Capítulo 03 a molécula de hemoglobina

Prévia do material em texto

54
CAPÍTULO 3 
 
HEMOGLOBINAS NORMAIS 
 
 
A ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS HEMOGLOBINAS 
 
A origem da hemoglobina e seu processo evolutivo está relacionado 
com o desenvolvimento de vida em nosso planeta. A primeira evidência científica de 
vida na Terra foi obtida por meio de análises de sedimentos da Groelândia que 
indicaram por métodos indiretos de isótopo de carbono (C12) que as rochas 
continham componentes orgânicos datados de aproximadamente 3,8 bilhões de 
anos. Fósseis de colônias bacterianas datados de 3 bilhões de anos foram 
encontrados nos mares do Caribe e do oeste da Austrália, indicando efetiva 
organização de microorganismos ao longo desse tempo. 
Animais e plantas não microscópicos emergiram do mar há 800 
milhões de anos e se desenvolveram no solo há 400 milhões de anos. Estudos 
efetuados em plantas leguminosas, leveduras e paramécio, revelaram que os genes 
codificadores para hemoglobinas devem ter se manifestado há cerca de 800 
milhões de anos. É provável que neste período as moléculas de hemoglobinas 
primitivas surgiram como subprodutos resultantes da formação de citocromo c- uma 
proteína pigmentada essencial para a respiração celular. Pesquisas realizadas com 
o objetivo de avaliar a evolução de genes codificadores de proteínas (ou exons) 
mostraram que em plantas leguminosas, essas proteínas conhecidas por 
leghemoglobinas, tinham quatro exons (ou genes codificadores) entremeados por 
três introns (estrutura do DNA sem capacidade de codificar), em um mesmo 
cromossomo, conforme mostra a etapa 1 da figura 29. Os estudos feitos em 
algumas espécies de peixes primitivos mostraram que houve a redução para três 
genes codificadores de hemoglobina num mesmo cromossomo, caracterizado por 
três exons entremeados por dois introns (etapa 2 da figura 29), fato sugestivo de 
que esses peixes primitivos divergiram durante o processo evolutivo dos 
vertebrados que tiveram a duplicação de cromossomos (etapa 3 da figura 29). 
Acredita-se que essa duplicação se manteve por muito tempo, pois há 500 milhões 
 55
de anos duas cópias se diferenciaram por mutações adaptativas para formar dois 
grupos de exons denominados por alfa e beta, e agrupados em um único 
cromossomo (etapa 4 da figura 29). Outros milhões de anos seguintes fizeram com 
que o processo evolutivo desenvolvido por meio de transposição ou translocação, 
duplicasse o cromossomo em dois cromossomos com características específicas: 
um com genes alfa e outro com genes beta (etapa 5 da figura 29). Por volta de 100 
milhões de anos os genes codificadores de globinas alfa e beta se diferenciaram 
individualmente para se processarem durante as fases de desenvolvimento de um 
ser mais complexo, caracterizadas pelas diferenças morfo-funcionais que ocorreram 
nos períodos embrionário, fetal e pós-nascimento (etapa 6 da figura 29). Assim, por 
volta de 70 milhões de anos quando surgiram os primeiros primatas, identificados 
pelo Ancestral Hominídeo Comum, os genes para a síntese de globinas alfa e beta 
já estavam bem definidos (etapa 7 da figura 29). 
Esses primatas primitivos demoraram quase 60 milhões de anos para 
se desenvolverem e se diferenciarem em dois sub-grupos: o Ancestral Humano-
Chimpanzé e os gorilas. Pesquisas realizadas nos diferentes continentes mostraram 
que a África certamente foi o local em que os primatas evoluíram para o bipedismo, 
entre 5 e 10 milhões de anos. Por volta de 4 milhões de anos surge o 
Australopithecus africanus com características morfológicas de chimpanzé e 
humana. 
Entre 2,5 e 1,6 milhões de anos surgiu o Homo habilis que conviveu 
com o Australopithecus. Nessa fase ocorreram expressivas mudanças 
morfológicas especialmente na estrutura da cabeça e face. Por volta de 1,5 milhões 
de anos destaca-se o aparecimento do Homo ergaster, também na África, e desse 
ancestral partem duas linhagens bem definidas, a do Homo erectus que viveu 
exclusivamente na África e o Homo heidelbergensis cujos fósseis foram 
encontrados na África, Ásia e Europa. Ambos apresentam diferenças morfológicas 
em relação ao ancestral comum (H. ergaster) evidenciadas pelos alongamentos da 
cabeça e das pernas. 
Proveniente do H. heidelbergensis, surgiram há 100 mil anos o 
Homo sapiens neanderthalis, e há 40 mil anos o Homo sapiens sapiens. A figura 
30 mostra o resumo da árvore genealógica da espécie humana. É fundamental que 
seja destacado que durante todo o processo da evolução da espécie humana, 
desde o Ancestral Hominídeo Comum (há 70 milhões de anos) até o Ancestral 
 56
Humano-Chimpanzé (há 4 milhões de anos) a molécula de hemoglobina se 
diferenciou em apenas um aminoácido na posição 23 da globina alfa, onde o ácido 
aspártico foi substituído pelo ácido glutâmico (figura 31). E há 4 milhões de anos a 
seqüência de aminoácidos da hemoglobina humana, em relação aos seus 
ancestrais, permanece estável. 
Como foi possível observar na leitura desse breve resumo sobre o 
desenvolvimento da hemoglobina em relação aos seres vivos desde os primórdios 
do nosso planeta, a hemoglobina teve realmente sua origem há milhões de anos em 
vertebrados marinhos. Embora proteínas com características de transportadoras de 
oxigênio tenham sido relatadas entre leguminosas e em invertebrados, foi somente 
com os vertebrados que a hemoglobina se desenvolveu como molécula 
especializada no transporte de oxigênio devido ao fato de ter uma célula específica 
para este fim, qual seja, o eritrócito. O desenvolvimento do eritrócito e da 
hemoglobina como um conjunto harmonioso na fisiologia do transporte de oxigênio, 
teve importância fundamental na evolução das diversas espécies de vertebrados. 
Estudos realizados em sangue de lampréias mostraram que o transporte de 
oxigênio é realizado por moléculas de hemoglobinas formadas por um único tipo de 
globina (ver etapas 1 e 2 da figura 29). Admite-se, portanto, que no período de 
divergência da lampréia para outras formas de vertebrados ocorreu a duplicação 
dos genes codificadores em genes específicos: alfa e beta. A especialização 
fisiológica de captação, transporte e liberação de oxigênio tornou-se maior e mais 
efetiva com a formação de tetrâmeros de moléculas de hemoglobinas compostas 
por duas globinas alfa e duas beta (ou α2 β2). Esse tipo de estrutura tetramérica é 
encontrada em peixes, répteis, anfíbios, aves e mamíferos. Para quase todas as 
espécies de animais vertebrados ocorre a síntese de diferentes formas tetraméricas 
de moléculas de hemoglobinas que são específicas para as diversas fases de 
transformações que acontecem desde a fecundação do ovo até a fase adulta. Por 
exemplo, em anfíbios as moléculas das hemoglobinas do girino diferem daquelas 
encontradas em rãs adultas. Na espécie humana ocorre o mesmo fenômeno de 
diferenciação de hemoglobinas nas três fases de desenvolvimento: embrionário, 
fetal e pós-nascimento, caracterizando respectivamente as Hb embrionárias, a 
Hb Fetal, e as Hb adultas (ou Hb A/A2). Cada um desses três tipos básicos de 
hemoglobinas humanas apresentam processos fisiológicos de captação, transporte 
e liberação de oxigênio que estão relacionados com as diferentes fases do 
 57
desenvolvimento embrionário e fetal, bem como após o nascimento. Todos esses 
fenômenos relativos à síntese de hemoglobinas é bem conhecido geneticamente, 
como se verá adiante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 58
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 29 – Proposta sobre evolução do gene da globina durante 800 milhões 
de anos 
m.a.: milhões de anos; PN: pós-nascimento 
Pseudogenes: são genes que tem seqüência de DNA, porém estão 
inativos por processo de mutação ou deleção. 
 
