Hemoglobina e Mioglobina: Estrutura e Função

Prévia do material em texto

Hemoglobina 
Hemoglobina e mioglobina: 
A hemoglobina é responsável pelo transporte de oxigênio dos pulmões para os tecidos. Também retira o 
CO2 dos tecidos para que ele seja liberado nos pulmões. A hemoglobina se liga ao oxigênio, mas sua 
conformação permite que uma troca gasosa ocorra. 
A mioglobina é responsável pelo transporte e armazenamento de oxigênio nos músculos. A estrutura da 
mioglobina é proteica, com várias alfa-hélices e um grupo M no centro, que é bastante importante para 
que o oxigênio possa se ligar. 
- Ambas são formadas por aminoácidos semelhantes, os quais vão estruturá-las e a dão suas 
funcionalidades. 
- Estrutura apresenta principalmente alfa-hélices e é quaternária. 
- Ligações do tipo pontes de hidrogênio, pontes dissulfeto, lig. peptídicas, lig. hidrofóbicas, lig. iônicas, 
forças de Van der Wall estão presentes nas proteínas. 
- Atuam junto às coenzimas ou cofatores. 
Apesar das sequências da hemoglobina e mioglobina serem semelhantes, elas são diferentes, o que faz 
com que elas possuam estruturas e funções diferentes. 
 
Estrutura da mioglobina: 
- A mioglobina é uma molécula pequena (P.M. 17 kD), facilmente filtrada nos rins. 
- A mioglobina apresenta 153 aminoácidos com um grupo heme no centro (uma 
porfirina coordenada a um átomo de ferro). 
- Esta proteína foi a primeira a ter a estrutura resolvida, por difração de raios-X. O 
trabalho foi realizado por Max Perutz e Sir John Cowdery Kendrew, em 1958, que 
receberam o Prémio Nobel da Química, em 1962. 
- As mutações alteram a estrutura tridimensional da proteína, de forma que ela precisa 
fazer um novo encaixe da cadeira lateral. Algumas vezes, esse novo encaixe faz com 
que algumas ligações iônicas mudem a configuração 
(algumas vão surgir, outras vão desaparecer), o que acaba 
podendo ter algum impacto na funcionalidade da 
molécula. 
 - O grupo heme da mioglobina é o responsável por se ligar 
ao oxigênio, tendo um ferro acoplado à sua estrutura. 
- A ponte de ferro fica localizada no nível central dentro da 
estrutura do grupo heme. 
- A estabilização do grupo heme passa pela participação 
de duas histidinas: uma distal e uma proximal. Elas estão distribuídas nas alfa-hélices. No caso da 
histidina proximal, há uma ligação com o ferro e ela irá estabilizar o grupo M. No caso da histidina distal, 
ela vai permitir estabilizar o oxigênio que vai se ligar a essa estrutura. As histidinas ancoram o grupo M e 
estabilizam a presença do oxigênio. 
- A mioglobina vai ser expressa em determinadas células, como os cardiomiócitos e as fibras musculares 
esqueléticas, que têm a necessidade de reter o oxigênio para que elas possam ter uma funcionalidade. 
- Apresenta 75% em alfa-hélice com 8 segmentos helicoidais (A - H). 
- Os resíduos hidrofóbicos estão dispostos para o interior da molécula (ex: Phe), exceto pela histidina (F8 
e E7) importante na ligação ao ferro e ao O2. 
 
Estrutura da hemoglobina: 
- É uma estrutura mais complexa do que a mioglobina. 
- Possui histidinas estabilizando um grupo heme que possui um ferro na região central e que vai permitir a 
ligação do oxigênio, acontecendo pra cada uma das subunidades. 
- A hemoglobina é uma proteína quaternária, formada por 4 subunidades chamadas globina, com 
estruturas semelhantes à mioglobina. As globinas formam a parte proteica juntamente com o grupo 
prostético (o grupo heme). 
- É uma proteína globular. 
- Cada subunidade está ligada ao grupo prostético heme e pode ter um oxigênio ligado a ela. 
- As subunidades vão fazer o transporte do oxigênio cada uma ligando o oxigênio no seu grupo heme. 
Então, a hemoglobina possui uma capacidade 4 vezes maior de se ligar ao oxigênio. 
 
His F8 (proximal) – se liga ao Fe (II), o estabilizando. 
His E7 (distal) – faz uma ponte de hidrogênio com o O2. 
As letras F e E têm relação com a alfa-hélice que cada histidina se encontra. 
Essa estrutura vai permitir que o oxigênio se ligue. 
 
 
As subunidades da hemoglobina se ajudam entre si, formando o 
principio da cooperatividade. As proteínas possuem uma estrutura e 
quando ela se liga ao seu ligante, a estrutura tende a mudar um pouco 
a conformação. É justamente esse encaixe que permite mudanças na 
estrutura da molécula, fazendo com que ela fique mais “receptiva” aos 
outros oxigênios que vão entrando na molécula. Quando todas 
subunidades se ligam a um oxigênio, há uma saturação esperada, que 
ocorre de forma gradual: a medida que o primeiro oxigênio se liga, ele facilita a ligação dos outros. 
 
