Superfamilia de proteínas globulares transportadoras de oxígeno.
Las globinas son una superfamilia de proteínas globulares que contienen hemo , implicadas en la unión y/o transporte de oxígeno . Todas estas proteínas incorporan el pliegue de globina, una serie de ocho segmentos alfa helicoidales . Dos miembros destacados incluyen la mioglobina y la hemoglobina . Ambas proteínas se unen de forma reversible al oxígeno a través de un grupo protésico hemo . Están ampliamente distribuidos en muchos organismos . [2]
Estructura
"Los miembros de la superfamilia Globin comparten un pliegue tridimensional común ". [3] Este 'pliegue de globina' normalmente consta de ocho hélices alfa , aunque algunas proteínas tienen extensiones de hélice adicionales en sus extremos. [4] Dado que el pliegue de globina contiene solo hélices, se clasifica como un pliegue de proteína totalmente alfa .
El pliegue de globina se encuentra en las familias de globinas del mismo nombre , así como en las ficocianinas . El pliegue de la globina fue, por tanto, el primer pliegue proteico descubierto (la mioglobina fue la primera proteína cuya estructura se resolvió).
Embalaje de hélice
Las ocho hélices del núcleo del pliegue de globina comparten una estructura no local significativa, a diferencia de otros motivos estructurales en los que los aminoácidos cercanos entre sí en la secuencia primaria también están cerca en el espacio. Las hélices se empaquetan juntas en un ángulo promedio de aproximadamente 50 grados, significativamente más pronunciado que otros empaquetamientos helicoidales como el haz de hélices . El ángulo exacto del empaquetamiento de la hélice depende de la secuencia de la proteína, porque el empaquetamiento está mediado por las interacciones estéricas e hidrofóbicas de las cadenas laterales de aminoácidos cerca de las interfaces de la hélice.
Evolución
Las globinas evolucionaron a partir de un ancestro común y se pueden dividir en tres linajes: [5] [6]
- Familia M (para tipo mioglobina) o F (para tipo FHb), [7] que tiene un pliegue típico de 3/3.
- Subfamilia FHb, para flavohemoglobinas. Quimérico .
- Subfamilia SDgb, para globinas de dominio único (no confundir con SSDgb).
- Familia S (para tipo sensor), nuevamente con un pliegue de 3/3.
- Subfamilia GCS, para sensores acoplados a globina. Quimérico.
- Subfamilia PGb, para protoglobinas. Dominio único.
- Subfamilia SSDgb, para globinas de sensores de dominio único.
- Familia T (para truncada), con un pliegue 2/2 [8] Todas las subfamilias pueden ser quiméricas, de dominio único o vinculadas en tándem. [7]
- Subfamilia TrHb1 (también T1 o N).
- Subfamilia TrHb2 (también T2 u O). Incluye 2/2 fitoglobinas .
- Subfamilia TrHb3 (también T3 o P).
La familia de globinas M/F está ausente en las arqueas . Los eucariotas carecen de globinas de la subfamilia GCS, Pgb y T3. [7]
Se sabe que ocho globinas se encuentran en los vertebrados: androglobina (Adgb), citoglobina (Cygb), globina E (GbE, del ojo de pájaro), globina X (GbX, que no se encuentra en mamíferos ni aves), globina Y (GbY, de algunos mamíferos). ), hemoglobina (Hb), mioglobina (Mb) y neuroglobina (Ngb). [7] Todos estos tipos evolucionaron a partir de un único gen de globina de la familia F/M [7] que se encuentra en animales basales. [9] El gen único también ha inventado una "hemoglobina" transportadora de oxígeno varias veces en otros grupos de animales. [10] En una misma especie pueden coexistir varias hemoglobinas funcionalmente diferentes .
Conservación de secuencia
Aunque el pliegue de la superfamilia de globinas está altamente conservado evolutivamente , las secuencias que forman el pliegue pueden tener tan solo un 16% de identidad de secuencia. Si bien la especificidad de secuencia del pliegue no es estricta, se debe mantener el núcleo hidrófobo de la proteína y se deben evitar los parches hidrófobos en la superficie generalmente hidrófila expuesta al disolvente para que la estructura permanezca estable y soluble . La mutación más famosa en el pliegue de la globina es un cambio de glutamato a valina en una cadena de la molécula de hemoglobina. Esta mutación crea un "parche hidrofóbico" en la superficie de la proteína que promueve la agregación intermolecular, el evento molecular que da lugar a [la anemia falciforme].