αααα ββββ 
ζζζζαααα 
εεεε γγγγ ββββ 
ζζζζ 
 ψψψψ ζζζζ ψψψψ αααα1 αααα2 αααα1 
Embrião 
Pseudogene 
Feto 
PN 
Feto 
PN 
εεεε γγγγG γγγγA ψψψψ ββββ δδδδ ββββ 
Pseudogene 
Embrião Feto Feto PN PN 
Etapa 1 
(800 m.a.) 
Etapa 2 
(700 m.a.) 
Etapa 3 
(600 m.a.) 
Etapa 4 
(500 m.a.) 
Etapa 5 
(300 m.a.) 
Etapa 6 
(100 m.a.) 
Etapa 7 
(70 m.a.) 
 59
 
 
70 milhões de anos 
 
 
 
 4 milhões de anos 
 Australopithecus africanus 
 
 
2,5 – 1,6 milhões de anos 
 
 
1,5 milhões de anos 
 
 
1 milhão de anos 
 
 
100 mil anos 
 
40 mil anos 
 
 
 
 
 
Figura 30 – Resumo da árvore genealógica humana. 
 
 
 
 
 
 
ANCESTRAL HOMINÍDEO COMUM 
ANCESTRAL HUMANO - CHIMPANZÉ 
CHIMPANZÉ Homo habilis 
Homo ergaster 
Homo erectus Homo heidelbergensis 
Homo sapiens neanderthalis 
Homo sapiens sapiens 
 60
 
 
 
 
70 milhões de anos 
 globina α 23: Ácido aspártico (Asp) 
 globina β 104: Arginina (Arg) 
 
 
 
 4 milhões de anos 
 Globina α 23: Asp → Ácido Glutâmico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 31 – Divergência da linhagem humano - chimpanzé e da linhagem 
gorila do ancestral hominídeo comum, e a diferença entre 
aminoácidos ao longo de 70 milhões de anos até o presente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANCESTRAL HOMINÍDEO COMUM 
ANCESTRAL HUMANO - CHIMPANZÉ 
GORILA CHIMPANZÉ HUMANO 
 61
A SÍNTESE DAS GLOBINAS 
 
