Ácido 2,3-bisfosfoglicérico

Ácido 2,3-bisfosfoglicérico
Nome IUPAC Ácido 2,3-difosfonooxipropanoico
Outros nomes Ácido 2,3-difosfoglicérico; 2,3-difosfoglicerato; 2,3-bisfosfoglicerato
Identificadores
Abreviaturas	2,3-BPG; 2,3-DPG; 23BPG
Número CAS	138-81-8
PubChem	61
ChemSpider	161681, 60 (Racémico)
ChEBI	CHEBI:17720
Imaxes 3D Jmol	Image 1
SMILES O=P(O)(OC(C(=O)O)COP(=O)(O)O)O
InChI InChI=1S/C3H8O10P2/c4-3(5)2(13-15(9,10)11)1-12-14(6,7)8/h2H,1H2,(H,4,5)(H2,6,7,8)(H2,9,10,11)/t2-/m1/s1 Key: XOHUEYCVLUUEJJ-UWTATZPHSA-N
Propiedades
Fórmula molecular	C3H8O10P2
Masa molar	266,04 g mol−1
Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa.

O ácido 2,3-bisfosfoglicérico ou ácido 2,3-difosfoglicérico (ou, na forma desprotonada, 2,3-bisfosfoglicerato ou 2,3-BPG, ou 2,3-difosfoglicerato ou 2,3-DPG) é un composto de 3 carbonos que é isómero do intermediario glicolítico ácido 1,3-bisfosfoglicérico (1,3-BPG). O 2,3-BPG está presente nos glóbulos vermellos sanguíneos humanos nunha concentración de aproximadamente 5 mmol/L. Únese con maior afinidade á hemoglobina desoxixenada (por exemplo, cando os glóbulos vermellos están preto dun tecido que están respirando activamente) que á hemoglobina oxixenada (por exemplo nos pulmóns) debido a cambios espaciais, como son: o 2,3-BPG (que ten un tamaño estimado duns 9 ángstroms) encaixa ben na configuración da hemoglobina desoxixenada (11 ángstroms), pero non encaixa tan ben na da oxixenada (5 ángstroms). Interacciona coas subunidades beta da hemoglobina desoxixenada facendo diminuír a afinidade destas polo oxíxeno, polo que promove alostericamente a liberación das moléculas de oxíxeno restantes que permanecían unidas á hemoglobina, e deste xeito mellora a capacidade dos glóbulos vermellos de liberaren o oxíxeno preto dos tecidos que máis o necesitan. O 2,3-BPG funciona, pois, como un efector alostérico.

A súa función descubrírona en 1967 Reinhold Benesch e Ruth Benesch.

Metabolismo

O 2,3-BPG fórmase a partir do 1,3-BPG por acción do encima BPG mutase. Pode despois ser modificado pola 2,3-BPG fosfatase para formar 3-fosfoglicerato. A súa síntese e degradación son, por tanto, unha vía para rodear un paso da glicólise (o realizado pola fosfoglicerato quinase), co gasto neto dun ATP por molécula de 2,3-BPG xerada, cando o enlace anhidro de alta enerxía do ácido carboxílico-fosfato é clivado pola bisfosfoglicerato mutase.

A vía glicolítica normal xera 1,3-BPG, o cal pode ser desfosforilado pola fosfoglicerato quinase (PGK), xerando ATP, ou pode ser desviado á vía de Luebering-Rapoport, na cal a bisfosfoglicerato mutase cataliza a transferencia dun grupo fosforilo desde C1 a C2 no 1,3-BPG, dando lugar ao 2,3-BPG. O 2,3-BPG, que é o organofosfato máis concentrado nos glóbulos vermellos, forma 3-PG pola acción da bisfosfoglicerato fosfatase. A concentración do 2,3-BPG varía inversamente coa concentración de H⁺, que é inhibitoria da acción catalítica da bisfosfogliceromutase.

Hai un delicado equilibrio entre a necesidade de xerar ATP para soster os requirimentos de enerxía do metabolismo celular e a necesidade de manter un estado axeitado de oxixenación/dexoxixenación da hemoglobina. Este equilibrio mantense pola isomerización do 1,3-BPG a 2,3-BPG, o cal aumenta a desoxixenación da hemoglobina. Os pHs baixos inhiben a actividade da bifosfoglicero mutase e activan a bisfosfoglicerato fosfatase, o cal favorece a xeración de ATP.

