de hierro?
En primer lugar, los cuatro ´atomos de
hierro tienen carga el´ectrica y hay que controlarlos
bien. Estos ´atomos, llamados iones, podr
ıan
causar mucho dano en el interior de los
eritrocitos si circularan libremente. Por eso,
cada uno esta rodeado por una rıgida la´mina
protectora que lo sujeta. En segundo lugar,
las cuatro laminas estan encajadas con precision
en la molecula de hemoglobina, de modo
que las moleculas de oxıgeno lleguen hasta los
iones de hierro, pero las de agua no puedan
llegar. Y sin agua, no se pueden formar cristales
de oxido.
El hierro de la molecula de hemoglobina
no se puede ligar o desligar del oxıgeno por sı
solo. Por otra parte, sin los cuatro iones de
hierro, el resto de la molecula de hemoglobina
serıa inutil. Solo cuando estos iones estan perfectamente
encajados, la hemoglobina puede
transportar oxıgeno a traves del torrente sanguı
neo.
Liberaci
on del ox
ıgeno
A medida que los eritrocitos abandonan
las arterias y penetran en los minusculos
capilares que llegan al fondo de los tejidos,
cambia el entorno que los rodea. Ahora el entorno
es mas templado que el de los pulmones,
contiene menos oxıgeno y es mas acido
debido a la presencia de anhıdrido carbonico.
Todo ello indica a las moleculas de hemoglobina,
o taxis, en el interior del eritrocito, que
es elmomento de liberar a sus importantes pasajeros,
las moleculas de oxıgeno.
La molecula de hemoglobina vuelve a cambiar
de forma cuando las moleculas de oxıgeno la abandonan.
Cambia lo justo para“cerrar las puertas” y dejar al oxıgeno fuera,
donde es mas necesario. Tener las puertas
cerradas tambien impide que la hemoglobina
transporte oxıgeno perdido de regreso a los
pulmones. En vez de eso, recogera´ pidamente
anhıdrido carbonico para el viaje de vuelta.
En poco tiempo, los eritrocitos sin oxıgeno
estan otra vez en los pulmones, donde la hemoglobina
liberara el anhıdrido carbonico y
volver ´ a a recoger el oxıgeno vital, un proceso
que se repetir´amiles de veces durante los ciento
veinte dıas de vida media de un eritrocito.
La hemoglobina es a todas luces una molecula prodigiosa.
Tal como se afirmaba al
principio se trata de “una molecula gigante y de gran complejidad”.
Sinduda, nos sentimos perplejos
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