L'hemoglobina al descobert

El transport d’oxigen a la sang es du a terme mitjançant l’hemoglobina, el component majoritari dels glòbuls vermells. Aquesta proteïna recull oxigen dels òrgans respiratoris, principalment en els pulmons, i l’allibera en els teixits per a que puguin generar l’energia necessària per mantenir la vida cel·lular. L’hemoglobina és una de les proteïnes millor refinades per l’evolució i modificacions petites en la seva estructura poden generar anèmies i altres patologies severes.

La recerca liderada per Víctor Guallar, investigador ICREA del Departament de Ciències de la Vida del Barcelona Supecomputing Center (BSC), i investigador principal en el Programa Conjunt de Biologia Computacional de l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) i el BSC, ha permès definir a nivell atòmic el mecanisme que regula l’intercanvi d’oxigen de pulmó a hemoglobina i d’hemoglobina a teixit. La revista Proceedings of the National Academy of Sciences publica els resultats de l’estudi.

Més de cent anys d’estudi han permès conèixer que l’hemoglobina usa mecanismes de cooperativitat per optimitzar la seva funció; és a dir, per poder recollir la major quantitat d’oxigen possible dels pulmons i alliberar-lo amb facilitat en els teixits. Aquestes mecanismes de cooperativitat estan lligats a canvis en la seva estructura. Tanmateix, la complexitat del sistema no ha permès determinar, fins avui, els mecanismes microscòpics que guien aquest procés, el què ha suposat una important limitació en el disseny de fàrmacs o en la creació de formes artificials de la proteïna que siguin més efectives.

Víctor Guallar explica que “amb aquest treball hem obtingut un coneixement detallat dels mecanismes que regulen l’afinitat de l’hemoglobina, que cal conèixer per entendre, per exemple, els efectes de les mutacions en la seva estructura. D’aquesta manera, obtenim informació bàsica de la relació entre mutació i malaltia que ha de permetre el desenvolupament de teràpies més específiques”.

Amb l’ús de sofisticades tècniques de càlcul atòmic, que combinen mecànica quàntica i mecànica clàssica, l’equip de Guallar ha pogut determinar com, contra el què semblava acceptat, l’afinitat per l’oxigen sembla estar controlada per interaccions relativament allunyades del centre actiu de la proteïna, i que estan directament involucrades en canvis estructurals responsables de la cooperativitat. Raúl Alcantara, primer autor de l’estudi i component del grup de Guallar, apunta que “el tenir accés a l’enorme poder de càlcul del MareNostrum permet realitzar simulacions més precises, més pròximes a la realitat”.

Els resultats científics obtinguts obren grans possibilitat per a la enginyeria d’aquesta proteïna crucial per als éssers vius. La identificació dels factors que regulen la seva afinitat, permet dissenyar alteracions en la proteïna. Així mateix, el coneixement microscòpic del mecanisme permet entendre els efectes de les diverses mutacions.

Article de referència:
A quantum-chemical picture of hemoglobin affinity
R. E. Alcantara, C. Xu, T. G. Spiro, and V. Guallar.
Proc. Nac. Academy of Sciences USA (2007) (doi 10.1073/pnas.0706206104)