A síntese das globinas na espécie humana requer um rígido controle 
genético do DNA inserido nos genes de globinas do tipo alfa no cromossomo 16 e 
nos genes de globinas do tipo beta no cromossomo 11. Esses genes se tornam 
ativos à medida que os precursores eritrocitários amadurecem conforme foi 
apresentado no capítulo 2. Entretanto a síntese da globina tem dinamismos 
diferentes para cada fase do desenvolvimento humano, morfologicamente 
caracterizada por embrionária, fetal e pós-nascimento. Esse processo que 
diferencia os tipos de globinas e, consequentemente, das hemoglobinas, se deve 
não somente ao estímulo de cada gene para respectiva fase de desenvolvimento, 
mas decorre notadamente de enzimas estimuladoras do DNA (DNA polimerase) 
que reproduz um molde que configura o seu RNA complementar. Este RNA, por 
sua vez, precisa de uma enzima complexa conhecida por RNA polimerase para 
induzir o seu crescimento em forma de fita que gradualmente se desprende do DNA 
que foi copiado. Por essa razão a RNA polimerase tem fundamental importância na 
síntese de proteínas, quer no sentido da sua composição estrutural, bem como da 
sua concentração. Para que seja possível entender a síntese dos diferentes tipos 
de globinas podemos admitir que cada um dos genes de globinas tipo alfa (ζ, α2, 
α1), e os de globinas tipo beta (ε, γG, γA, δ, β) são estimulados por RNA polimerases 
específicos. Na região do cromossomo 16 onde se localizam o grupo de genes de 
globinas tipo alfa há uma pequena extensão de bases nitrogenadas cujo conjunto é 
conhecido por região controladora dos genes (RCG) de globinas alfa, e o mesmo 
ocorre com relação ao cromossomo 11 (figura 32). É justamente na RCG que as 
RNA polimerases específicas para cada genes de globinas tipo alfa e tipo beta são 
formadas e estimuladas a induzirem as sínteses de globinas em cada um desses 
genes. 
A análise da figura 32 mostra que o agrupamento de genes de 
globinas do tipo alfa (RCG – ζ – ψζ – ψα1 – α2 – α1) tem seqüência aproximada de 
40 mil de bases nitrogenadas, sendo portanto menor que os genes de globinas do 
tipo beta (RCG – ε – γG – γA – δ – β) com cerca de 60 mil bases nitrogenadas. Em 
biologia molecular considera-se que a leitura das bases se faz no sentido 5' → 3' e 
assim é possível observar que há um sentido lógico relacionando o 
 62
desenvolvimento morfológico do ser humano com as sínteses específicas de 
globinas para as respectivas fases embrionária, fetal e pós-nascimento. É preciso 
também considerar que a estimulação de cada um desses genes de globinas 
depende da quantidade de RNA polimerase específica para esse fim. Certamente 
há mecanismos que ainda não estão bem definidos para determinar o início e o fim 
de cada tipo de RNA polimerase para cada fase do desenvolvimento humano, até o 
momento em que esse processo se estabiliza, fato que ocorre por volta do sexto 
mês de vida (tabela 8). A figura 33 mostra a eletroforese de globinas normais 
extraídas de pessoa adulta e de recém-nascido. Enquanto no adulto a síntese de 
globinas alfa e beta está bem estabilizada e equilibrada, no recém-nascido ainda 
há, além da globina alfa, outras duas globinas gama: γA e γG, que compõe a Hb 
Fetal. 
É importante destacar que os genes duplicados de globinas gama são 
diferenciados pela inserção de um único aminoácido na posição 136 de cada 
polipeptídeo gama sintetizado e, por isso, se diferenciam em γG quando o 
aminoácido glicina ocupa esta posição, ou γA no caso de ser a alanina. A proporção 
de síntese dessas duas globinas que compõe a Hb Fetal é constante durante a fase 
fetal, ou seja 70% de γG e 30% de γA. Por outro lado, após o nascimento, em 
situações em que a Hb Fetal permanece elevada – como são os casos de 
persistência hereditária da Hb Fetal, ou em condições patológicas por 
descoordenação de sua síntese – como são os casos de talassemias beta, a 
relação γG : γA apresenta ampla variação sem que seja possível estabelecer relação 
consistente entre a proporção desses dois tipos de globinas gama com causas que 
determinam a elevação de Hb Fetal. 
 
 
 
 63
A SÍNTESE DO GRUPO HEME 
 
 
Síntese da Porfirina 
 
A síntese do grupo heme ocorre nas mitocôndrias dos eritroblastos 
após várias reações químicas que resultam em expressivas transformações 
estruturais envolvendo a biossíntese das porfirinas e a introdução do ferro neste 
complexo molecular. A síntese de porfirina tem início durante o metabolismo do 
ácido cítrico (ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs), onde compostos químicos 
intermediários são formados e participam como precursores ou substratos para 
muitas vias biosintéticas, entre as quais se destaca a síntese da porfirina (figura 
34). Os produtos intermediários do ciclo do ácido cítrico como a succinil coenzima A 
(succinil Co-A) e o aminoácido glicina se combinam por reação catalítica 
intermediada por uma enzima mitocondrial, a delta-amino levulinato sintetase, ou 
ALA-sintetase, com a participação da vitamina B6. Nesse processo forma-se um 
composto instável de ácido alfa-amino-beta-adípico, que se descarboxila 
espontaneamente em ácido-delta-aminolevulínico (ALA). 
A partir dessa fase, ocorrem várias reações químicas de 
transformações, com participações de enzimas que atuam na desaminação, 
descarboxilação e na oxidação de produtos intermediários, até formarem a 
molécula de porfirina (figura 35). Após a configuração do anel da porfirina, o ferro é 
introduzido no seu interior para se ligar com quatro átomos de nitrogênio (figura 36). 
Esse conjunto caracterizado como grupo heme se prende à globina por meio de 
ligações com dois aminoácidos histidina, molecularmente distinguidas por histidina 
proximal e histidina distal (figura 37). 
 
