El documento resume la estructura y función de la hemoglobina, mioglobina y membrana celular. La hemoglobina transporta oxígeno usando un mecanismo cooperativo que involucra cambios de conformación inducidos por la unión de oxígeno. La mioglobina almacena oxígeno en los músculos. La membrana celular está compuesta de lípidos, proteínas y carbohidratos, y su estructura de mosaico fluido le permite funcionar como una barrera selectiva.

1. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA
Clase 05
1) Hemoglobina, mioglobina. Estructura
2) Mecanismo molecular del transporte de Oxígeno
3) Membrana celular, estructura.
1) Hemoglobina, mioglobina. Estructura.
La hemoglobina (Hb) es una hemoproteína transportadora de oxígeno y que colabora con el
transporte de CO2 que se encuentra en los glóbulos rojos de la sangre. Posee una estructura
cuaternaria, pues está formada por cuatro subunidades o “globinas”. Cada una de ellas posee un
grupo hemo capaz de interactuar con el O2.
El grupo hemo es un tetrapirrol, que se coordina con un átomo de Fe2+
(ferroso). El hierro
establece seis coordinaciones en total; cuatro con los nitrógenos del tetrapirrol, una con el
nitrógeno de una histidina de la globina y la última con el oxígeno molecular que transporta. De
esta manera, el hemo se encuentra “unido” por las coordinaciones del ion ferroso a la parte
protéica de cada subunidad.
La hemoglobina del adulto (HbA) está compuesta por dos subunidades α y dos β. Existen otras
variantes en el adulto (HbA2) compuesta por dos globinas α y dos δ, la hemoglobina fetal, que es
similar a la Hba pero reemplaza las subunidades beta por gamma. Como cada globina posee un
grupo hemo, en todos los casos las hemoglobinas tienen cuatro sitios de unión al O2.
Todas las variantes de hemoglobina son proteínas alostéricas pues presentan dos
conformaciones posibles en equilibrio en el organismo. Esas formas son llamadas, forma “tensa”
(que tiene poca afinidad por el O2) y forma “relajada” (que tiene alta afinidad por el O2).
Un efecto adicional del alostérico en este caso, es que cuando una subunidad de la
hemoglobina se une a una molécula de oxígeno, el equilibrio entre la forma tensa y la relajada de
desplaza, haciendo más “estable” la segunda forma (la que tiene mayor afinidad por el O2). Esto
facilita que otras tres moléculas de oxígeno puedan acceder a los sitios de unión restantes de esa
hemoglobina. Ese efecto se denomina “efecto cooperativo positivo”.
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En el glóbulo rojo, algunas moléculas de Hb se encontraran en su forma de baja afinidad
(tensa) y otras en su forma de alta afinidad (relajada). Mientras más oxígeno esté presente, más
moléculas estarán en su forma de alta afinidad, haciendo que haya una mayor “afinidad total”.
El efecto cooperativo hace que al graficar el porcentaje de saturación de hemoglobina (que
proporción de Hb se encuentra unida al ligando; siendo el 100% la saturación del sistema) vs la
presión parcial de O2 se observe una curva sigmoidea.
Si comparamos la curva de saturación de la HbA y la HbF, observamos que la segunda está
corrida hacia la izquierda. Eso se relaciona con que la HbF tiene mayor afinidad por el O2 que la
HbA (característica que resulta adaptativa pues los fetos obtienen O2 “extrayéndolo” de la HbA
materna, que sólo es posible porque la HbF tiene mayor afinidad por este).
Como es muy difícil evaluar exactamente a qué presión parcial de O2 se satura la Hb (pero es
sencillo saber que el sistema está saturado cuando se utiliza una presión parcial
extremadamente alta), se evalúa lo que ocurre al 50% de la saturación para “medir”
indirectamente la afinidad por el ligando. Este valor se conoce como P50 y guarda una relación
inversa con la afinidad (a mayor P50, menor afinidad la curva está más corrida hacia la
derecha; a menor P50, mayor afinidad la curva está más corrida hacia la derecha).
La mioglobina es una proteína cuya estructura es muy similar a las globinas de la
hemoglobina, salvo que está formada por una sólo subunidad que tiene unido un grupo hemo. Se
encuentra en las células musculares y en ellas almacena oxígeno que será usado cuando el
transporte sea deficiente. Cómo sólo tiene una subunidad, no puede presentar efecto cooperativo
y su curva de saturación es lineal hasta que se acerca al 100% de saturación.
