La Bioquimica del Sistema del Complemento


 

La union del anticuerpo al antigeno muchas veces no es suficiente para brindar una proteccion efectiva contra el agente invasor, por lo que requiere de la accion complementaria de otro componente del sistema inmunologico que sea capaz de neutralizar o de conllevar  a la neutralizacion del agente.

 

Se denomina sistema del complemento a un conjunto de proteinas que constituyen  una cascada bioquimica que participa en los mecanismos de defensa inmunologico del organismo.  Este sistema, muchas veces, de hecho, actua complementariamente y como resultado de la interaccion antigeno-anticuerpo, pero en otras, como veremos mas adelante, puede actuar independientemente de la accion de los anticuerpos.

 

Las proteinas que forman este sistema son en su mayor parte enzimas proteoliticas en forma de zimogenos, que al ser iniciado este mecanismo de respuesta inmunologica se  van activando las unas a las otras desencadenando procesos de defensa que van desde la activacion de procesos de fagocitosis hasta la lisis de las bacterias invasores.  En este proceso, algunas proteinas del sistema actuan como cofactores, y otras como inhibidores.

 

Las proteinas que forman el sistema del complemento son sintetizadas en su mayor parte en el higado y constituyen aproximadamente el 5 % -10 %  de las globulinas plasmaticas. Ellas son componentes de la fase de respuesta aguda y aumentan su concentracion durante infecciones y traumas,  Muchas de esas proteinas se nombran con la letra C y se le asigna un numero relacionado con el orden en que fueron descubiertas.

 

Las funciones de este sistema incluyen:

 

1.- Lisis celular

2.- Estimulacion de la fagocitosis por opsonizacion.

3.- Atraccion de celulas fagociticas (quimotaxis)

4.- Contribucion a la respuesta inflamatoria y alergica ,estimulando la degranulacion celular y liberacion de enzimas intracelulares, histamina, etc.

5.- Facilitacion de la eliminacion de complejos inmunes.

 

La activacion del sistema del complemento puede producirse por tres mecanismos fundamentales:

 

1.- Activacion por la via clasica del complemento.

2.- Activacion por la via alternativa

3.- Activacion por via de la lectina-manosa.

 

En la via de activacion clasica, al interactuar los antigenos y los anticuerpos IgG o IgM especificos, se producen cambios alostericos en la inmunoglobulina que provocan que en la region constante 2 de las cadenas pesadas (HC2) se exponga un sitio de union con la proteina C1q, uno de los componentes del sistema del complemento. Al unirse la proteina C1q a la region constante de las cadenas pesadas, activa a otras dos proteinas del complemento, C1s y C1r. C1s es una serine proteasa que actua sobre C4 que al ser activada actua sobre C2. Los fragmentos activos de C4 y de C2 forman un complejo que se denomina C3 convertasa, porque puede hidrolizar a C3. (C1q tambien puede ser activado por micoplasmas, endotoxinas bacterianas, virus a RNA, y algunas membranas en ausencia de anticuerpos)

 

C3 es la proteina del complemento mas abundante, lo cual unido a la posibilidad de autoactivarse, amplifica extraordinariamente la senhal. La C3 b derivada de C3 se une a glicoproteinas de la superficie celular. Debido a que los macrofagos y neutrofilos tienen receptores para C3b, reconocen a las celulas recubiertas por esta proteina y se unen a ellas para fagocitarlas.

 

Otra parte de C3b se une a C5 y este complejo es hidrolizado por la C3 convertasa.

La hidrolisis de enlaces en C5 por la C3 convertasa (tambien llamada C3/c5 convertasa) produce C5a, que atrae a los neutrofilos, y C5b, que forma un complejo en la membrana celular con C6, C7 y C8. Este complejo, denominado Complejo de ataque a la membrana guia el ensamblaje de alrededor de 20 moleculas de C9 para formar un canal que atravesando la bicapa lipidica de la membrana, permite el paso de iones y pequenhas moleculas y agua, por lo que la celula experimenta lisis.

 

El siguiente video es una buena ilustracion de este proceso:

 

 

La via alternativa ocurre en ausencia de complejo antigeno anticuerpo. Normalmente, una cierta cantidad de C3 es hidrolizada espontaneamente liberando 3ª y 3b. En condiciones normales, 3b es inactivada, pero en presencia de bacterias o particulas o moleculas invasoras (virus, hongos, bacterias, parasitos, veneno de serpiente o  Ig A)  3b puede unirse a la membrana bacteriana e interactuar entonces con otra proteina del plasma llamada Factor B, formando un complejo C3bB, el cual al ser hidrolizado por otra proteina (Factor D) libera Ba y se convierte en un complejo C3bBb, que tiene actividad de C3 convertasa y desencadena ulteriores cambios que desembocan en la formacion del Complejo de Ataque a Membrana  y la lisis de la celula invasora. (las proteinas Factor H y factor I tienen enfecto inhibitorio sobre la C3 convertasa, mientras la properdina estabiliza su conformacion activa)

 

 

 Una tercera forma de activacion del complemento es la via de la Lectina-Manosa. En esta via, una proteina serica, capaz de enlazarse a la manosa (Manose-Binding Lectine o MBL) y otros monosocararidos de los glicocomplejos (glicolipidos y glicoproteinas) en la superficie del organismo invasor, forma un complejo con dos serin proteasas en forma de zimogeno (Manosa-binding lectin Associated Serin Proteasas)  MASP-I y MASP-II. Cuando la MBL se une a los oligosacaridos de la superficie de bacterias, virus u hongos, se activan las serin proteasas las cuales  hidrolizan y activan las proteinas C4 y C2, desencadenando la cascada del complemento.

