15 2 BIOSSINTESE DO HEME

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BIOSSÍNTESE 
DO 
HEME
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A Hemoglobina é um hetero-tetrâmero formada por 2 tipos de globinas: a e b.
Max Perutz e John Kendrew resolveram a estrutura 3D da hemoglobina em 1959
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Conceitos Chaves
O heme, produzido em, virtualmente, todos os tecidos de mamíferos, consiste de um íon ferroso e a protoporfirina IX;
A porção orgânica do heme é derivada totalmente de 8 resíduos de glicina e de succinil-CoA;
Quatro etapas enzimáticas são catalisadas por enzimas de mitocôndrias, e 4 do citosol
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Conceitos Chaves
A regulação da síntese do heme fica na reação da ácido ᵹ-aminolevulínico sintase, a primeira etapa biossintética;
Erros no metabolismo de porfirinas são conhecidos clinicamente como porfirias;
O catabolismo do heme ocorre no retículo endoplasmático de células retículo-endoteliais, com a formação de bilirrubina, CO e ferro;
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Conceitos Chaves
A bilirrubina é transportada para o fígado na albumina, onde é conjugada com ácido glucurônico;
A bilirrubina glucuronídeo é excretada na bile, para os intestinos, onde é metabolizada por bactérias.
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BIOSSINTESE DO HEME
A síntese do heme é mais pronunciada na medula óssea e no fígado, em virtude da necessidade de incorporação na hemoglobina e nos citocromos, respectivamente
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 O heme das globinas é responsável pela ligação ao oxigênio. 
O heme, também presente nos citocromos, é sintetizado nas células aeróbicas através de uma cadeia complexa de enzimas, a via das porfirinas. Na última etapa, um átomo de ferro é introduzido na protoporfirina IX, originando o heme.
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 Nas globinas, o Fe2+ hemínico faz 6 ligações de coordenação: 4 ligações planares com os nitrogênios dos anéis pirrólicos da protoporfirina, e 2 perpendiculares ao plano do heme. A 5ª. ligação é permanentemente ocupada com um dos N imidazólico da histidina F8 (proximal). A sexta coordenação pode ser ocupada pelo oxigênio, ou pela histidina E7 (distal) nas globinas desoxigenadas.
No desenho ao lado, a globina a. Observar os resíduos hidrofóbicos (em preto) que forram o bolsão do heme nas globinas. 
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Enzimas envolvidas
Ácido ᵹ-aminolevulínico sintase (ALA) controla etapa limitante da velocidade na síntese do heme em todos os tecidos;
A síntese de enzimas ocorre no citosol, sendo dirigida pelo mRNA derivado do núcleo;
A enzima é transferida para a matriz da mitocôndria, onde interage com succinil-CoA, um intermediário do ciclo de Krebs.
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Ácido ᵹ-aminolevulínico desidratase
Ácido ᵹ-aminolevulínico desidratase, a segunda enzima da via, é citosólica e consiste de 8 subunidades, das quais apenas 4 interagem com o substrato;
Essa proteína interagem com o substrato para formar uma base de Schiff, mas nesse caso, o grupo Ɛ-amino de um resíduo de lisina liga-se ao carbono da carbonila da molécula de substrato (Fig. 19.84). 
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Duas moléculas de ALA condesam assimetricamente para formar porfo-bilinogênio, uma estrutura em anel de 5 membros heterociclico com 3 cadeias laterais, 2 das quais são ácido acético e ácido propiônico;
Enzimas envolvidas
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A ALA desidratase é uma enzima que contém zinco e é muito sensível à inibição por metais pesados, particularmente chumbo;
Uma característica do envenenamento por chumbo é a elevação de ALA na ausência de elevação de porfobilinogênio.
Ácido ᵹ-aminolevulínico desidratase
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Porfobilinogênio Deaminase
Um grupo sulfidrila da porfobilinogênio deaminase ( hidroximetilbilano sintase) forma uma ligação tioéster com um resíduo de porfobilinogênio por uma reação de deaminação;
A seguir 5 resíduos adicionais de porfobilinogênio são deaminados suscessivamente para formar um aducto hexapirrólico linear com a enzima;
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Porfobilinogênio Deaminase
O aducto hexapirrólico é clivado hidroliticamente para formar um complexo enzima-dipirrolometano e o tetrapirrol linear hidroximetilbilano.
O complexo enzima-dipirrolometano está, então, pronto para outro ciclo, para gerar outro tetrapirrol.