Efectos da unión

Curva de disociación oxíxeno-hemoglobina

Cando o 2,3-BPG se une á desoxihemoglobina, actúa estabilizando o estado de baixa afinidade polo oxíxeno (estado T) do transportador de oxíxeno. O 2,3-BPG cabe perfectamente na cavidae da conformación desoxi, e aproveita a simetría molecular e a polaridade positiva para formar pontes salinas cos residuos de lisina e histidina das subunidades ß da hemoglobina. O estado R, no que o oxíxeno está unido ao grupo hemo, ten unha conformación diferente e non permite esta interacción. A hemoglobina ten unha cinética de tipo sigmoidal, o que fai máis doada a unión do oxíxeno a outras subunidades (a unión da primeira molécula de oxíxeno axuda a que se unan as seguintes).

Ao unirse selectivamente á desoxihemoglobina, o 2,3-BPG estabiliza a conformación do estado T, o que fai máis difícil que o oxíxeno se una á hemoglobina e máis probable que sexa liberado nos tecidos adxacentes. O 2,3-BPG forma parte dun bucle de retroalimentación que pode axudar a impedir a hipoxia nos tecidos en condicións nas que é máis probable que ocorra. As condicións de concentracións de oxíxeno baixas tisulares como a grande altitude (os niveis de 2,3-BPG son maiores nas persoas aclimatadas a altas altitudes), obstrución de vías aéreas, ou insuficiencia cardíaca conxestiva tenden a causar que os glóbulos vermellos xeren máis 2,3-BPG nun esforzo por xerar enerxía permitindo que se libere máis oxíxeno nos tecidos privados de oxíxeno. Finalmente, este mecanismo incrementa a liberación de oxíxeno desde os glóbulos vermellos nas circunstancias nas que é máis necesario. Esta liberación é potenciada polo efecto Bohr en tecidos con demandas enerxéticas altas. O efecto Bohr é outra vía útil para resolver o problema da afinidade da hemoglobina, e está relacionado co pH e nivel de CO₂. É importante salientar que o comportamento da mioglobina non é igual ao da hemoglobina, xa que o 2,3-BPG non ten efecto sobre ela.

En mulleres preñadas, hai un incrementodo 30% do 2,3-BPG intracelular. Isto rebaixa a afinidade da hemoglobina materna polo oxíxeno, e así permite que se descargue máis oxíxeno ao feto nas arterias uterinas maternas. O feto ten unha baixa sensibilidade polo 2,3-BPG, polo que a súa hemoglobina ten unha maior afinidade polo oxíxeno. Por tanto, aínda que a pO2 nas arterias uterinas é baixa, as arterias umbilicais fetais (que están desoxixenadas) poden recibir oxixenación delas.

Hemoglobina fetal

A hemoglobina fetal (HbF) mostra unha baixa afinidade polo 2,3-BPG, o que ten como resultado unha maior afinidade de unión ao oxíxeno. Esta afinidade incrementada pola unión ao oxíxeno en relación coa hemoglobina adulta (HbA) débese a que a HbF está constituída por dous dímeros α/γ en vez dos dous dímeros α/β da HbA. Os residuos de histidina de carga positiva das subunidades β da HbA que son esenciais para formar o peto de unión para o 2,3-BPG son substituídos por residuos de serina nas subunidades γ da HbF. Como se perdeu a histidina 143, o 2,3-BPG ten dificultades para unirse á hemoglobina fetal, e aumenta a súa afinidade polo oxíxeno. Ese é o modo en que o O₂ flúe desde a nai ao feto.

Na imaxe pode verse como a hemoglobina fetal ten máis afinidade polo oxíxeno que a adulta. Ademais, vese como a mioglobina ten a máxima afinidade polo oxíxeno.

Diferenzas entre a mioglobina (Mb), hemoglobina fetal (HbF), e hemoglobina adulta (HbA).

Doenzas relacionadas co 2,3-BPG

• Hipertiroidismo

Un estudo de 2004 comprobou os efectos da hormona tiroide triiodotironina sobre os niveis de 2,3-BPG. O resultado foi que o hipertiroidismo modula in vivo o contido de 2,3-BPG nos glóbulos vermellos por medio de cambios na expresión da fosfoglicerato mutase (PGM) e a 2,3-BPG sintase. Este resultado mostra que o incremento no contido de 2,3-BPG dos glóbulos vermellos observado no hipertiroidismo non depende de variacións na proporción de hemoglobina circulante, senón que parece ser unha consecuencia directa do efecto estimulante da hormona tiroide sobre a actividade glicolítica dos glóbulos vermellos.