 

Cualquiera de los tres mecanismos que sean desencadenados, ellos convergen en la formacion de un complejo con actividad de C3 convertasa,  la formacion de 3b y la continuacion de la cascada que culmina con la lisis de la celula invasora.

 

 

Aunque muchos  textos difieren en algunos detalles especificos,  lo cierto es que el sistema del complemento tiene como funciones principales:

 

1.- Opsonizacion (marcar a las celulas extranhas para la fagocitosis mediante formacion de proteinas que recubren a dicha celula. Ej. C3b)

2.- Quimotaxis (atraccion de neutrofilos hacia el agente invasor Ej. C5a)

3.- Lisis de la celula invasora (Ej C5, C6, C7, C8, C9)

4.- Contribucion a la respuesta inflamatoria y alergica, estimulando la degranulacion celular y liberacion de enzimas intracelulares, histamina, etc (Ej. C3a, C4a, C5a)

5.- Facilitar la eliminacion de complejos inmunes (Ej. C3b )

 

Se conocen diversas enfermedades relacionadas con el malfuncionamiento  sistema del complemento, que incluyen deficiencias congenitas o adquiridas de componentes individuales del complemento, que se manifiestan generalmente como susceptibilidad aumentada a infecciones piogenas o a Neisseria.  Es importante tambien la asociacion entre deficiencia de factores del complemento y enfermedades  inmunologicas del tipo del Lupus Eritematoso Sistemico y otras enfermedades colageno-vasculares,  asi como en nefritis cronicas, angioedemas a repeticion, y otras.  

 

Informacion adicional en idioma castellano:

 

Sistema del Complemento

Complejo de Ataque a Membrana

Complemento. Lab tests on line.

 Patino, P.J. :

El papel del complemento y los anticuerpos en la inflamacion

 

Salgado, H. Et al:

Guia de estudio y manejo del paciente sospechoso de presentar alteraciones en el sistema del complemento

Berron-perez, R. Et al:

El sistema del complemento: Vias clasica y de la lectina que se une a la manosa

 

Excelentes revisiones en ingles sobre enfermedades del complemento:

 

Moore, E.:

Complement Deficiencies. When the Immune System has Inadequate Levels of Complement Proteins.

 

Gupta, R.; Agraharkar, M.

Complement Related Disorders

Chaganti, K.R. et al:

Complement Deficiencies

 

Glovski, M. et al:

Complement determinations in human disease

Anuncios

Inmunoglobulinas: estructura y funcion.


 

 

 

 Las inmunoglobulinas son glicoproteinas que actuan como anticuerpos. Pueden encontrarse circulando en sangre, en las secreciones o unidas a la superficie de las membranas de los linfocitos B.

 

Las inmunoglobulinas se producen como respuesta a la deteccion de moleculas extranhas en nuestro cuerpo. Estas moleculas extranas que desencadenan la produccion de anticuerpos se denominan antigenos.

 

Las inmunoglobulinas circulantes aparecen en una electroforesis del plasma  formando parte de la fraccion de las proteinas plasmaticas de las gamma globulinas.

 

 

Se distinguen diversos tipos de inmunoglobulinas: IgG, IgM, IgA, IgD e IgE. Desde el punto de vista estructural, todas ellas tienen en comun que su unidad basica esta formada por dos pares de cadenas peptidicas: un par de cadenas ligeras (cadenas L) con unos 220 aminoacidos cada una,  y un par de cadenas pesadas (cadenas H) formadas por unos 440 aminoacidos cada una.

 

Estas cuatro cadenas estan ligadas por enlaces disulfuro entre residuos de cisteinas que forman parte de las cadenas peptidicas. Cada cadena L esta enlazada por este tipo de enlaces  a una cadena H y cada cadena H esta ligada por ellos a una cadena L y a la otra cadena H.

 

El siguiente grafico muestra a las cadenas H en azul, a las cadenas L en verde y a los enlaces disulfuro entre las cadenas como lineas rojas (no se representan en el grafico otros enlaces disulfuro intracatenarios)

 

 

Observe tambien en el grafico que pueden distinguirse dos regiones o dominios diferentes en las cadenas L: VL y CL,  mientras en las cadenas H pueden encontrarse 4 regiones: VH, CH1, CH2 y CH3. Cada una de esas regiones esta compuesta por 70 a 110 aminoacidos.