Importância do BPG: 
- O 2,3BPG é uma molécula produzida durante o ciclo da glicólise, derivando desse processo e que será 
utilizada na estabilização da hemoglobina que não está ligada ao oxigênio. 
- O 2,3BPG vai se ligar na região central da molécula da hemoglobina. Essa região central é uma cavidade 
resultante da ligação das 4 subunidades. A partir do momento que essa cavidade estiver desocupada, 
indica que há um oxigênio em cada uma das subunidades e a conformação é um pouco diferente. 
- A medida que a hemoglobina libera os oxigênios, o 2,3BPG consegue se ligar a região central da 
hemoglobina. 
- Nos tecidos periféricos, a deficiência de oxigênio determina um acúmulo de 2,3-bifosfoglicerato (2,3-
BPG), que se liga à hemoglobina tetramérica, numa cavidade central, que tem tamanho suficiente para 
acomodar o BPG quando a hemoglobina está na sua forma T, tensa (deoxi-hemoglobina). Quando ligada 
ao O2, torna-se oxi-hemoglobina (forma R, relaxada). 
- Sem o oxigênio, a hemoglobina está tensa, e com ele, ela está relaxada. Quando ela está tensa, ela 
precisa ser estabilizada, e assim a 2,3BPG se liga a estrutura da hemoglobina na cavidade central. 
 
 
Curvas de saturação: 
- A mioglobina tem uma afinidade muito maior pelo oxigênio (indicada pela curva hiperbólica) que a 
hemoglobina (indicada pela curva sigmóide). 
- A curva sigmóide de saturação da hemoglobina revela uma adaptação molecular para a sua função de 
transporte nos eritrócitos, assegurando a ligação e a liberação do oxigênio nos tecidos apropriados. 
 
Importância do 2,3-BPG: 
- Esta molécula é capaz de se ligar à Hb na sua forma T, estabilizando sua conformação, e reduzindo a 
afinidade da Hb pelo O2. 
- A ausência do BPG na forma T levaria a hemoglobina a se ligar fortemente ao O2, dificultando a liberação 
do gás nos tecidos. 
- A 2,3-BPG se liga à estrutura da hemoglobina na sua cavidade central, quando ela está na forma T, sem 
transportar oxigênio, estabilizando a conformação dessa proteína. Essa estabilização reduz a afinidade da 
hemoglobina pelo oxigênio. 
- A presença do 2,3-BPG e do CO2 alteram a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. 
- O 2,3BPG é produzido enquanto as hemácias ainda estão em desenvolvimento. 
- A presença do CO2 é dada na circulação da hemácia, que leva o oxigênio para os tecidos, os quais 
possuem uma grande pressão de CO2 que precisa ser excretada. O CO2 altera a afinidade da hemoglobina 
pelo oxigênio, através da alteração de pH. 
 
Interações alostéricas - Hb transporta O2, CO2 e H+: 
A hemoglobina pode transportar H+ e CO2, além do O2, sendo uma proteína alostérica, ao contrário da 
mioglobina. 
1. A ligação de O2 à hemoglobina promove a ligação de mais O2 à mesma molécula de hemoglobina. Por 
outras palavras, o O2 liga-se cooperativamente à hemoglobina, o que não acontece na mioglobina; 
2. A afinidade da hemoglobina para o oxigênio depende do pH e da concentração do CO2; 
3. A afinidade entre o oxigênio e a hemoglobina é também regulada por fosfatos orgânicos, tais como o 
2,3-BPG. 
 
Curvas de saturação: 
A curva de saturação pode ser diferente a depender do estado do indivíduo: se está em repouso ou 
fazendo exercício. Também varia dependendo da quantidade de oxigênio que se liga a hemoglobina e da 
necessidade de oxigênio pelos tecidos. 
 
- Essas curvas nos permite entender tanto o processo de afinidade, quanto o processo de ligação. 
- A mioglobina tem uma afinidade maior pelo oxigênio, pois ela é necessária no tecido muscular,para 
permitir que o oxigênio fique retido lá e o músculo consiga utilizá-lo devidamente. 
- No início do desenvolvimento fetal, precisamos de uma molécula que possua uma afinidade muito maior 
em relação à afinidade do oxigênio presente na mãe, para garantir o fornecimento de oxigênio para o feto. 
Por isso, a hemoglobina fetal possui algumas subunidades diferentes. 
 
Ligação ao CO: 
- A exposição prolongada ao monóxido de carbono pode levar à asfixia e morte. 
- A ligação do monóxido de carbono à hemoglobina é cerca de 200 vezes mais forte que a ligação do 
oxigênio, levando a redução da oxigenação dos tecidos e aos sintomas iniciais de náuseas, tontura e dor 
de cabeça.