Globina

Las globinas son una superfamilia de proteínas globulares que contienen hemo, involucradas en la unión y/o transporte de oxígeno. Todas estas proteínas incorporan el pliegue de globina, una serie de ocho segmentos alfa helicoidales. Dos miembros prominentes incluyen la mioglobina y la hemoglobina. Ambas proteínas se unen de forma reversible al oxígeno a través de un grupo prostético hemo. Están ampliamente distribuidos en muchos organismos.

Estructura

Los miembros de la superfamilia Globin comparten un pliegue tridimensional común. Este 'pliegue de globina' normalmente consta de ocho hélices alfa, aunque algunas proteínas tienen extensiones de hélice adicionales en sus extremos. Dado que el pliegue de globina contiene solo hélices, se clasifica como un pliegue de proteína alfa.

El pliegue de globina se encuentra en las familias de globina del mismo nombre, así como en las ficocianinas. El pliegue de globina fue, por lo tanto, el primer pliegue de proteína descubierto (la mioglobina fue la primera proteína cuya estructura se resolvió).

Embalaje de hélice

Las ocho hélices del núcleo plegado de la globina comparten una estructura no local significativa, a diferencia de otros motivos estructurales en los que los aminoácidos cercanos entre sí en la secuencia primaria también están cerca en el espacio. Las hélices se juntan en un ángulo promedio de unos 50 grados, significativamente más inclinado que otros empaques helicoidales como el haz de hélices. El ángulo exacto del empaquetamiento de la hélice depende de la secuencia de la proteína, porque el empaquetamiento está mediado por interacciones estéricas e hidrofóbicas de las cadenas laterales de aminoácidos cerca de las interfaces de la hélice.

Evolución

Las globinas evolucionaron a partir de un ancestro común y se pueden dividir en tres grupos: globinas de dominio único y dos tipos de globinas quiméricas, flavohemoglobinas y sensores acoplados a globina. Las bacterias tienen los tres tipos de globinas, mientras que las arqueas carecen de flavohemoglobinas y los eucariotas carecen de sensores acoplados a globina. Varias hemoglobinas funcionalmente diferentes pueden coexistir en la misma especie.

Se sabe que existen ocho globinas en los vertebrados: androglobina, citoglobina, globina E, globina X, globina Y, hemoglobina, mioglobina y neuroglobina.

Conservación de secuencias

Aunque el pliegue de la superfamilia de las globinas está altamente conservado evolutivamente, las secuencias que forman el pliegue pueden tener una identidad de secuencia tan baja como del 16 %. Si bien la especificidad de secuencia del pliegue no es estricta, se debe mantener el núcleo hidrofóbico de la proteína y se deben evitar los parches hidrofóbicos en la superficie generalmente hidrofílica expuesta al solvente para que la estructura permanezca estable y soluble. La mutación más famosa en el plegamiento de la globina es un cambio de glutamato a valina en una cadena de la molécula de hemoglobina. Esta mutación crea un "parche hidrofóbico" en la superficie de la proteína que promueve la agregación intermolecular, el evento molecular que da lugar a la anemia de células falciformes.

Subfamilias

• Leghaemoglobina Inter Pro:IPR001032
• Myoglobin Inter Pro:IPR002335
• Erythrocruor Pro:IPR002336
• Hemoglobina, beta Inter Pro:IPR002337
• Hemoglobina, alfa Inter Pro:IPR002338
• Myoglobina, tipo trematodo InterPro:IPR011406
• Globina, nematodo Inter Pro:IPR012085
• Globina, lamprey/hagfish tipo Inter Pro:IPR013314
• Globina, InterPro de tipo analid:IPR013316
• Haemoglobina, extracelular Inter Pro:IPR014610

Ejemplos

Los genes humanos que codifican proteínas de globina incluyen:

• CYGB
• HBA1, HBA2, HBB, HBD, HBE1, HBG1, HBG2, HBM, HBQ1, HBZ, MB

Las globinas incluyen:

• Haemoglobina (Hb)
• Myoglobin (Mb)
• Neuroglobina: una heemproteína similar a la mioglobina expresada en el cerebro y la retina vertebrados, donde está involucrada en la neuroprotección por daño debido a hipoxia o isquemia. La neuroglobina pertenece a una rama de la familia globina que divergió temprano en la evolución.
• Citoglobina: un sensor de oxígeno expresado en múltiples tejidos. Relacionado con la neuroglobina.
• Eritrocruorina: proteínas respiratorias extracelulares altamente cooperativas que se encuentran en annelos y artrópodos que se montan desde hasta 180 subunidad en bicapas hexagonales.
• Leghaemoglobina (legHb o Hb simbiótico): se produce en los nódulos raíz de las plantas leguminosas, donde facilita la difusión del oxígeno a los bacteriods simbióticos para promover la fijación del nitrógeno.
• Haemoglobina no simbiótica (NsHb): se produce en plantas no leguminosas, y puede ser sobreexpresada en plantas estresadas.
• Flavohaemoglobinas (FHb): chimeric, con un dominio globina N-terminal y un dominio de reductasa de ferredoxina C-terminal como NAD/FAD-binding. FHb proporciona protección contra el óxido nítrico a través de su dominio C-terminal, que transfiere electrones a la hema en la globina.
• Globin E: una globina responsable de almacenar y transportar oxígeno a la retina en aves
• Sensores refrigerados por globina: chimeric, con un dominio similar a la mioglobina N-terminal y un dominio C-terminal que se asemeja al dominio de señalización citoplasmática de los chemoreceptores bacterianos. Se unen al oxígeno y actúan para iniciar una respuesta aerotáctica o regular la expresión del gen.
• Protoglobina: una sola globina de dominio que se encuentra en archaea que está relacionada con el dominio N-terminal de los sensores de globin-coupled.
• Truncado 2/2 globina: carece de la primera helix, dándoles un 2-over-2 en lugar de la canónica 3-over-3 bocadillo alfa-helical. Puede dividirse en tres grupos principales (I, II y II) basados en características estructurales.
• HbN (o GlbN): una proteína de hemoglobina truncada que une el oxígeno cooperativamente con una afinidad muy alta y una tasa de disociación lenta, que puede excluirlo del transporte de oxígeno. Parece estar involucrado en la desintoxicación del óxido nítrico bacteriano y en el estrés nitrosante.
• Cianoglobina (o GlbN): una hemoproteína truncada encontrada en la cianobacteria que tiene alta afinidad de oxígeno, y que parece servir como parte de una oxidasa terminal, en lugar de como pigmento respiratorio.
• HbO (o GlbO): una proteína de hemoglobina truncada con menor afinidad de oxígeno que HbN. HbO asocia con la membrana celular bacteriana, donde aumenta significativamente la absorción de oxígeno sobre las membranas que carecen de esta proteína. HbO parece interactuar con una oxidasa terminal, y podría participar en un proceso de oxígeno/transferencia electrónica que facilita la transferencia de oxígeno durante el metabolismo aeróbico.
• Glb3: una haemoglobina truncada de código nuclear de plantas que parece más estrechamente relacionada con HbO que HbN. Glb3 de Arabidopsis thaliana (Crecimientos aproximados) exhibe una unión inusual de concentración-independiente de oxígeno y dióxido de carbono.

El pliegue de la globina

El plegamiento de globina (cd01067) también incluye algunas proteínas no hemo. Algunos de ellos son las ficobiliproteínas, el dominio N-terminal del sistema regulador de histidina quinasa de dos componentes, RsbR y RsbN.