 

Las regiones o dominios V se denominan Variables: la secuencia de aminoacidos en esas regiones (las porciones amino terminales de las cadenas L y H) es altamente variable,  y dentro de ellas, tanto en la cadena L como en la H, hay regiones hipervariables, los CDRs o regiones determinantes de complementareidad  (Complementarity-determining regions) que forman los sitios de enlace con el antigeno que son complementarios a la topologia del antigeno especifico.

 

Este video (narrado en ingles) muestra la estructura de una tipica inmunoglobulina IgG. 

 

 

Como pueden observer, hay dos sitios de enlace para antigenos en cada unidad (LH)2 . Cuando una unidad (LH)2  es hidrolizada con papaina, se liberan tres fragmentos: dos denominados Fab y uno llamado Fc.

 

 

Los fragmentos Fab contienen la estructura que es capaz de enlazarse al antigeno  (Fab = Fragment antigen-binding), mientras el fragmento Fc (c significa cristalizable) no puede unirse al antigeno, pero contiene un sitio (o sitios) que se enlaza(n) a proteinas del  complemento y que es expuesto cuando ocurre la interaccion entre el anticuerpo y el antigeno. La union antigeno:anticuerpo se realiza a traves de interacciones no covalentes (fuerzas de van der waals, puentes de hidrogeno, interacciones hidrofobicas) y  produce  cambios conformacionales similares a los observados en el mecanismo de ajuste inducido en la interaccion enzima:substrato. Ese efecto alosterico expone, en las regiones constantes de la cadena pesadas, sitios relacionados con la union y activacion de proteinas del sistema del complemento.

 

El sistema del complemento esta formado por al menos 11 proteinas diferentes que son activadas secuencialmente para asociarse a la membrana de la celula invasora  y causar su lisis y  muerte.

 

 

Otra function importante del sistema del complemento es  el de generar opsoninas, proteinas que estimulan la fagocitosis de la celula o bacteria invasora por neutrofilos y macrofagos.

 

Ademas de activar al sistema del complemento, las regiones constantes de las cadenas pesadas definen la habilidad de la estructura basica  (LH)2 de asociarse a otras unidades (LH)2 units y determinan la clase de inmunoglobulina, asi como su capacidad de atravesar la placenta confiriendo inmunizacion pasiva al feto.

 

Hay cuatro clases de cadenas pesadas: gamma,  alfa, delta, epsilon y mu.

Estas cadenas difieren en el tipo de  regiones constantes que cada una tiene; por ejemplo, las cadenas gamma  son similares en sus regiones constantes, pero estas son diferentes a las regiones constantes de las otras clases de cadenas pesadas.

 

Las inmunoglobulinas que contienen cadenas gamma se denominan IgG.  Las moleculas de IgG  estan formadas por una unidad (LH)2 . Las Inmunoglobulinas G son las inmunoglobulinas mas abundantes en el suero (600-1800 mg/dL). Estas inmunoglobulinas promueven la facocitosis en el plasma y activan al sistema del complemento. Las IgG son el unico tipo de anticuerpos que puede cruzar la placenta.

 

Observe en el siguiente diagrama de una molecula de IgG  las dos cadenas pesadas (en rojo y azul) y las dos ligeras (en verde y amarillo)

 

 

En el diagrama que se muestra a continuacion pueden observarse las regiones variables y constants de la igG asi como los enlaces disulfuro intercartenarios e intracatenarios presentes la estructura (LH)2.

 

 

Las inmunoglobulinas que contienen cadenas alfa se denominan IgA. Las IgA se encuentran principalmente en las secreciones mucosas, en las lagrimas, el colostro y la leche materna. Estas inmunoglobulinas son la defensa inicial de las mucosas contra los agentes patogenos. Ellas aparecen usualmente como dimeros de unidades (LH)2.

 

Las IgM contienen cadenas pesadas mu. Los anticuerpos tipo IgM se expresan en la superficie de los linfocitos B y se encuentran fundamentalmente en el plasma. Estos son los primeros anticuerpos producidos en cantidades signficativas contra un antigeno. Las IgM promueven la fagocitosis y activan al sistema del complemento. Aparecen usualmente como pentameros de unidades (LH)2 con sus cadenas pesadas unidas por un pequenho peptido.  

 

 

Las Ig E contienen cadenas pesadas tipo epsilon. La IgE, un monomero (LH)2 , juega un importante papel en las reacciones alergicas y posiblemente en la defense contra infestaciones por algunos parasitos intestinales, ya que se encuentra aumentada en esas situaciones.

 

El papel fisiologico de las IgD (inmunoglobulinas con cadena pesada) se desconoce. Reconoce a los antigenos en los linfocitos B que no han sido expuestos. La estructura de las IgD corresponde tambien a un monomero (LH)2 .

 

En base al tipo de regiones constantes, las cadenas ligeras tambien se clasifican en dos subclases:   Lambda y Kappa. Cada molecula de inmunoglobulina contiene cadenas kappa o cadenas lambda, pero no ambas.

