El ácido 2,3-bisfosfoglicérico ( base conjugada 2,3-bisfosfoglicerato ) ( 2,3-BPG ), también conocido como ácido 2,3-difosfoglicérico (base conjugada 2,3-difosfoglicerato ) ( 2,3-DPG ), es un isómero de tres carbonos del intermedio glucolítico ácido 1,3-bisfosfoglicérico (1,3-BPG).
El D -2,3-BPG está presente en los glóbulos rojos humanos (RBC; eritrocito ) en aproximadamente 5 mmol/L. Se une con mayor afinidad a la hemoglobina desoxigenada (p. ej., cuando el glóbulo rojo está cerca del tejido respiratorio) que a la hemoglobina oxigenada (p. ej., en los pulmones) debido a diferencias conformacionales: el 2,3-BPG (con un tamaño estimado de aproximadamente 9 Å ) encaja en la conformación de hemoglobina desoxigenada (con un bolsillo de 11 Angstroms), pero no tan bien en la conformación oxigenada (5 Angstroms). Interactúa con las subunidades beta de la hemoglobina desoxigenada y disminuye la afinidad por el oxígeno y promueve alostéricamente la liberación de las moléculas de oxígeno restantes unidas a la hemoglobina. Por lo tanto, mejora la capacidad de los glóbulos rojos para liberar oxígeno cerca de los tejidos que más lo necesitan. El 2,3-BPG es, por tanto, un efector alostérico .
Su función fue descubierta en 1967 por Reinhold Benesch y Ruth Benesch . [1]
El 2,3-BPG se forma a partir del 1,3-BPG por acción de la enzima BPG mutasa . Luego, la 2,3-BPG fosfatasa lo puede descomponer para formar 3-fosfoglicerato . Por lo tanto, su síntesis y descomposición son una forma de evitar un paso de la glucólisis , con un gasto neto de un ATP por molécula de 2,3-BPG generada a medida que la bisfosfoglicerato mutasa escinde el enlace anhídrido mixto de ácido carboxílico-fosfato de alta energía.
La vía glucolítica normal genera 1,3-BPG, que puede ser desfosforilado por la fosfoglicerato quinasa (PGK), generando ATP, o puede ser desviado hacia la vía de Luebering-Rapoport , donde la bisfosfoglicerato mutasa cataliza la transferencia de un grupo fosforilo de C1 a C2 de 1,3-BPG, dando lugar a 2,3-BPG. El 2,3-BPG, el organofosfato más concentrado en el eritrocito, forma 3-PG por acción de la bisfosfoglicerato fosfatasa . La concentración de 2,3-BPG varía proporcionalmente a la [H+].
Existe un delicado equilibrio entre la necesidad de generar ATP para satisfacer los requerimientos energéticos del metabolismo celular y la necesidad de mantener un estado adecuado de oxigenación/desoxigenación de la hemoglobina. Este equilibrio se mantiene mediante la isomerización de 1,3-BPG a 2,3-BPG, que mejora la desoxigenación de la hemoglobina.
Cuando el 2,3-BPG se une a la desoxihemoglobina, actúa para estabilizar el estado de baja afinidad por el oxígeno (estado T) del transportador de oxígeno. Encaja perfectamente en la cavidad de la conformación desoxi, explotando la simetría molecular y la polaridad positiva al formar puentes salinos con residuos de lisina e histidina en las subunidades β de la hemoglobina . El estado R, con el oxígeno unido a un grupo hemo, tiene una conformación diferente y no permite esta interacción. Por sí misma, la hemoglobina tiene una cinética similar a la sigmoidea. Al unirse selectivamente a la desoxihemoglobina, el 2,3-BPG estabiliza la conformación del estado T, lo que dificulta que el oxígeno se una a la hemoglobina y es más probable que se libere a los tejidos adyacentes.
Un aumento de 2,3-BPG facilita esencialmente la llegada de oxígeno desde la hemoglobina a los tejidos diana, a costa de dificultar también un poco la captación de oxígeno por parte de la hemoglobina en los pulmones. Este mecanismo hace que la oxigenación materno-fetal sea más eficiente, ya que los niveles de 2,3-BPG fetal son inferiores a los maternos, lo que da lugar a una mayor captación de oxígeno por parte de la sangre fetal en la placenta.