Subfamilias
Ejemplos
Los genes humanos que codifican proteínas globina incluyen:
- CYGB
- HBA1 , HBA2 , HBB , HBD , HBE1 , HBG1 , HBG2 , HBM , HBQ1 , HBZ , MB
Las globinas incluyen:
- Hemoglobina (Hb)
- Mioglobina (Mb)
- Neuroglobina : una hemoproteína similar a la mioglobina expresada en el cerebro y la retina de los vertebrados, donde participa en la neuroprotección contra daños debidos a hipoxia o isquemia . [11] La neuroglobina pertenece a una rama de la familia de las globinas que divergió temprano en la evolución .
- Citoglobina : un sensor de oxígeno expresado en múltiples tejidos . Relacionado con la neuroglobina. [12]
- Eritrocruorina : proteínas respiratorias extracelulares altamente cooperativas que se encuentran en anélidos y artrópodos y que se ensamblan a partir de hasta 180 subunidades en bicapas hexagonales. [13]
- Leghemoglobina (legHb o Hb simbiótica ): se encuentra en los nódulos de las raíces de las leguminosas , donde facilita la difusión de oxígeno a las bacterias simbióticas con el fin de promover la fijación de nitrógeno .
- Hemoglobina no simbiótica (NsHb): se presenta en plantas no leguminosas y puede sobreexpresarse en plantas estresadas .
- Flavohemoglobinas (FHb): quiméricas, con un dominio de globina N-terminal y un dominio de unión a NAD/FAD similar a ferredoxina reductasa C-terminal. La FHb brinda protección contra el óxido nítrico a través de su dominio C-terminal, que transfiere electrones al hemo en la globina. [14]
- Globina E: una globina responsable de almacenar y transportar oxígeno a la retina en las aves [15]
- Sensores acoplados a globina: quiméricos, con un dominio tipo mioglobina N-terminal y un dominio C-terminal que se asemeja al dominio de señalización citoplasmática de los quimiorreceptores bacterianos . Se unen al oxígeno y actúan para iniciar una respuesta aerotáctica o regular la expresión genética . [16] [17]
- Protoglobina: una globina de dominio único que se encuentra en las arqueas y que está relacionada con el dominio N-terminal de los sensores acoplados a globina. [18]
- Globina 2/2 truncada: carecen de la primera hélice, lo que les da un pliegue tipo sándwich de 2 sobre 2 en lugar del canónico 3 sobre 3 de hélice alfa . Se puede dividir en tres grupos principales (I, II y II) según sus características estructurales .
- HbN (o GlbN): una proteína similar a la hemoglobina truncada que se une al oxígeno de manera cooperativa con una afinidad muy alta y una tasa de disociación lenta , lo que puede excluirla del transporte de oxígeno. Parece estar implicado en la desintoxicación bacteriana del óxido nítrico y en el estrés nitrosativo . [19]
- Cianoglobina (o GlbN): una hemoproteína truncada que se encuentra en las cianobacterias y que tiene una alta afinidad por el oxígeno y que parece actuar como parte de una oxidasa terminal, más que como pigmento respiratorio. [20]
- HbO (o GlbO): una proteína similar a la hemoglobina truncada con una menor afinidad por el oxígeno que la HbN. La HbO se asocia con la membrana celular bacteriana , donde aumenta significativamente la absorción de oxígeno a través de las membranas que carecen de esta proteína. La HbO parece interactuar con una oxidasa terminal y podría participar en un proceso de transferencia de oxígeno/electrones que facilita la transferencia de oxígeno durante el metabolismo aeróbico . [21]
- Glb3: una hemoglobina truncada con codificación nuclear procedente de plantas que parece más estrechamente relacionada con la HbO que con la HbN. "Glb3 de Arabidopsis thaliana (berro oreja de ratón) exhibe una unión inusual de oxígeno y dióxido de carbono independiente de la concentración" . [22]
El pliegue de la globina
El pliegue de globina (cd01067) también incluye algunas proteínas no hemo. Algunas de ellas son las ficobiliproteínas , el dominio N-terminal del sistema regulador de dos componentes histidina quinasa , RsbR y RsbN .
Ver también
Referencias
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