 

En resumen, las inmunoglobulinas son proteinas que actuan como anticuerpos. Ambos terminos se usan indistintamente: inmunoglobulinas para expresar estructura y anticuerpos para expresar funcion. La estructura basica de las inmunoglobulinas es una unidad formada por dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas. Estas unidades contienen dominios variables y dominios constantes. Los dominios variables de las cadenas L y H son responsables de la union al antigeno, mientras que las regiones constantes de las cadenas pesadas son responsables de la activacion del complemento y de la capacidad de algunas de estas unidades de formar polimeros.

 

Una excelente revision sobre las inmunoglobulinas puede encontrarse aqui:

 

http://es.wikipedia.org/wiki/Anticuerpo

Angel del Oeste (escultura inspirada en una IgG)

La Hemoglobina A1c o Hemoglobina glicosilada


 

Correlacion entre HbA1c y Glicemia

Correlacion entre HbA1c y Glicemia

 

 

 

La Hemoglobina A1c se forma por una reaccion no catalizada entre la glucosa en sangre y algunos aminoacidos de la Hemoglobina A. Esta reaccion es  proporcional a la concentracion de glucosa en sangre.  Ello significa que los episodios hiperglicemicos en un paciente diabetico son “registrados” en la sangre como proporcion de Hemoglobina A que resulta glicosilada. Ese es el significado de las unidades usadas cuando se reporta el resultado: un valor de Hemoglobina A1c de 6 %, por ejemplo, significa que el 6 % de la Hemoglobina A del paciente esta enlazado a glucosa.  El  rango de referencia de Hb A1c para una persona no diabetica es de 4-6 %. El porcentaje de Hemoglobina A1c es el mejor indicador de los niveles promedio de glucosa varias semanas antes del examen.

 

Actualmente se desarrolla un estudio internacional para lograr una mejor estandarizacion de la medicion y reporte de los niveles de Hb A1c, que incluye ademas el uso futuro de la expresion de los resultados en forma de mmoles de HbA1c por mol de Hemoglobina.  Este estudio incluye tambien la recoleccion y actualizacion de informacion para correlacionar los valores de HbA1c con los valores promedio de glicemia, con el objetivo de facilitar al paciente la interpretacion de los resultados de HbA1c.

 

Como se ha descrito,  el valor de HbA1c ha mostrado una fuerte correlacion con el promedio de glucosa en sangre, y debido a que los globulos rojos tienen un promedio de vida de 120 dias, la proporcion de hemoglobina glicosilada puede reflejar los niveles de glucosa en los meses previos al examen, pero representa principalmente la glicemia durante el ultimo mes y esta fuertemente influenciada por los niveles de glucosa en las ultimas dos semanas.

 

Este tipo de reaccion no es exclusivo de la Hemoglobina, ya que otras proteinas tambien experimentan glicosilacion. En los pacientes con diabetes no controlada,   muchas proteinas pueden convertirse en glicosiladas con modificacion de su estructura, funcionabilidad y solubilidad, como consecuencia de repetidos episodios de hiperglicemia a lo largo del tiempo, lo cual produce complicaciones en estos pacientes. La concentracion de Hemoglobina glicosilada, (aparentemente como indicador de la glicosilacion en otras proteinas), ha mostrado una fuerte correlacion con complicaciones microvasculares como retinopatias y nefropatias. 

 

Actualmente, el manejo del control de glicemia en los pacientes diabeticos se basa en el automonitoreo de la glicemia y la determinacion de Hemoglobina A1c. La Asociacion Americana de Diabetes (ADA) recomienda la determinacion de HbA1c dos veces al anho en pacientes con glicemia controlada y cada cuatro meses en pacientes que no muestran un control de glicemia apropiado, o en pacientes cuyo tratamiento ha sido modificado.  (Standards of Medical Care in Diabetes, 2008).

 

La determinacion de HbA1c es de limitada utilidad en pacientes con condiciones concomitantes que afectan la vida del eritrocito, (como las anemias hemoliticas) o casos de variantes de Hemoglobina.  

 

Otra limitacion de la determinacion de HbA1c  se relaciona a la incapacidad de este test de informar sobre los episodios hipoglicemicos  de los pacientes diabeticos.

 

Articulos recomendados:

 

American Diabetes Association

Standards of Medical Care in Diabetes – 2008 

Diabetes Care 31: S12-S54, 2008

 

Use of Glycated Hemoglobin and Microalbuminuria in the monitoring of Diabetes Mellitus 

Summary, Evidence Report/ Technology Assessment, Number 84. AHRQ Publication N o. 03-E048, July, 2003, Agency for healthcare, Research and Quality, Rockville, MD

 

American Diabetes Association: Care of Children and adolescent with Type I Diabetes.