 
 64
Metabolismo do ferro 
 
A maioria do ferro orgânico presente na hemoglobina é encontrada 
nos eritrócitos circulantes. Os macrófagos do sistema retículo endotelial armazenam 
o ferro liberado pela hemoglobina de eritrócitos velhos fagocitados sob forma de 
ferritina e hemossiderina. Os macrófagos também liberam átomos de ferro no 
plasma que se ligam à transferrina e são transportados para os tecidos 
hematopoiéticos, incorporando-se nos precursores dos eritrócitos – os eritroblastos. 
O balanço de ferro é rigidamente controlado entre perda e ganho. Há uma perdade 
ferro diária que ocorre através da urina, fezes, pele, unhas e menstruação. Esta 
perda, variável entre 1 e 2 miligramas diárias, é restabelecida pelo ferro absorvido 
na dieta, que oscila também entre 1 e 2 miligramas/dia. O ferro circulante na 
hemoglobina tem concentrações variáveis entre 1,7 a 2,4g, e o ferro absorvido e 
armazenado sob forma de ferritina pelos macrófagos também é representativo, 
entre 0,5 e 1,5g. 
A incorporação do ferro através dos receptores de transferrina, as 
reservas intracelulares de ferro em ferritina e a incorporação do ferro no anel 
protoporfirínico para a síntese do heme nas mitocôndrias, são eventos coordenados 
em resposta ao suprimento de ferro no nível de transcrição e de tradução, pela 
presença de elementos responsivos ao ferro (ERF) localizados nas regiões 
ascendentes não traduzidas dos RNA mensageiros (RNAm) para ferritina e para a 
enzima eritróide heme sintética ácido delta-aminovulínico sintetase (ALA-S). Esse 
processo biologicamente complexo do equilíbrio (ou homeostase) do ferro celular 
tem na estrutura do ERF o seu ponto de compensação, ou seja, quando há grande 
disponibilidade de ferro ocorre baixa afinidade entre ferro e ERF, resultando em 
menor síntese do receptor da transferrina, e aumento da síntese de ferritina e ALA-
S. Por outro lado, quando o suprimento de ferro é baixo há o aumento de sua 
ligação com o ERF, com o aumento da síntese do receptor da transferrina e a 
redução na síntese de ferritina e ALA-S. 
 
 
 
 65
Situações que prejudicam a formação do grupo heme 
 
Há duas situações bem específicas que tem influência no 
desempenho da síntese do grupo heme. A primeira se deve à deficiência de 
enzimas que participam das transformações químicas que ocorrem durante a 
síntese do anel porfirínico, e em decorrência desse defeito ocorre a porfíria. A 
segunda situação que causa prejuízo na formação do grupo heme se deve à 
deficiência de ferro. 
A porfíria constitui um conjunto de doenças, geralmente hereditárias, 
causadas por alterações que ocorrem durante o processo de formação das 
porfirinas (figura 34). As três porfirinas de importância clínica são: protoporfirina, 
uroporfirina e coproporfirina. A protoporfirina está amplamente distribuída pelo 
corpo e desempenha a função de precursor do grupo na composição da 
hemoglobina e mioglobina, bem como da catalase e dos citocromos; participam 
também do armazenamento e utilização de energia celular. 
A coproporfirina e a uroporfirina, que são precursoras da 
protoporfirina, são normalmente excretadas em pequenas quantidades pelas fezes 
e urina. Os eritrócitos contém pequena concentração de protoporfirina e 
coproporfirina. 
Os portadores de porfírias se caracterizam pela fotossensibilidade, 
dores abdominais agudas, neuropatias, excreção urinária aumentada de porfirinas e 
de seus precursores. 
As principais síndromes das porfírias são: 
• Porfíria eritropoiética – causa hereditária 
• Protoporfíria eritrocitária – causa hereditária 
• Porfíria hepática intermitente aguda (PIA) – causa hereditária 
• Porfíria hepática variegatta – causa hereditária 
• Porfíria hepática cutânea tardia – causa adquirida 
• Porfirinúria – causa decorrente de doenças malignas, infecções e 
poliomielite 
 