Puede observarse que la mioglobina (Mb) tiene mayor afinidad por el oxígeno que la HbA, que,
igual que como ocurre con la afinidad de la HbF, resulta adaptativo, pues la Mb “almacena”
oxígeno que sólo se libera cuando la presión parcial en el tejido sea baja.
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Otros factores que pueden hacer disminuir la afinidad de la Hb por el O2 son: el descenso de
pH de 7,6 a 7,4; el aumento de la temperatura, el aumento de la presión parcial de CO2 (que
produce una caída en el pH) y el aumento de la concentración del 2,3 BPG (bi-fosfoglicerato, un
derivado de un intermediario de la glucólisis).
2) Mecanismo molecular del transporte de Oxígeno
La Hb dentro de los glóbulos rojos es capaz de transportar oxígeno desde los pulmones hasta
los tejidos y ayuda en el tranporte de CO2 desde los tejidos hacia los pulmones. Este mecanismo
se realiza en una serie de pasos:
1) Cuando el glóbulo rojo llega a los capilares que irrigan a los alvéolos pulmonares
(divertículos terminales del árbol bronquial) la Hb se encuentra protonada porque captó
protones gracias a su capacidad buffer  Hb(H+
); el interior del glóbulo rojo tiene una alta
concentración de Cl-
y baja de bicarbonato, HCO3
-
(el plasma tiene una concentración baja Cl-
y
alta de bicarbonato). El aire en el interior del alvéolo tiene una alta presión parcial de oxígeno y
baja de dióxido de carbono (la sangre en ese punto tiene una baja presión parcial de oxígeno y
alta de dióxido de carbono).
2) El O2 que estaba a una alta presión en el aire tiende a entrar al glóbulo rojo.
3) La Hb(H+
) intercambia el H+
por O2 (cuatro moléculas, una por cada hemo).
4) Los H+
desplazan el equilibrio del HCO3
-
hacia la producción ácido carbónico (H2CO3) en el
interior del glóbulo rojo.
5) El H2CO3 se disocia en CO2 y H2O. El CO2 tiene a salir del glóbulo rojo.
6) Los iones HCO3
-
consumidos son reemplazados por otros que vienen del plasma. Estos
entran al glóbulo rojo al ser intercambiados por los iones Cl-
.
El resultado de esta primera parte es que la Hb se cargó de oxígeno y que se expulsó todo el
CO2 que viajó en forma de bicarbonato (hematosis). La sangre con Hb oxigenada recorre el
circuito sanguíneo y llega hasta los tejidos.
7) Cuando el glóbulo rojo llega a los capilares que irrigan a los tejido la Hb se encuentra
oxigenada  Hb(O2); el interior del glóbulo rojo tiene una baja concentración de Cl-
y alta de
bicarbonato, HCO3
-
(el plasma tiene una concentración alta Cl-
y baja de bicarbonato). El tejido
tiene una baja presión parcial de oxígeno y alta de dióxido de carbono (la sangre en ese punto
tiene una alta presión parcial de oxígeno y baja de dióxido de carbono).
8) El CO2 del tejido tiende a entrar al glóbulo rojo y reacciona con el agua, formando H2CO3.
9) El H2CO3 se disocia en HCO3
-
y H+
.
10) Los H+
hacen disminuir la afinidad de la Hb por el oxígeno y este se libera; la Hb se
protona.
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4. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA
11) El O2 tiende a salir del glóbulo rojo.
12) Los iones bicarbonato que se produjeron en el interior del glóbulo rojo se intercambian por
Cl-
.
El resultado de esta segunda parte es que la Hb liberó el O2 en los tejidos y el CO2 se convirtió
en bicarbonato que viaja en el plasma. Finalmente, el glóbulo rojo vuelve al estado 1).
3) Membrana celular, estructura.