Diabetes Care, January 1, 2005 28 (sppl_1: S4-S36)

 

 Sacks, D. B. et al:

Guidelines and recommendations for Laboratory Analysis in the Diagnosis and Management of Diabetes Mellitus

 Clin Chem 48: 436-472, 2002

 

American Diabetes Association:

Management of Hyperglycemia in Type 2 Diabetes: A Consensus Algorithm for the Initiation and Adjustment of Therapy 

Diabetes Care:29, 1963-1972, 2006

 

Sitios recomendados:

 

http://www.diabetes.org/home.jsp

 

http://care.diabetesjournals.org/

 

http://www.fda.gov/diabetes/

 

http://spectrum.diabetesjournals.org/

 

 

“El Protegido” (“Unbreakable”): A proposito de la Osteogenesis Imperfecta


 

Esta pelicula se  denomina en ingles, “Unbreakable” , “el irrompible”, en referencia al personaje actuado por Bruce Willis, el cual no se enferma y es practicamente inmune a accidentes.

 

Desde el punto de vista bioquimico, nos interesa mucho mas el otro personaje, la antitesis, Elijah Price, representado por Samuel L. Jackson.  

 

Elijah Price: “Yo tengo algo llamado Osteogenesis Imperfecta. Es una enfermedad genetica. Yo no hago muy bien una proteina particular y eso hace que mis huesos tengan baja densidad…sean muy faciles de romper”

 

 

De acuerdo a la pelicula, Elijah Price (Jackson), nace con Osteogenesis Imperfecta Tipo I, una rara enfermedad que afecta la sintesis de colageno, y hace los huesos fragiles.

 

Dr. Mathison: “ Parece que su bebe ha tenido fracturas dentro del utero…sus brazos y piernas estan rotos” [La madre de Elijah estalla en llanto]

 

 

De hecho, la Osteogenesis Imperfecta es un grupo de enfermedades con manifestaciones que van desde una forma muy ligera hasta formas muy severas. Afecta principalemente a los huesos y se caracteriza por fracturas oseas que a menudo resultan de traumas insignificantes para otras personas.

 

Las formas severas pueden presentar fracturas oseas aun antes del nacimiento (como se describe en la pelicula), y baja estatura, perdida de audicion y problemas respiratorios. La forma mas severa (Tipo II) presenta ademas una pequenha caja osea toracica, pulmones poco desarrollados y a menudo mueren poco despues de nacer.

 

(Elijah hace referencia a algunos problemas pulmonares –y tambien a una curva normal o gaussiana – cuando le dice a David, el personaje de Bruce Willis: “Tus huesos no se rompen, los mios si. Eso esta claro. Tus celulas reaccionan a bacterias y a virus de una forma diferente a la mia. Tu no te enfermas. Yo si. Eso tambien esta claro. Pero por alguna  razon, tu y yo reaccionamos de la misma manera al agua. Si tragamos muy rapido, nos atragantamos. Nos entra en los pulmones, nos ahogamos. Sin embargo, aunque parezca irreal, estamos conectados, tu y yo. Estamos en la misma curva, pero en extremos opuestos”)

 

 

La Osteogenesis Imperfecta, la enfermedad que presenta Elijah,  es el resultado de mutaciones de alguno de los genes relacionados con la sintesis de colageno.

 

En la mayor parte de los mamiferos, el colageno forma mas del 25 % de toda la masa de proteinas. El Colageno es la principal proteina estructural, formando cables moleculares que fortalecen los tendones y laminas que soportan la piel y los organos internos. Los huesos y los dientes se forman por adicion de cristales minerales al colageno. El colageno brinda estructura a nuestro cuerpo, protege y soporta a los tejidos blandos y los conecta con el esqueleto.

 

El colageno realmente es una familia de proteinas. Investigaciones recientes indican que participa en otras funciones biologicas, como en la mediacion de los procesos celulares de la migracion, proliferacion y diferenciacion.

 

Las formas mutantes de colageno se asocian a una gran variedad de enfermedades, especialmente de los huesos, el tejido conectivo y la piel.

 

Existen al menos 8 tipos diferentes de Osteogenesis Imperfecta.  Este grupo de enfermedades puede derivar de mutaciones en cualquiera de los siguientes genes:

 

– COLIA1 (Colageno tipo I, alfa 1): codifica la cadena pro-alfa I en el Colageno Tipo I (El Colageno tipo I es la forma mas abundante de colageno  en el cuerpo humano). Las mutaciones en este gen son responsables de alrededor del 90 % de todos los casos de Osteogenesis Imperfecta tipo I).

 

– COLIA2 (Colagen tipo I, alfa2): codifica la cadena pro-alfa2 en el Colageno Tipo I

– CRTAP (Proteina Asociada al Cartilago): codifica a la Proteina Asociada al Cartilago, una proteina que es parte de un complejo necesario para la conversion de prolina a 3-hidroxiprolina en la molecula de colageno.

 

– LEPRE1: (Leprecan, prolil 3-hydroxilasa1): codifica a la enzima Leprecan, que forma parte tambien del complejo necesario para la hidroxilacion de la prolina (esta enzima participa ademas en otros procesos). Las mutaciones en este gen producen Osteogenesis Imperfecta Tipo VIII.