El 2,3-BPG también puede servir para contrarrestar fisiológicamente ciertas alteraciones metabólicas de la curva de disociación oxígeno-hemoglobina. Por ejemplo, a grandes altitudes , un bajo contenido de oxígeno atmosférico puede causar hiperventilación y la consiguiente alcalosis metabólica que provoca un desplazamiento anormal hacia la izquierda de la curva de disociación oxígeno-hemoglobina, y esto puede contrarrestarse mediante un aumento del 2,3-BPG. [2] La enseñanza tradicional ha afirmado que el aumento fisiológico del 2,3-BPG observado a grandes altitudes es simplemente para facilitar la entrega de oxígeno a los tejidos diana, pero este mecanismo por sí mismo es refutado por el razonamiento de que la disminución de la afinidad por el oxígeno también inhibiría la captación de oxígeno en los pulmones, y podría decirse que daría como resultado una disminución neta en el suministro total de oxígeno a los tejidos diana. [2]
En las mujeres embarazadas, hay un aumento del 30% en el 2,3-BPG intracelular. Esto reduce la afinidad de la hemoglobina materna por el oxígeno y, por lo tanto, permite que se descargue más oxígeno al feto en las arterias uterinas maternas. El feto tiene una baja sensibilidad al 2,3-BPG, por lo que su hemoglobina tiene una mayor afinidad por el oxígeno. Por lo tanto, aunque la pO2 en las arterias uterinas es baja, la arteria umbilical fetal (que transporta sangre desoxigenada) aún puede oxigenarse a partir de ellas.
El aumento de 2,3-BPG materno también provoca una disminución de la afinidad por la captación de oxígeno en los pulmones, pero esto suele compensarse con un aumento fisiológico de la frecuencia respiratoria durante el embarazo. [3]
Por otra parte, la hemoglobina fetal (HbF) muestra una baja afinidad por el 2,3-BPG, lo que se traduce en una mayor afinidad de unión al oxígeno. Esta mayor afinidad de unión al oxígeno en relación con la de la hemoglobina adulta (HbA) se debe a que la HbF tiene dos dímeros α/γ en lugar de los dos dímeros α/β de la HbA. Los residuos de histidina positivos de las subunidades β de la HbA, que son esenciales para la formación del bolsillo de unión del 2,3-BPG, son reemplazados por residuos de serina en las subunidades γ de la HbF. De esta manera, la histidina nº143 se pierde, por lo que el 2,3-BPG tiene dificultades para unirse a la hemoglobina fetal y parece hemoglobina pura. La mayor afinidad de unión de la hemoglobina fetal en relación con la HbA facilita el paso del oxígeno a través de la membrana placentaria desde la madre hasta el feto.
Diferencias entre mioglobina (Mb), hemoglobina fetal (Hb F), hemoglobina adulta (Hb A)
Hipertiroidismo
Un estudio de 2004 comprobó los efectos de la hormona tiroidea sobre los niveles de 2,3-BPG. El resultado fue que el hipertiroidismo modula in vivo el contenido de 2,3-BPG en los eritrocitos mediante cambios en la expresión de la fosfoglicerato mutasa (PGM) y la 2,3-BPG sintasa. Este resultado muestra que el aumento del contenido de 2,3-BPG en los eritrocitos observado en el hipertiroidismo no depende de ninguna variación en la tasa de hemoglobina circulante, sino que parece ser una consecuencia directa del efecto estimulante de las hormonas tiroideas sobre la actividad glucolítica de los eritrocitos. [4]
Anemia crónica
En pacientes con anemia crónica, cuando la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre disminuye, los glóbulos rojos aumentan su concentración intracelular de 2,3-BPG hasta cinco veces en una o dos horas. Esto produce un desplazamiento hacia la derecha de la curva de disociación del oxígeno y una mayor liberación de oxígeno a los tejidos.
Enfermedad respiratoria crónica con hipoxia
Recientemente, los científicos han encontrado similitudes entre bajas cantidades de 2,3-BPG y la aparición de edema pulmonar a grandes altitudes.
En un estudio de 1998, se analizó la concentración de 2,3-BPG en los eritrocitos durante el proceso de hemodiálisis . La concentración de 2,3-BPG se expresó en relación con la concentración de tetrámero de hemoglobina (Hb4) como la relación 2,3-BPG/Hb4. Fisiológicamente, se esperaría que un aumento en los niveles de 2,3-BPG contrarrestara la hipoxia que se observa con frecuencia en este proceso. Sin embargo, los resultados muestran una disminución de la relación 2,3-BPG/Hb4. Esto se debe al procedimiento en sí: se cree que el estrés mecánico sobre los eritrocitos causa el escape de 2,3-BPG, que luego se elimina mediante hemodiálisis. Las concentraciones de calcio , fosfato , creatinina , urea y albúmina no se correlacionaron significativamente con el cambio total en la relación 2,3-BPG/Hb4. Sin embargo, la proporción muestreada justo antes de la diálisis se correlacionó significativa y positivamente con la dosis semanal total de eritropoyetina (hormona principal en la formación de eritrocitos ) administrada a los pacientes. [5]
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