La hemoglobina al descubierto

El transporte de oxígeno en la sangre se lleva a cabo mediante la hemoglobina, el componente mayoritario de los glóbulos rojos. Esta proteína recoge el oxígeno en los órganos respiratorios, principalmente en los pulmones, y lo libera en los tejidos para que puedan generar la energía necesaria para mantener la vida celular. La hemoglobina es una de las proteínas mejor refinadas por la evolución y pequeñas mutaciones en su estructura pueden generar anemias y otras patologías severas.

La investigación liderada por Víctor Guallar, investigador ICREA del Departamento de Ciencias de la Vida del Barcelona Supecomputing Center (BSC) e investigador principal en el Programa Conjunto de Biología Computacional del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y el BSC, ha permitido definir a nivel atómico el mecanismo que regula el intercambio de oxígeno de pulmón a hemoglobina y de hemoglobina a tejido. La revista Proceedings of the National Academy of Sciences publica los resultados del estudio.

Cien años de estudio han permitido conocer que la hemoglobina usa mecanismos de cooperatividad para optimizar su función; es decir, para poder recoger la mayor cantidad de oxígeno posible en los pulmones y liberarlo con facilidad en los tejidos. Estos mecanismos de cooperatividad están ligados a cambios en su estructura. La complejidad del sistema, sin embargo, no ha permitido determinar, hasta hoy, los mecanismos microscópicos que guían este proceso, lo que ha supuesto una importante limitación en el diseño de fármacos o en la creación de formas artificiales más efectivas de la proteína.

Víctor Guallar explica que "con este trabajo hemos obtenido un conocimento detallado de los mecanismos que regulan la afinidad de la hemoglobina, lo cual es imprescindible para entender, por ejemplo, los efectos que causan las mutaciones en su estructura. De ese modo, obtenemos información básica de la relación entre mutación y enfermedad, que ha de permitir el desarrollo de terapias más específicas".

Empleando sofisticadas técnicas de cálculo atómico, que combinan mecánica cuántica y mecánica clásica, el equipo de Guallar ha podido determinar como, contra lo que parecía aceptado, la afinidad por el oxígeno parece estar controlada por interacciones relativamente alejadas del centro activo de la proteína, y que están directamente involucradas en cambios estructurales responsables de la cooperatividad. Raúl Alcantara, primer autor del estudio y componente del grupo de Guallar, apunta que "el tener acceso al enorme poder de cálculo del MareNostrum permite realizar simulaciones más precisas, más próximas a la realidad".

Los resultados científicos obtenidos abren grandes posibilidades para la ingeniería de esta proteína crucial en los seres vivos. Al identificarse los factores que regulan su afinidad, se pueden diseñar alteraciones sobre la proteína. Asimismo, el conocimiento microscópico de su mecanismo permite entender los efectos de diversas mutaciones que puede sufrir la proteína.

Artículo de referencia:

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)