 

Cuando Elijah se encuentra por primera vez con David (el personaje de Bruce Willis), le dice que el (Elijah) tiene Osteogenesis Imperfecta Type I, que es la forma mas leve de la enfermedad, pero que hay cuatro tipos (en realidad hay 8): I, II, III y IV, aparentemente refiriendose a grados de severidad, y que los pacientes con Osteogenesis Tipo IV no duran mucho. Realmente hay descritos 8 tipos de Osteogenesis Imperfecta, los tipos no estan descritos en orden de severidad, y la forma mas severa es la Tipo II (Hay una contradiccion tambien en el hecho de que Elijah ya tuvo fracturas desde antes del nacimiento –algo mas caracteristico del Tipo II que del tipo I –  y es una persona de alta talla, cosa poco frecuente en pacientes que padecen de esta enfermedad y que a la vez han sufrido numerosas fracturas, como es el caso descrito en la pelicula)

 

Una de las lineas mas famosas de esta pelicula es la ultima, cuando describe como le decian cuando ninho:

 

 

“they called me Mr. Glass…”  (“me decian el Senhor Cristal…”)

 

 

Paginas recomendadas en castellano:

 

 

Osteogenesis Imperfecta (Institutos Nacionales de Salud. Estados Unidos)

 

Osteogenesis Imperfecta.

 

Osteogenesis Imperfecta

 

Osteogenesis Imperfecta. Sintomas

 

 

Asociacion Huesos de Cristal de Espanha

 

Pagina escrita por la madre de un paciente

 

 

Nivel Cuaternario de Organizacion Estructural de las Proteinas


 

Estructura Cuaternaria o Nivel cuaternario de organizacion estructural de las proteinas es la estructura que resulta del ensamblaje de varias cadenas peptidicas, estabilizado por interacciones no covalentes entre las cadenas laterales de los residuos de aminoacidos, para formar una unica proteina funcional.

 

Las interacciones no covalentes que mantienen esta estructura son las mismas interacciones no covalentes que mantienen la estructura terciaria: puentes de Hidrogeno, interacciones ionicas, atracciones hidrofobicas y fuerzas de Van der Waals.

 

Basados en la definicion anterior, puede decirse que no todas las proteinas tienen nivel cuaternario de organizacion proteica. Para tener una estructura cuaternaria:

a)     la proteina debe ester formada por mas de una cadena peptidica.

b)     Las cadenas peptidicas que la forman no pueden estar unidas por enlaces covalentes entre ellas.

 

A continuacion, se exponen algunos ejemplos para clarificar estas ideas:

 

– La Mioglobina esta formada por una sola cadena peptidica (y un grupo Hem). Debido a que solo la forma una cadena peptidica, no tiene estructra cuaternaria.

 

– La Insulina esta formada por dos cadenas peptidicas, pero debido a que estas dos cadenas estan unidas por enlaces disulfuro, la insulina no califica como una proteina con estructura cuaternaria. 

 

– La Hemoglobina esta formada por cuatro cadenas peptidicas (y cuatro grupos Hem) que forman una unica proteina functional. Las cadenas peptidicas se asocian entre si a traves de enlaces no covalentes: La Hemoglobina es un tipico ejemplo de proteina con estructura cuaternaria.

 

 

La estructura cuaternaria de una proteina esta intimamente relacionada al fenomeno de Alosterismo.

 

Alosterismo es la propiedad de algunas proteinas de cambiar la conformacion y actividad (cambia de una conformacion nativa a otra diferente conformacion nativa), cuando interactua especificamente con algunos ligandos.

 

En el caso de las enzimas, los ligandos se unen a un sitio diferente al centro activo. Ese sitio se denomina sitio alosterico.  Ello provoca un cambio de conformacion que resulta en un cambio cinetico de la actividad de la enzima.

 

Caracteristicas de las proteinas alostericas.

 

         Todas tienen estructura cuaternaria.

         Tienen dos estructuras o conformaciones nativas diferentes

         Cada conformacion tiene diferente comportamiento funcional.

         Las dos estructuras nativas estan en equilibrio

         El equilibrio entre las dos se desplaza cuando la proteina interactua con ligandos especificos.

         La interaccion con el ligando se realiza en sitios especificos de la proteina conocidos como sitios alostericos

 

La Hemoglobina, mencionada anteriormente, es un tipico ejemplo de proteina con estructura cuaternaria que presenta alosterismo.

 

La Hemoglobina tiene dos estructuras nativas diferentes:

– Oxihemoglobina (Estructura Relajada)

– Desoxihemoglobina (Estructura Tensa).

 

Estas estructuras nativas diferentes tienen diferente funcionalidad:

– La estructura Relajada (R ) tiene gran afinidad por el O2

– La estructura Tensa (T) tiene baja afinidad por el O2.

 

Estas dos formas estan en equilibrio:

 

R ß——à T

 

La presencia o ausencia de Oxigeno cambia la conformacion: cuando la Hemoglobina enlaza al Oxigeno, el equilibrio entre las dos clases de estructuras se desplaza hacia la forma R; cuando el Oxigeno es liberado, el equilibrio se desplaza hacia la forma T.