Os tipos, as características e a idade de manifestações clínicas e 
laboratoriais das porfírias estão resumidas nas tabelas 9 e 10. 
 66
O ferro tem igual importância que as sínteses de porfirinas e de 
globinas para compor a complexa molécula de hemoglobina. As principais situações 
que causam as deficiências de ferro e, consequentemente, de hemoglobina se 
devem a quatro condições: a) perda crônica de sangue, b) aumento de demanda, c) 
mal absorção, e d) dieta com carência de ferro. Em países subdesenvolvidos, ou 
mesmo nos bolsões de pobreza de países ou cidades desenvolvidas, a principal 
causa da deficiência de ferro é de ordem alimentar. Em países desenvolvidos ou em 
classes sociais com boas condições econômicas – que incluem moradia, 
saneamento básico e cultura – a causa mais freqüente de deficiência de ferro se 
deve à sua perda crônica, notadamente através do trato gastrointestinal e uterina. 
Entretanto é importante ressaltar que a demanda de ferro durante a infância, 
adolescência, gestação, lactação e ciclo menstrual, aumenta o risco de anemia pelo 
balanço negativo de ferro. Finalmente, uma situação rara envolve conjuntamente o 
uso de ferro na sua inserção no anel de protoporfirina, trata-se da anemia 
sideroblástica. Esta anemia é do tipo refratária, ou seja, não responde ao 
tratamento por suplementação de ferro, laboratorialmente se caracteriza pela 
presença de eritrócitos hipocrômicos e elevada concentração de ferro nos 
eritroblastos medulares, fato que originou o nome da anemia sideroblástica. A forma 
mais comum de anemia sideroblástica se deve ao defeito na síntese das porfirinas 
causada por mutação da enzima ácido-delta-aminolevulínico-sintetase (ALA-S), que 
é sintetizada no cromossomo X. Por essa razão, a ação da enzima ferroquelatase 
fica prejudicada e, consequentemente, o ferro não é inserido no anel porfirínico e o 
grupo heme não é sintetizado (consultar figura 34). 
Um resumo esquemático das principais causas que podem influenciar 
na formação da hemoglobina, especialmente devido à síntese do grupo heme está 
representada na figura 38. 
 
 
 
 
 
 
 
 67
A MOLÉCULA DA HEMOGLOBINA 
 
 
A molécula de hemoglobina é estruturalmente composta por duas 
globinas do tipo alfa e duas do tipo beta, compondo um tetrâmero com formato 
globular (figura 39). As dimensões espaciais do tetrâmero são as mesmas nas 
hemoglobinas embrionárias (Gower-1, Gower-2 e Portland), e nas hemoglobinas 
Fetal, A e A2, com diâmetro de aproximadamente 5,5nm configurando-lhes um 
modelo globular e discretamente achatado. O peso molecular das hemoglobinas 
humanas é próximo de 64.500 daltons, com pequenas variações entre os diferentes 
tipos. Todas as moléculas de hemoglobinas das fases embrionária, fetal e pós-
nascimento tem 574 aminoácidos, dos quais 282 estão na composição das duas 
globinas tipo alfa (141 aminoácidos por globina tipo alfa) e 292 na composição das 
duas globinas tipo beta (146 aminoácidos por globina tipo beta). Os graus de 
semelhanças estruturais, calculado com base na similaridade da composição de 
aminoácidos entre os tipos de globina são variáveis com maior identidade entre as 
globinas beta e delta (96% de semelhança), seguida da beta e gama (71%), e com 
menores similitudes entre alfa e beta (42%), e alfa e gama (39%). Essa identidade 
química é possível ser explicada por meio da suposição genética sobre a origem e 
evolução da hemoglobina, apresentada no início desse capítulo. 
A estabilidade das moléculas de hemoglobinas, quer sejam 
embrionárias, Fetal, A ou A2, é dependente do arranjo estrutural que ocorre entre a 
composição das globinas do tipo alfa com as do tipo beta. As estruturas 
tridimensionais desses dois grupos de globinas são muito parecidas, apesar de 
suas seqüências de aminoácidos serem diferentes, conforme apresentado acima. A 
conformação globular da molécula de hemoglobina se deve à extensa disposição 
helicoidal dos polipeptídeos que compõe as globinas dos tipos alfa e beta (figura 
39), que representa 75% do total da sua estrutura. Os trabalhos realizados por 
Perutz e Kendrew em 1959 utilizando o método de cristalografia de proteínas por 
meio da difração de raio-X, mostraram algumas particularidades físico-químicas da 
molécula de hemoglobina definitiva ou adulta (Hb A). A Hb A possui um rearranjo 
tetraédrico devido a conformação pareada de duas globinas alfa (α2) e duas beta 
(β2). Essa disposição tetramérica α2 β2 somente é possível devido às ligações físico-
 68
químicas de diferentes intensidades que possibilitam a movimentação da moléculadurante a oxigenação. Para tornar mais fácil o entendimento dessas ligações e das 
suas relações com a fisiologia da hemoglobina, denominou-se o tetrâmero químico 
α2 β2 em α1 α2 / β1 β2 (figura 40), devido aos contatos intermoleculares que ocorrem 
entre globinas alfa e beta. 
Pela disposição do tetrâmero da hemoglobina (figuras 39 e 40) 
observa-se que as globinas alfa e beta se situam diagonalmente, de tal forma que 
os contatos entre os aminoácidos da globina α1 com a globina β2 (α1 β2) são iguais 
aos que ocorrem entre as globinas α2 β1. Da mesma forma os contatos 
intermoleculares entre α1 β1 são iguais aos α2 β2. Os contatos entre as globinas α1 
β2 e α2 β1 envolvem um total de 38 aminoácidos (6,6% do total de aminoácidos da 
molécula). Esses contatos α1β2 e α2 β1, que se dispõe horizontalmente no modelo 
molecular da figura 40, promovem movimentos de deslizamento das globinas alfa e 
beta, fato que facilita a oxigenação dos quatro grupos heme da molécula. Os 
contatos intermoleculares entre as globinas α1 β1 e α2 β2 são mais extensos pois 
participam 68 aminoácidos (11,8% do total de aminoácidos da molécula) que se 
dispõe verticalmente no modelo molecular da figura 40. Esses contatos α1 β1 e α2 β2 
são os que mantém a integridade físico-química do tetrâmero, dando-lhe 
estabilidade molecular. Os contatos α1 α2 ocorrem somente na forma desoxigenada 
da hemoglobina, e tem influência na interação entre os grupos heme, no efeito Bohr 
e no transporte de CO2. Os contatos β1 β2 ocorrem nas formas oxi e desoxigenadas, 
e são responsáveis pela acomodação da molécula de 2,3 difosfoglicerato (2,3 
DPG) durante a desoxigenação da hemoglobina. 
Os estudos seqüentes sobre a configuração estrutural da molécula de 
hemoglobina demonstraram que as globinas dos tipos alfa e beta tem duas regiões 
específicas, a interna e a externa. As regiões internas, são compostas por 
aminoácidos não-polares e hidrofóbicos localizados em 75% da molécula, incluindo 
os helicóides e o grupo de aminoácidos que envolve o grupo heme. As regiões 
externas são bem menos extensas pois compreendem apenas em 25% do 
conteúdo molecular, e são formadas por aminoácidos polares e hidrofílicos que se 
dispõe nas partes não helicoidais da molécula, fazendo contato com a água. A 
tabela 11 mostra os aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos. 
 69
 
