Ferritina.

1.- Descripción

La ferritina es una importante proteína globular implicada en el

almacenamiento y liberación controlada del hierro. Corresponde a un oligómero con forma de casquete hueco con un diámetro interno y externo de 8 y 12 nm respectivamente, que resguarda al hierro que se encuentra en el interior y recibe el nombre de Apoferritina, la cual posee un peso molecular de 430 a 480 kD; a la proteína con el hierro en el su interior es la que se conoce como Ferritina , que posee un peso molecular de 900 kD. Esta estructura tridimensional forma 8 canales hidrofílicos de 4-5 A, que parecen ser la puerta de entrada-salida para difundir H2O, cationes metálicos y moléculas hidrofílicas. Su vida media es de aproximadamente 50 a 75 horas Aparte de almacenar el hierro en su interior, esta se encarga de mantener los correctos niveles de hierro en el organismo, de esta forma, cuando el contenido de hierro en sangre es bajo, la ferritina puede liberar hierro aumentando su concentración; al contrario, si su concentración en la sangre y tejidos del organismo es muy elevada, la ferritina puede ayudar a almacenar este hierro que se encuentra en exceso. Se encuentra principalmente en el hígado, bazo, mucosa intestinal y médula ósea, pero también ha sido identificada en muchos otros tejidos y células corporales, incluyendo los leucocitos, tejidos neoplásicos y últimamente se demostró la presencia de pequeñas cantidades de esta en el plasma. Existe una estrecha relación entre el tamaño de los depósitos de hierro corporales y la concentración de ferritina en el plasma. La ferritina plasmática es secretada por todas las células corporales productoras de ferritina y difiere de la ferritina tisular en que es parcialmente glicosilada y exenta casi totalmente de hierro. De tal manera que la ferritina plasmática no aumenta el hierro sérico a menos que exista una necrosis hepatocelular. Es considerada en la actualidad como la principal prueba para detectar estados de deficiencia o de sobrecarga de hierro corporal. Cada microgramo de ferritina plasmática por litro equivale a 8 a 10 mg de hierro de depósito. La ferritina plasmática refleja el TAMAÑO del depósito corporal de hierro. 2.- Estructura primaria

Como se menciono anteriormente, esta es una proteína globular que tiene

la forma de un casquete proteico formado por 24 subunidades polipeptídicas idénticas de ferritina, que se presentan en dos cadenas distintas, L-ferritina (Light) formada por 175 residuos de aminoácidos, de una masa molecular de 19 kD y cuya secuencia corresponde a

10 20 30 40 50 60 MSSQIRQNYS TDVEAAVNSL VNLYLQASYT YLSLGFYFDR DDVALEGVSH FFRELAEEKR 70 80 90 100 110 120 EGYERLLKMQ NQRGGRALFQ DIKKPAEDEW GKTPDAMKAA MALEKKLNQA LLDLHALGSA 130 140 150 160 170 RTDPHLCDFL ETHFLDEEVK LIKKMGDHLT NLHRLGGPEA GLGEYLFERL TLKHD

y H-ferritina (Heavy) de 21 kD formada por 183 residuos de aminoácidos, de

secuencia 10 20 30 40 50 60 MTTASTSQVR QNYHQDSEAA INRQINLELY ASYVYLSMSY YFDRDDVALK NFAKYFLHQS 70 80 90 100 110 120 HEEREHAEKL MKLQNQRGGR IFLQDIKKPD CDDWESGLNA MECALHLEKN VNQSLLELHK 130 140 150 160 170 180 LATDKNDPHL CDFIETHYLN EQVKAIKELG DHVTNLRKMG APESGLAEYL FDKHTLGDSD NES

Fig.1 Cadena L-ferritina Fig.2 Cadena H-ferritina

La secuencia los residuos de aminoácido de ambas cadenas presenta

residuos de cisteína (Cys), pero estos no se encuentran formando puentes disulfuro entre ellos. 3.- Estructura secundaria

Ahora, si consideramos la conformación que adaptará la secuencia de aminoácidos, podemos mencionar que para el caso de esta proteína todas sus subunidades presentarán una conformación de α-hélice . Para el caso de la H-ferritina, esta se encontrará formada por 4 cadenas de estructura helicoidales más una quinta de menor tamaño, y en el caso de la L-ferritina esta se encuentra constituida por 6 cadenas de la misma estructura.

Fig.3 Fig.4

Fig.3 presenta la conformación α-hélice de la cadena H-ferritina y la Fig.4 ilustra la conformación que adopta la cadena L-ferritina. Se puede apreciar claramente la diferencia entre ambos tipos de cadenas.

Estas estructuras helicoidal se encuentran altamente estabilizadas por la presencia de enlaces puente de hidrógeno que se establecen entre los residuos de aminoácidos del esqueleto polipeptídico que forman las cadenas. Como las cadenas de H y L-ferritina se encuentran formadas únicamente por α-hélice, estas contendrán una gran cantidad de puentes de hidrogeno. En el caso de la H-ferritina, esta posee alrededor de 136 enlaces de hidrogeno, mientras que en la F-ferritina encontramos 127.