 

Estas dos animaciones reflejan el cambio de la estructura de la Hemoglobina como resultado de la union con el Oxigeno:

 

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gif

 

http://wps.prenhall.com/esm_horton_biochemistry_4/37/9593/2455870.cw/index.html

 

El Alosterismo es tambien un importante mecanismo fisiologico de regulacion de la actividad enzimatica.

 

 

Para mas informacion sobre estos topicos, puede visitar los siguientes sitios web:

 

En castellano:

 

Wikipedia

 

Estructura cuaternaria

 

Regulacion Alosterica

 

 

Bioquimica y Biologia Molecular en Linea:

 

Estructura cuaternaria

 

Estructura y funcion de la hemoglobina

 

En Ingles:

 

Berg, J.M.; Tymoczko, J.L. Stryer, L.: Biochemistry, 5t. Edition:

 

Quaternary Structure: Polypeptide chains can assemble into multisubunits structure.

 

Oxygen binding markedly changes the quaternary Structure of Hemoglobin

 

The Medical Biochemistry page

 

Quaternary structure

Hemoglobin

Allosteric enzymes

 

 

 

Estructuras Supersecundarias (Motivos) y Dominios


Las Estructuras Supersecundarias pueden definirse como combinaciones  de alfa-helices y estructuras Beta conectadas a traves de asas o lazos, que forman patrones que estan presentes en muchas proteinas diferentes. Estos plegamientos se estabilizan a traves de la misma clase de enlaces que mantiene a la estructura terciaria. Algunas veces se utiliza el termino “motivo” (“motif” en ingles) para describir a estas estructuras supersecundarias.

 

Estas estructuras pueden ser relativamente simples, como alfa-alfa (dos helices alfa unidas por una asa), Beta-Beta (dos Beta-hebras unidas por una asa),  Beta-alfa-Beta (Beta-hebra unida por un asa a una alfa-helice que esta a su vez unida a otra Beta-hebra por otro lazo) o estructuras mas complejas, como el motivo llamado de “Llave Griega” (“Greek key”), o el Barril Beta  (“beta-barrel”).

Motivo de Llave Griega

Motivo de "Llave Griega"

Barril beta

Barril beta

Es muy interesante que estas estructuras repetitivas pueden diferir mucho en su estructura primaria, y ademas, pueden estar presente en proteinas muy diferentes.

 

Algunas proteinas no tienen estructuras supersecundarias.

 

Dominios

 

Son unidades estructurales compactas, estables, dentro de una proteina, formadas por segmentos de una cadena peptidica que se pliegan de forma independiente, con una estructura y funcion distinguible de otras regiones de la proteina y estabilizadas por las mismas fuerzas que la estructura terciaria.

 

Siguiendo esta definicion, es posible distinguir tres dominios en esta representacion de la Piruvato Kinasa:

 

 

Los dominios pueden considerarse como unidades elementales de la estructura y evolucion de las proteinas, que son capaces de plegarse y de funcionar de una manera relativamente autonoma. Un dominio a veces esta formado por motivos, pero otras veces no contiene ninguno.

 

La estructura terciaria de muchas proteinas esta formada por varios dominios.

 

Funciones de los Dominios:

 

A menudo un dominio realiza una funcion especifica y separada para la proteina:

 

– Enlaza a un pequenho ligando

 

– “Atravezar” la membrana plasmatica (proteinas transmembrana)

 

– Contiene el sitio catalitico (enzimas)

 

– Enlazar al DNA (en factores de transcripcion)

 

– Provee una superficie para enlazarse especificamente a otra proteina.

 

En algunos casos (no todos), cada dominio de una proteina es codificado por un exon separado en el gen que codifica a la proteina.

 

 

Mas informacion:

 

En Ingles:

 

Motivos

 

Estructuras Secundarias

 

Aqui, una revision excelente acerca de Dominios Estructurales.

 

En Castellano:

 

Estructuras supersecundarias 

 

Estructura de las proteinas

 

 

 

Nivel Terciario de la Organizacion Estructural de las Proteinas


 

Una de las mas concisas, y a la vez claras, definiciones de estructura terciaria de las proteinas aparece en “Mark’s Medical Biochemistry’, que define a este nivel estructural como “el patron de plegamiento de la estructura secundaria en una conformacion tridimensional”.

 

Otra forma de definir a la estructura terciaria es en base a los enlaces que la mantienen. Usando ese criterio, la estructura terciaria de las proteinas usualmente se define como la conformacion espacial de la proteina estabilizada a traves de las interacciones entre las cadenas laterales de los aminoacidos. Estos aminoacidos pueden estar distantes en la secuencia, pero debido a los pliegues de la molecula, sus cadenas laterales pueden interactuar a traves de los grupos funcionales. Estas interacciones estabilizan la conformacion espacial de la proteina.

 

Las interacciones hidrofobicas a menudo son la fuerza motriz que permite que las cadenas laterales de aminoacidos distantes se aproximen unas o otras.  En un ambiente acuoso, las cadenas laterales no polares de los aminoacidos en un peptido o proteina tienden a agruparse como resultado de las fuerzas hidrofobicas. Esto permite otras clases de interacciones entre los aminoacidos que se convierten en “nuevos vecinos”.