CROMOSSOMO 16 – GENES DO TIPO ALFA 
 
 40.000 bases nitrogenadas 
 5' 3' 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CROMOSSOMO 11 – GENES DO TIPO BETA 
 
 60.000 bases nitrogenadas 
 5' 3' 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 32 – Esquema representativo do agrupamento de genes de globinas do 
tipo alfa (cromossomo 16) e tipo beta (cromossomo 11), com 
destaques para a Região Controladora de Genes (RCG) e o 
tamanho de cada agrupamento caracterizado pelo número de 
bases nitrogenadas. PN: pós-nascimento. 
 
RCG ζζζζ ψψψψ ζζζζ ψψψψ αααα1 αααα2 αααα1 
Região 
Controladora 
de genes 
Embrião 
Pseudogenes 
Feto 
PN 
Feto 
PN 
RCG 
Região 
Controladora 
de genes 
Embrião Feto Feto Pseudogene PN PN 
εεεε γγγγG γγγγB ψψψψ ββββ δδδδ ββββ 
 70
 
 
Tabela 8 – Relação entre os diferentes tipos de hemoglobinas, composições 
estruturais e concentrações, com as fases de desenvolvimento 
ontogênico. 
 
 
Fase da 
ontogênese 
 
Hemoglobina 
 
Estrutura 
 
Concentração 
(%) 
 
Embrionária 
 
Gower – 1 
Portland 
Gower – 2 
 
ζ2 ε2 
ζ2 γ2 
α2 ε2 
 
20 – 40 
5 – 20 
10 – 20 
 
Fetal (*) 
 
Fetal 
 
α2 γ2 
 
90 – 100 
 
 
Pós – Nascimento 
 
A 
A2 
Fetal 
 
α2 β2 
α2 δ2 
α2 γ2 
 
96 – 98 
2 – 4 
0 – 1 
(*) Na fase fetal ocorre o início as síntese da Hb A, não excedendo 10% de 
concentração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 71
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 33 – Eletroforese de globinas obtidas de amostras de pessoa adulta e 
recém-nascido. No adulto o fracionamento de globinas alfa e beta 
se caracteriza visualmente pelo equilíbrio de suas concentrações. 
No recém-nascido, além da globina alfa há duas outras globinas, a 
γγγγA e γγγγG, que decrescem rapidamente após o nascimento. Após o 
sexto mês de vida normalmente as duas globinas gama deixam de 
ser sintetizadas para serem substituídas pela globina beta. 
 
 
 
 72
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 34 – Esquema sintético representativo do ciclo do ácido cítrico (Krebs). 
Produtos intermediários desse ciclo, assinalados em retângulos, 
participam da síntese do grupo heme. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Piruvato 
Acetil-Co A 
Citrato 
α - cetoglutamato 
Succinil – Co A 
Malato 
Oxaloacetato 
Glicose 
Fenilpiruvato 
Serina 
Glicina 
Cisteína 
Fenilalanina 
Tirosina 
Triptofatano 
Ácidos Graxos e esteróis 
Glutamina 
Prolina 
Arginina 
Glutamato 
Purinas Aspartato 
Asparagina 
Pirimidinas 
Porfirinas 
 73
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 35 – Síntese da molécula de porfirina e do grupo heme após a 
incorporação do ferro, e a relação das deficiências enzimáticas 
com doenças que causam as porfírias. 
 
