Ejercicio 13
Relaciono la estructura de la hemoglobina con la estructura de la clorofila. Indico el nombre de las fórmulas, explico las diferencias estructurales y la función que realizan.
Parte 13.a
Identificación de las fórmulas
- La imagen izquierda (en rojo) corresponde al grupo hemo (ferroporfirina IX) de la hemoglobina: un anillo tetrapirrólico porfirínico coordinando un ion central de hierro, ext{Fe} (en hemoglobina funcional, en estado de oxidación +2, ext{Fe}^{2+}). La hemoglobina completa es una proteína de cuatro cadenas (2 alfa y 2 beta), cada una con un grupo hemo.
- La imagen derecha (en verde) corresponde al grupo clorofílico de la clorofila a: un anillo tetrapirrólico (una clorina, que es porfirina parcialmente reducida) coordinando un ion central de magnesio, ext{Mg} (como ext{Mg}^{2+}). Su fórmula molecular es \text{C}_{55}\text{H}_{72}\text{O}_{5}\text{N}_{4}\text{Mg}.
Parte 13.b
Estructura común
- Ambas moléculas presentan un anillo macrocíclico de cuatro anillos de pirrol unidos por puentes metilo (=\text{CH}-), formando un sistema altamente conjugado.
- Ese sistema conjugado posee 18 electrones \pi del sistema aromático de Hückel, lo que explica que ambas sean pigmentos: absorben energía en el rango del visible.
- En el centro, cuatro átomos de nitrógeno, ext{N}, del anillo coordinan el metal: cuatro enlaces covalentes de coordinación \text{N}\rightarrow\text{M} (donación del par libre del nitrógeno al metal).
Parte 13.c
Diferencias estructurales
- Metal central: hemoglobina \rightarrow ext{Fe}^{2+}; clorofila \rightarrow ext{Mg}^{2+}.
- Quinto anillo isocíclico: la clorofila posee un anillo adicional, cíclico-pentanónico (anillo E), con un grupo carbonilo \text{C}=\text{O}; el hemo no lo tiene.
- Grupos laterales: el hemo lleva cadenas de propionato (-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{COO}^{-}) que se enlazan con los aminoácidos de la globina por puentes de hidrógeno e interacciones iónicas; la clorofila lleva esas mismas cadenas esterificadas con un alcohol fitílico, \text{C}_{20}\text{H}_{39}-\text{OH}, una cadena diterpénica muy larga y apolar.
- Afinidad por el agua: por la cadena fitílica, la clorofila es hidrofóbica y se inserta en la membrana de los tilacoides; el hemo es hidrofílico y queda anclado en el interior de la proteína globina.
- Proteína asociada: la hemoglobina integra el hemo en cuatro subunidades globínicas (tetrámero α_{2}\beta_{2}); en la clorofila, el grupo clorofílico se une a apoproteínas de los antenas fotosintéticas.
- Color: el hemo absorbe principalmente en el verde y transmite el rojo (hemoglobina roja); la clorofila absorbe azul-violeta y rojo y refleja el verde (clorofila verde).
Parte 13.d
Función de cada molécula
- Hemoglobina: transporte de ext{O}_{2} en la sangre. El ext{Fe}^{2+} queda coordinado por los cuatro ext{N} del anillo, por el nitrógeno de la histidina proximal de la globina y por el oxígeno: \text{Hb}+\text{O}_{2}\rightleftharpoons\text{HbO}_{2} (saturación en los pulmones, liberación en los tejidos) y también participa en el retorno de ext{CO}_{2}.
- Clorofila: captar la energía lumínica y transferirla al centro de reacción del fotosistema, donde se produce la fotólisis del agua y se reduce el ext{NADP}^{+}, iniciando la fotosíntesis: 6\text{CO}_{2}+6\text{H}_{2}\text{O}\xrightarrow{\text{luz}}\text{C}_{6}\text{H}_{12}\text{O}_{6}+6\text{O}_{2}.
Respuesta
La fórmula roja es el grupo hemo de la hemoglobina (\text{Fe}^{2+}) y la verde es el grupo clorofílico de la clorofila a (\text{Mg}^{2+}); comparten el anillo porfirínico, pero difieren en el metal, en la presencia del quinto anillo y de la cadena fitílica de 20 carbonos, y en su función: transportar oxígeno frente a absorber luz para la fotosíntesis.