 

Las principales interacciones que mantienen la conformacion espacial de las proteinas, son:  

 

– Fuerzas hidrofobicas (ya mencionadas)

– Puentes de Hidrogeno entre las cadenas laterales de aminoacidos distantes.

– Interactiones ionicas (puentes salinos)

– Enlaces disulfuro

 

Fuerzas hidrofobicas

 

Ya fueron descritas anteriormente. Los aminoacidos con cadenas laterales apolares  que pueden interactuar a traves de fuerzas hidrofobicas son la Alanina,  Valina, Leucina, Isoleucina, Fenilalanina, Tirosina y Triptofano.

 

Puentes de hidrogeno entre las cadenas laterales de aminoacidos distantes

 

Los puentes de hidrogeno, como se sabe, se establecen entre atomos muy electronegativos (Fluor, Oxigeno y Nitrogeno) e Hidrogenos unidos a este mismo tipo de atomos.

Puentes de Hidrogeno

Puentes de Hidrogeno

 

 

Estas atracciones pueden establecerse entre moleculas (como en el ejemplo anterior) o entre partes de la misma molecula, como ocurre en las proteinas.

 

Los residuos de aminoacidos que pueden formar puentes de hidrogenos entre si, estabilizando la estructura terciaria, son aquellos que tienen Oxigeno o Nitrogeno en su cadena lateral: 

 

Serina (grupo hidroxilo)

Treonina (grupo hidroxilo)

Tirosina (grupo hidroxilo)

Glutamato (grupo carboxilo)

Glutamina (grupo carbamida)

Aspartato (grupo carboxilo)

Asparagina (grupo carbamida)

Lisina (grupo amina)

Arginina (grupo amidina)

Histidina (grupo imidazol)

 

(Los enlaces de hidrogeno entre las cadenas laterales de aminoacidos, que estabilizan la estructura terciaria,  no deben ser  confundidos con los puentes de hidrogeno  entre elementos de los enlaces petidicos, ya que esos enlaces de hidrogeno son caracteristicos de la estructura secundaria).

 

Atracciones ionicas.

 

Las cadenas laterales con carga de los aminoacidos pueden interactuar con cadenas laterales cargadas de otros aminoacidos. Los aminoacidos con carga en su cadena lateral son el Glutamato, Aspartato, Lisina, Arginina e Histidina. Si las cadenas laterales de los aminoacidos que estan interactuando tienen la misma carga, la interaccion resulta en repulsion, por lo que los segmentos de la cadena peptidica donde se encuentran esos aminoacidos se apartan uno de otro, se repelen. Si tienen carga diferente, entonces esos segmentos se atraen.

 

Repulsion:

Resulta de la interaccion entre aspartato y glutamato (ambos con carga negativa en su cadena lateral), o de la interaccion entre dos de los siguientes: Lisina, Arginina e Histidina (todos ellos con carga positiva en su cadena lateral).

 

Atraccion:

Resulta de la interaccion entre glutamato o aspartato (con cadenas laterales negativamente cargadas) con Lisina, Arginina o Histidina (con cadenas laterales positivamente cargadas).

 

Puentes disulfuro

Enlace Disulfuro

Enlace Disulfuro

 

 

 

Como ustedes conocen, la cisteina tiene un grupo -SH en su cadena lateral.

 

Cisteina

Cisteina

Los puentes disulfuro se forman cuando dos residuos de cisteina reaccionan entre si, experimentado una oxidacion en los grupos sulfhidrilos. Como resultado, ambas cisteinas quedan enlazadas formando cistina.

Cistina

Cistina

 

Los puentes disulfuro son enlaces muy fuertes, que pueden formarse entre diferentes partes de la misma cadena peptidica (enlaces intracatenarios) si los residuos de cisteina que forman el enlace disulfuro estan en la misma cadena, o pueden formar enlaces intercatenarios, que mantienen juntas a cadenas distintas, si los residuos de cisteina que forman el enlace estan localizados en cadenas peptidicas diferentes.

 

Los enlaces dislfuro son muy frecuentes en las proteinas. La insulina tiene enlaces intramoleculares e intermoleculares entre las dos cadenas que la componen. Las cadenas pesadas (H) y ligeras (L) de las immunoglulinas se mantienen juntas mediante enlaces disulfuro. El siguiente diagrama representa  a una immunoglobulina, cuyas cadenas se mantienen juntas por puentes disulfuro (representados en rojo)

Immunoglobulina

Immunoglobulina

 

Por ultimo debemos enfatizar que la estructura terciaria de una proteina esta intimamente relacionada con su funcion. Las proteinas que pierden su conformacion tridimensional nativa pierden sus funciones. Las principales causas que producen  una perdida de la conformacion nativa son la desnaturalizacion o una mutacion (recuerdese que la estructura primaria de las proteinas –la secuencia de aminoacidos – determina sus estructuras superiores).

 

Enlace recomendado:

 

Estructura terciaria de las proteinas globulares