En la Fig.5 se ve la disposición que adoptan estos enlaces de hidrogeno formados por entre el grupo CO- de un residuo en la posición n y el NH- de otro aminoácido ubicado en la posición n+4 mas adelante en la cadena polipeptídica, para así formar la α-hélice, que se encuentra altamente favorecida por los ángulos de torsión adoptados alrededor de cada carbono alfa.

Fig.5 4.- Plegamiento tridimensional

Como se menciono anteriormente, su estructura adopta la forma de una corteza proteica oligomérica esférica llamada Apoferritina compuesta por 24

subunidades de cadenas polipeptídicas de H y L-ferritina idénticas, las cuales se encuentran unidades de forma no covalente dando origen a la estructura cuaternaria de esta proteína.

Fig.6 representa la forma de casquete hueco que adoptan las 24 subunidades idénticas de H y L-ferritina. Estas se encuentran unidas fuertemente por interacciones hidrofóbicas, que estabilizan su plegamiento tridimensional.

Estas subunidades de la corteza proteica están dispuestas de tal forma que generan la conformación de dos tipos de canales formados por la intersección de 3 o 4 subunidades respectivamente, que poseen propiedades y funciones distintas, siendo estos cruciales en la función de la ferritina de liberar el hierro de forma controlada.

Fig.7 Fig.8

La Fig.7 muestra el canal que se forma entre 3 cadenas polipeptídicas de color rojo. La Fig.8 presenta el canal que se forma entre 4 cadenas polipeptídicas de color verde

La Fig.9 nos permite visualizar como es la cavidad interior de la Apoferritina donde se almacena el hierro; esta posee la capacidad de guardar aproximadamente 4500 iones Fe3+. Se puede visualizar además en color rojo los canales formados por 4 cadenas polipeptídicas.

Fig.9 5.- Relación estructura- función

En el interior de la ferritina el hierro se almacena formando un núcleo mineral inorgánico de formula [FeO(OH)]8[FeO(H2PO4)] denominado normalmente como ferrihidrita , en el cual los iones de Fe3+ se encuentran coordinados con iones O2+. De esta estructura el 10% corresponde a iones Fe3+ coordinados con 5 iones O2+ cada uno y un grupo fosfato. La mayor parte de los grupos fosfato se encuentran en la parte externa de la estructura cristalina y son utilizados para unir de forma covalente el mineral con las cadenas laterales carboxiladas de los residuos del interior de la proteína.

Fig.10 estructura del núcleo mineral de hierro que se forma en el interior de la apoferritina. Las esferas anaranjadas representan a los átomos de Fe3+ coordinados con átomos de O2+. Esta malla de mineral se une covalentemente a la proteína.

En la forma de mineral de ferrihidrita el hierro no es soluble y para que este se solubilize debe ser reducido de Fe3+ a Fe2+. La carga positiva del Fe+2 atrae la parte electronegativa de las moléculas de agua formando una envoltura alrededor del catión, así el hierro pasa a formar el complejo hidratado de Fe(H2O)6

+2 que puede salir de la proteína a través de los canales.

El Fe2+ soluble sale de la ferritina por los canales situados en los entrecruzamientos de 3 subunidades cuya polaridad permite el paso de estos iones positivos, los cuales están tapizados por residuos de aminoácidos polares de ácidos aspártico (Asp) y glutámico (Glu).

La Fig.11 muestra en color rojo los residuos de aminoácidos polares Asp y Glu que forman parte de uno de los canales.

Pero este debe perder el agua de hidratación a la entrada del canal y recuperarla a la salida., debido a que este complejo hidratado es demasiado grande para poder pasar por el canal.

La Fig.12 muestra una representación de la liberación del complejo hidratado de hierro por el canal polar (de color verde marcado con círculos rojos).

El canal central, formado por el entrecruzamiento de 4 subunidades está, por el contrario, constituido en gran parte por residuos de aminoácidos de leucina (Leu), y otros aminoácidos no polares. Se cree que por este canal penetra el dihidroxifumarato , agente reductor responsable de la transferencia de electrones para que el Fe3+ de la malla mineral pueda ser reducido a Fe2+.

Fig.13 Fig.14

La Fig.13 muestra en color blanco a Leu y otros residuos no polares que forman parte del canal principal, por el cual ingresa el agente reductor del Fe3+. (Fig.14 )

En total la proteína consta de 8 canales liberadores de hierro y 6 canales principales por donde ingresa el agente reductor del hierro, dando un total de 14 canales.

Una vez fuera de la proteína, el Fe2+ soluble es incorporado a la ferrozina siendo utilizado en esta manera para la formación de hemoglobina y otras proteínas que contienen hierro.