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Uroporfirinogênio III sintase
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Uroporfirinogênio Descarboxilase
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Coproporfirinogênio Oxidase
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Protoporfirinogênio Oxidase
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FERROQUELASE
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PORFIRIAS
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A Hemoglobina, composta por quatro cadeias polipeptídicas (dois dímeros ab), é uma proteína transportadora de oxigênio.
	apresenta afinidade variável por O2
A estrutura tetramérica da hemoglobina confere à molécula maior controle da afinidade por oxigênio
A Mioglobina, composta por uma cadeia polipeptídica, é uma proteína armazenadora de oxigênio presente no tecido muscular de mamíferos. 
 
 apresenta alta afinidade por O2
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Hemoglobinopatias
 Como existem 4 alelos de cadeia a e 2 de cadeia b expressos co-dominantemente, são conhecidos mais mutantes de cadeia b (produzem 50 % de Hb anômala) do que de cadeia a (produção de 25 % de Hb anômala).
 Hemoglobinopatias podem resultar de mutações nos genes estruturais das globinas, ou ainda nos genes reguladores da síntese das diferentes globinas, que é o caso das talassemias. 
 Mutações pontuais nos genes das globinas a e b são relativamente frequentes. Em outubro de 2003 já eram conhecidos mais de 900 tipos de hemoglobinas anômalas contendo a troca de 1 aminoácido na cadeia a ou na cadeia b.
 Mutações duplas, inserções e deleções são casos mais raros. 
 A figura acima ilustra posições na sequência primária de cadeias a ou b para as quais são conhecidos mutantes pontuais de Hb com alterações na estabilidade e/ou solubilidade da proteína ou na afinidade por oxigênio, que resultam em patologias.
 Observe que a grande maioria dessas posições estão em “cotovelos” da molécula, onde as a-hélices não existem. Mutantes das histidinas proximal e distal (posições 92 e 63 na cadeia b, respectivamente), podem resultar em incapacidade de ligar O2.
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A tabela mostra exemplos de hemoglobinas anormais que são mutantes pontuais.
Hemoglobinas M apresentam substituições nas histidinas proximal ou distal, ou resíduos hidrofóbicos do bolsão do heme. 
 Como resultado, nas HbM ocorre a oxidação do Fe2+a Fe3+, tornando-as incapaz de ligar O2. 
Metahemoglobina é uma HbA normal oxidada a Fe3+, situação que pode ser causada por fumaça de cigarro, cianetos, etc.
Não confundir metahemoglobina com HbM.
Hemoglobina S ou falciforme apresenta uma troca de uma resíduo ácido por um apolar, causando alterações na solubilidade da proteína, que passa a ter tendência de polimerizar. Não há alterações na afinidade pelo O2.
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 * Existem outros variantes de HbG de cadeia a. A HbG Philadelphia é um variante de cadeia a que frequentemente traz deleção dos alelos não afetados. Quando não ocorre deleção, existe ~20% de HbG, com deleção de 1 alelo, ~30% de HbG, e com deleção de 2 alelos, ~40% HbG.
 *** HbD Punjab apresenta o mesmo tipo de mutação.
# Não é uma mutação pontual e sim um porduto de crossover durante a meiose.
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Anemia falciforme e hemoglobina S (HbS)
A HbS apresenta um resíduo de valina na posição 6 da cadeia b, no lugar do ácido glutâmico presente na HbA. 
Essa troca resulta em alteração da solubilidade da HbS, que apresenta tendência de polimerizar quando desoxigenada, formando fibras que se depositam dentro da hemácia, deformando-a.
Deformadas, essas hemácias são retiradas de circulação, causando o quadro anêmico.
A figura ao lado é uma micrografia de uma fibras de HbS, que se organizam por polimerização de muitas moléculas, conforme o esquema abaixo. 
Fibra de HbS
Hemácia falcêmica
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Hemoglobina S: a valina na posição 6 da cadeia b da HbS faz interação hidrofóbica com 
	resíduos Phe 85 e Leu 88 da cadeia b de outra molécula de HbS, determinando 	polimerização da HbS desoxigenada. 
 	 A polimerização reverte quando a HbS fica 100% saturada. Não há alteração 	da afinidade por O2, ou seja, o efeito Bohr, a ligação do 2,3-BPG e a cooperatividadenão são afetados.
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 Origem geográfica: região de São Leopoldo, RS, Brasil
 mutação pontual com substituição de Ser por Cys na posicão 9 da cadeia b na região helicoidal A6 
 por conter uma cisteína a mais, a HbPorto Alegre apresenta tendência de polimerizar, fazendo tetrâmeros via pontes –S-S- 
 a polimerização é baixa in vivo, mas intensa em hemácias armazenadas (diminuição do poder redutor)
 veja artigo e texto complementar para mais informações.
A Hemoglobina Porto Alegre
Tetrâmero de HbPA
Microscopia eletrônica de tetrâmeros de HbPa
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