La membrana plasmática es un bicapa lipídica formada por fosfolípidos, glicolípidos y
proteínas (que pueden estar glucosiladas). Es decir que su estructura está basada en tres tipos de
biomoléculas (lípidos, carbohidratos y proteínas). La cantidad de proteínas varía entre distintas
membranas; en general podemos decir que estas forman el 60% aunque representan, por ejemplo
el 20% para la membrana de los oligodendrocitos y células de Schwann y 80% para la membrana
interna mitocondrial. Los lípidos se acomodan de tal manera de orientar sus cabezas polares
hacia el medio exterior en una capa, en otra capa hacia el medio interior. Dejando las colas no
polares hacia el centro de la bicapa.
Las proteínas de membrana se dividen en dos tipos: las intrínsecas o integrales (que
atraviesan la membrana de lado a lado) y las extrínsecas o periféricas (que se encuentran
asociadas a lípidos o proteínas intrínsecas de membrana).
Tanto los lípidos como las proteínas intrínsecas pueden desplazarse en cualquier dirección
sobre la membrana. La fluidez de la membrana depende de la cantidad de dobles enlaces en
configuración cis (aumentan la fluidez) y, en la membrana animal, la concentración de colesterol
(disminuye la fluidez).
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Glóbulo rojo en el alvéolo Glóbulo rojo en los tejidos
Alta PPO2
Baja PPCO2
Hb(H+
) + O2
 Hb(O2
) + H+
H+
+ HCO3
- 
H2
CO3
H2
CO3
 CO2
+ H2
O
HCO3
-
Cl-
Baja PPO2
Alta PPCO2
Hb(O2
) + H+
 Hb(H+
) + O2
H2
CO3 
H+
+ HCO3
-
CO2
+ H2
O  H2
CO3
Cl-
HCO3
-

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Más allá del movimiento superficial sobre la membrana, los lípidos pueden pasar de una
monocapa a la otra mediante el movimiento llamado “flip-flop”. Es un proceso muy lento y que
consume mucha energía, ya que las cabezas polares de los fosfoglicéridos deben atravesar un
medio no polar. Aún así, es imprescindible, para que se regenere la monocapa no citosólica. Por
ello, los lípidos cuentan con la ayuda de unas enzimas que facilitan el movimiento: las flipasas o
translocadoras de fosfolípidos. Estas enzimas se encuentran en el Retículo Endoplasmático,
dónde se sintetizan los lípidos, y en la membrana plasmática. Además, este proceso ocurre
cuando la célula entra en el proceso de apoptosis (un tipo de muerte celular).
La presencia de proteínas intrínsecas le da una apariencia de “mosaico” por su
heterogeneidad. De ahí que el modelo que explica la estructura y dinámica de la membrana se
llame “Modelo de mosaico fluido”.
Las membranas biológicas son asimétricas por dos motivos: en primer lugar los carbohidratos
de los glucolípidos y las glucoproteínas se encuentran exclusivamente del lado externo (el lado
opuesto al citoplasma). Los carbohidratos de membrana son oligosacáridos ramificados y
extremadamente diversos. En la membrana plasmática, el conjunto de formado todos los
oligosacáridos que se expresan es llamado glucocálix y es de suma importancia para la
identificación celular (una célula puede reconocer si otra célula es propia del organismo o si es
ajena por que identifica estos oligosacáridos). En segundo lugar, la membrana es asimétrica por
que la composición de fosfo y glucolípidos de ambas monocapas es distinta. Algunos se
encuentran más concentrados en la monocapa interna (fosfatidil serinas, fosfatidil etanolaminas
y fosfatidil inositoles) y otros en la externa (fosfatidil colinas y esfingomielinas).
Las proteínas de membrana pueden cumplir diferentes funciones:
Transporte: son proteínas que permiten el pasaje de ciertas sustancias a travez de la
membrana (se ve más en detalle más adelante).
Receptores: Son proteínas integrales que reconocen determinadas moléculas a las que se
unen o fijan. Estas proteínas pueden identificar una hormona, un neurotransmisor o un
nutriente que sea importante para la función celular. En respuesta a la hormano, la proteína
desencadena una señal intracelular que se llama “segundo mensajero”
Enzimas: pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones a en la
superficie de la membrana
Anclaje: Las células de un tejido se mantienen unidas por que las proteínas integrales de la
membrana de cada una las sujetan.
Marcadores de la identidad de la célula: muchas proteínas glicosiladas son importantes
para el reconocimiento celular.
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