• Anemia por deficiencia de ferro

Esta doenza caracterízase pola falta de ferro, e como para sintetizar 2,3-BPG cómpre este elemento químico, a concentración do 2,3-BPG diminúe e a hemoglobina únese fortemente ao oxíxeno, dificultando a súa liberación. Como resultado, a liberación de oxíxeno aos tecidos vaise reducir.

• Enfermidade respiratoria crónica con hipoxia

Recentemente, atopáronse semellanzas entre as baixas cantidades de 2,3-BPG e a aparición de edema pulmonar de grande altitude en altitudes elevadas.

CONCENTRACIÓN DE 2,3-BPG NOS GLÓBULOS VERMELLOS ATOPADA EN DIFERENTES SITUACIÓNS CLÍNICAS ESTUDADAS

		n	Hb (g/dl)	2,3-BPG (mM)
1	Normalidade	120	14,2 ± 1,6	4,54 ± 0,57
2	Hipertiroidismo	35	13,7 ± 1,4	5,66 ± 0,69
3	Anemia por deficiencia de ferro	40	10,0 ± 1,7	5,79 ± 1,02
4	Enfermidade respiratoria crónica con hipoxia	47	16,4 ± 2,2	5,29 ± 1,13

Hemodialise

Nun estudo de 1998, analizouse a concentración nos glóbulos vermellos de 2,3-BPG durante o proceso de hemodiálise. A concentración de 2,3-BPG expresouse en relación á concentración de hemoglobina tetrámera (Hb4) como a proporción 2,3-BPG/Hb4. Fisioloxicamente, o que se esperaría sería un inremento nos niveis de 2,3-BPG para contrarrestar a hipoxia que se observa frecuentemente neste proceso. Non obstante, os resultados mostran unha diminución da proporción 2,3-BPG/Hb4. Isto débese ao propio procedemento: o estrés mecánico sobre os glóbulos vermellos crese que causa o escape de 2,3-BPG, o cal é despois retirado do sangue durante a hemodiálise. As concentracións de calcio, fosfato, creatinina, urea e albumina non se correlacionan significativamente co cambio total na proporción 2,3-BPG/Hb4. Porén, a proporción mostreada xusto antes da diálise correlacionábase significa e positivamente coa dose semanal total de eritropoetina dada aos pacientes , que é a principal hormona para a formación dos glóbulos vermellos.

Notas

Bibliografía

• Berg, J.M., Tymockzko, J.L. and Stryer L. Biochemistry. (5th ed.). W.H. Freeman and Co, Nova York, 1995. ISBN 0-7167-4684-0.
• Online medical dictionary
• Nelson, David L.; Cox, Michael M.; Lehninger, Albert L. Principles of Biochemistry. (4th ed.). W.H. Freeman, 2005. ISBN 978-0-7167-4339-2.
• Müller-Esterl,W. Biochemistry: Fundamentals of Medicine and the Science of Life. (2nd ed.). Reverté, 2008. ISBN 978-84-291-7393-2.
• Rodak. Hematology: Clinical Principles and Applications (2nd ed.). Elsevier Science, Philadelphia, 2003. ISBN 950-06-1876-1.
• González-Cinca N, Pérez de la Ossa P, Carreras J, Climent F. "Effects of thyroid hormone and hypoxia on 2,3-bisphosphoglycerate, bisphosphoglycerate synthase and phosphoglycerate mutase in rabbit erythroblasts and reticulocytes in vivo". Unitat de Bioquímica, Departament de Ciéncies Fisiològiques I, Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer, Universitat de Barcelona, Barcelona, Spain, 2004.
• Nielsen AL, Andersen EM, Jørgensen LG, Jensen HA. "Oxygen and 2,3 biphosphoglycerate (2,3-BPG) during haemodialysis". Department of Nephrology, Hvidovre University Hospital, Denmark, 1998.
• "Anales de la Real Academia Nacional de Medicina (cuaderno cuarto)". ISSN: 0034-0634

Véxase tamén

Outros artigos

• 1,3-bisfosfoglicerato

Ligazóns externas

• A live model of the effect of changing 2,3 BPG on the oxyhaemoglobin saturation curve