 
GLICINA SUCCINIL – Co A 
ALA 
PBG 
URO I 
URO III 
COPRO 
PROTO gene 
PROTOPORFIRINA 
HEME 
ALA sintetase 
PBG desaminase 
URO III cossintetase 
URO descarboxilase 
DEFICIÊNCIAS 
ENZIMÁTICAS 
COPRO oxidase 
PROTO gene oxidase 
Ferroquelatase 
PORFÍRIA INTERMITENTE 
AGUDA 
PORFÍRIA ERITROPOIÉTICA 
(Doença de Gunther) 
PORFÍRIA CUTÂNEA 
DOENÇAS 
COPROPORFÍRIA 
PORFÍRIA VARIEGATTA 
PROTOPORFÍRIA 
ERITROPOIÉTICA 
FERRO 
 74
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 36 – O grupo heme composto pela molécula anelada de porfirina 
e o ferro em sua região central. 
 
 
 
 
 Fe 
 
 N N 
 
 N N 
 
CH 
CH2 
H 
C 
CH3 
 CH CH2 
CH 
CH3 
C 
H 
CH3 
 
 HC 
H3C 
CH2 CH2 
CH2 CH2 
COOH
 
COOH
 
 75
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 37 – Representação da estrutura molecular do grupo heme inserido na 
globina. No centro, a esfera maior representa o ferro circundado 
pelo anel de porfirina. As estruturas carbonadas mais claras 
indicam as posições dos aminoácidos hidrofóbicos que protegem 
o grupo heme da água circundante. As estruturas escuras e 
maiores são os aminoácidos hidrofílicos da superfície interna da 
globina. 
 
 76
 
 
Tabela 9 – Principais características das porfírias eritropoiéticas. 
 
 
Características 
 
PE 
 
 
PPE 
 
Herança 
 
Autossômica recessiva 
 
Autossômica dominante 
 
Idade 
Prevalência 
Fotossensibilidade 
 
0 a 5 anos 
Rara 
Elevada 
 
0 a 5 anos 
Comum 
Baixa 
 
Anemia 
 
Hemolítica 
 
– 
 
Esplenomegalia 
 
Presente 
 
– 
 
Lesão cutânea 
 
Vesiculares e 
ulcerativas 
 
Dermatoses 
 
Urina 
 
Vermelha ou rosa 
 
Normal 
 
Prognóstico 
 
Ruim 
 
Bom 
PE: Porfíria eritropoiética; PPE: Protoporfíria eritropoiética77
 
 
Tabela 10 – Principais características das porfírias hepáticas. 
 
 
 
 
PIA 
 
PV 
 
CP 
 
PC 
 
Herança 
 
Autossômica 
dominante 
 
Idem 
 
Idem 
 
 Adquirida 
 
Idade 
 
15 a 40 anos 
 
10 a 30 anos 
 
Variável 
 
Variável 
 
Prevalência 
 
Comum 
 
Rara 
 
Rara 
 
Rara 
 
Fotossenbilidade 
 
Ausente 
 
Ausência 
 
Ausência 
 
Intensa 
 
Lesão cutânea 
 
Ausente 
 
Presente 
 
Ausente 
 
Presente 
 
Dor abdominal aguda 
 
Presente 
 
Presente 
 
Presente 
 
 – 
 
Neuropatia 
 
Presente 
 
Presente 
 
Presente 
 
– 
 
Hepatopatia 
 
– 
 
 – 
 
– 
 
Presente 
 
Urina 
 
Vermelha e 
escura 
 
(*) 
 
– 
 
– 
 
Prognóstico 
 
Bom 
 
Bom 
 
Bom 
 
Variável 
(*) aumento de coproporfirina, uroporfirina e protoporfobilinogênio. 
PIA: Porfíria intermitente aguda; PV: Porfíria Variegatta; CP: Coproporfíria 
hereditária; PC: Porfíria cutânea tardia. 
 
 
 
 78
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 38 – Esquema representativo de situações que interferem na síntese 
do grupo heme. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FERRO PROTOPORFIRINA 
HEME GLOBINA 
HEMOGLOBINA 
+ 
•••• Deficiência de ferro 
•••• Perda de ferro 
 
Anemia Sideroblástica 
 79
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 39 – Modelo espacial do tetrâmero da molécula de hemoglobina 
formado por duas globinas do tipo alfa e duas do tipo beta, com o 
grupo heme inserido em cada uma das globinas. 
 
 
 
 
 
 
 80
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 40: Contatos intermoleculares entre as globinas alfa e beta. Os contatos 
αααα1 ββββ1 e αααα2 ββββ2 têm importância na estabilidade da molécula. Os 
contatos αααα1 ββββ2 e αααα2 ββββ1 atuam na movimentação da molécula 
durante a oxigenação. 
 
 
 
 
 
 
 
αααα1 
αααα2 
ββββ2 
ββββ1 
 81
 
Tabela 11: Propriedades dos vinte aminoácidos naturais da hemoglobina. 
 
