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Proteínas Transportadoras de Oxigênio Bioquímica Celular Graduação em Farmácia Profª: Simara Semíramis Insolubilidade do O2 em água: grupo Heme (Componente orgânico - protoporfirina - e um átomo central de ferro - Fe2+) Grupo Prostético Heme (Ligações coordenadas do átomo de Fe) Ligações coordenadas do átomo de Fe: • 4 com átomos de N do anel de porfirina; • 1 com o N da cadeia lateral da His proximal; • 1 com o oxigênio molecular (O2). Vista lateral Resíduo de Histidina Plano do sistema do anel da porfirina • Fe+2 (liga oxigênio reversivelmente). • Fe+3 (não liga oxigênio). Efeitos Estéricos em Ligantes no Heme (Ligação de O2 e CO) Histidina proximal Histidina distal impede a ligação linear de CO. Fe e CO se posicionam em linha reta. Fe e O2 se posicionam em ângulo. Estrutura da Mioglobina Histidina distal (His E7 ou His64) Histidina proximal (His F8 ou His93) Estrutura quaternária da Hemoglobina Pares de dímeros αβ idênticos formam o tetrâmero. α2 α1 β2 β1 As subunidades da Hemoglobina são estruturalmente similares à Mioglobina Comparação das sequências de aminoácidos (Mb x Hb) Interações dominantes entre as subunidades da Hemoglobina Interações hidrofóbicas, ligações de Hidrogênio e pontes salinas (pares iônicos). Interface α1β1 (α2β2) envolve mais de 30 resíduos. Interface α1β2 (α2β1) envolve 19 resíduos. Conformações principais da Hemoglobina Estado T e Estado R Oxiemoglobina Liga O2 com maior afinidade. Estado “relaxado” – menos interações. Desoxiemoglobina Liga O2 com menor afinidade. Estado “tenso” – mais interações. Hemoglobina: alterações estruturais após a ligação do oxigênio Posição do ferro na desoxihemoglobina. O ionte de ferro move-se para dentro do plano do heme. A posição da histidina proximal é ajustada. Hemoglobina: alterações estruturais após a ligação do oxigênio O movimento correspondente da α- hélice altera a interface entre os pares αβ, instigando outras alterações estruturais. Liga O2 com maior afinidade. Estado “relaxado” – menos interações. Liga O2 com menor afinidade. Estado “tenso” – mais interações. Conformações para ligação ao O2 Modelos para o mecanismo de cooperação Modelo em conjunto Modelo sequencial Interação quantitativa ligante-proteína Expressão para o equilíbrio Constante de associação Ka define a afinidade do ligante pela proteína Ka grande alta afinidade Constante de dissociação 1/Ka = Kd Kd pequeno alta afinidade Interação quantitativa ligante-proteína Curva hiperbólica de ligação ao O2 (mioglobina). (insensível a pequenas alterações na concentração do ligante) Interação quantitativa ligante-proteína Curva sigmóide de ligação (cooperativa) Pulmões: pO2 = 13,3 kPa. Tecidos: pO2 = 4 kPa. Estado T Estado R Curva sigmóide – reflexo da cooperatividade entre as subunidades da Hemoglobina. Efeito Bohr: influência do pH e [CO2] na ligação e liberação do oxigênio pela Hemoglobina pH baixo induz protonação na hemoglobina: His164 passa a interagir com Asp94 (ponte salina). estabilização do estado T (menor afinidade com O2). Nos tecidos: CO2 + H2O = H + + HCO3 - tecidos pulmões CO2 se liga a extremidade N-terminal de cada globina. Os carbamatos formam pontes salinas adicionais estabilização do estado T (menor afinidade com O2). Efeito do 2,3-Bisfosfoglicerato (BPG) na ligação e liberação do oxigênio pela Hemoglobina estabilização do estado T (menor afinidade com O2) menor captação, mas maior liberação. Ausência de BPG (curva hiperbólica) Efeito do 2,3-Bisfosfoglicerato (BPG) na ligação e liberação do oxigênio pela Hemoglobina BPG está normalmente presente nas moléculas de hemoglobina Ausência de BPG (curva hiperbólica) Em altitude, a liberação de O2 é restaurada para cerca de 40% do O2 que pode ser transportado pelo sangue. pO2 nos pulmões (nível do mar) pO2 nos pulmões (4.500m) pO2 nos tecidos Liberação de O2 nos tecidos Aumento de BPG em altitudes Afinidade das hemácias fetais por oxigênio: redução da afinidade ao BPG, afinidade mais alta ao O2. Anemia falciforme Glu → Val na posição 6 de cada cadeia β
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