 
Aminoácido 
 
Sigla 
 
Grupo R 
 
Polarização 
 
Hidrofóbico 
 
PI 
 
% em 
proteínas 
Glicina Gly Alifático NP Não 5,97 7,5 
Alanina Ala Alifático NP Sim 6,01 9,0 
Valina Val Alifático NP Sim 5,97 6,9 
Leucina Leu Alifático NP Sim 5,98 7,5 
Isoleucina Ile Alifático NP Sim 6,02 4,6 
Prolina Pro Alifático NP Não 6,48 4,6 
Fenilalanina Phe Aromático NP Sim 5,48 3,5 
Tirosina Tyr Aromático NP Não 5,66 3,5 
Triptofano Trp Aromático NP Não 5,89 1,1 
Serina Ser Neutro P Não 5,68 7,1 
Treonina Thr Neutro P Não 5,87 6,0 
Cisteína Cys Neutro P Sim 5,07 2,8 
Metionina Met Neutro P Sim 5,74 1,7 
Asparagina Asn Neutro P Não 5,41 4,4 
Glutamina Gln Neutro P Não 5,65 3,9 
Aspartato Asp Negativo P Não 2,77 5,5 
Glutamato Glu Negativo P Não 3,22 6,2 
Lisina Lys Positivo P Não 9,74 7,0 
Arginina Arg Positivo P Não 10,76 4,7 
Histidina His Positivo P Não 7,59 2,1 
NP: não polar; P: polar; pI: ponto isoelétrico; Neutro: não carregado eletricamente. 
 
 
 
 
 
 
 82
 
SÍNTESE E EQUILÍBRIO MOLECULAR 
DAS HEMOGLOBINAS NORMAIS 
 
 
Após a apresentação nesse capítulo das sínteses individualizadas das 
globinas e do grupo heme, e também da composição estrutural da molécula de 
hemoglobina, é importante destacar que todo esse processo ocorre de forma 
sincrônica e simultânea dentro de cada eritroblasto. Assim, a síntese de moléculas 
de hemoglobinas abrange a ação de genes de globinas α, β, δ e γ, de ribossomos e 
mitocôndrias, que atuam em processos de mútua dependência biológica durante a 
hemoglobinogênese que se desenvolve nos eritroblastos e reticulócitos (ver tabela 
5, capítulo 2). Como resultado desse sincronismo biológico a síntese de globinas α, 
β, δ e γ ocorre juntamente com os grupos heme que se inserem na estrutura 
terciária dessas globinas e, em seguida, se dimerizam em α2, β2, δ2, γ2, para então 
se tetramerizarem em moléculas de estrutura quaternária de α2 β2 (Hb A), α2 δ2 (Hb 
A2) e α2 γ2 (Hb Fetal). Esse processo descrito para a fase pós-nascimento e que 
será efetivado para toda a vida do indivíduo, acontece também nas fases fetal e 
embrionária. Entretanto, para o fim de expor didaticamente o equilíbrio que se 
verifica entre as globinas dimerizadas alfa e não-alfa (β, δ e γ), representaremos por 
meio de figuração hipotética a formação de hemoglobinas A, A2 e Fetal após o 
sexto mês de vida (figura 41). A importância visual do esquema que representa o 
equilíbrio entre globinas é fundamental para entender as causas e conseqüências 
das talassemias alfa e beta ocorrem por desequilíbrio de síntese entre essas duas 
globinas. Se pudéssemos "encaixotar" as globinas alfa e não-alfa seria possível 
construir modelos representativos do equilíbrio das globinas alfa e não-alfa das 
hemoglobinas normais, e também do desequilíbrio que se verificam nas talassemias 
alfa e beta (figura 42). Considerando que o volume de síntese das hemoglobinas A, 
A2 e Fetal é proporcional às suas respectivas concentrações obtidas nas dosagens 
eletroforéticas ou cromatográficas dessas frações, é também possível supor que em 
condições normais essas três hemoglobinas compartilham do mesmo espaço – 
obviamente com concentrações diferentes – dentro de um mesmo eritrócito. 
Considera-se portanto hemoglobinas normais as três frações identificadas em 
 83
eletroforeses alcalina de hemoglobina em pessoas com idade superior a 6 meses 
ou por métodos cromatográficos, com as seguintes concentrações: 
Hb A: 96 a 98% 
Hb A2: 2 a 4% 
Hb Fetal: 0 a 1% 
 
 
 
HEMOGLOBINAS GLICOSILADAS 
 
Após o nascimento, observa-se que além das hemoglobinas A, A2 e 
Fetal, surgem outros cinco tipos de moléculas que constituem o grupo das 
hemoglobinas glicosiladas: Hb A1a-1, Hb A1a-2, Hb A1b, Hb A1c e Hb A1d. O conjunto 
dessas hemoglobinas que eletroforeticamente se posicionam um pouco à frente da 
Hb A, sem que ocorra um fracionamento visível (figura 43), representa 5 a 8% da 
concentração da Hb A. Todas essas hemoglobinas são derivadas da Hb A por 
terem hexoses ligadas à região N-terminal do primeiro aminoácido da globina beta – 
a valina. A glicolização ocorre por um processo lento com intermediação enzimática 
durante a hemoglobinogênese. Assim, as hexoses permanecem ligadas à Hb A por 
todo o tempo de vida do eritrócito, que é de 120 dias, em média. A Hb A1c por 
apresentar maior concentração entre as hemoglobinas glicosiladas, atua como 
sensível marcadora biológica da glicose sangüínea. A tabela 12 relaciona, suas 
concentrações e os produtos específicos de glicolização. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 84
 
 Cromossomo 16 Cromossomo 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 41 – Esquematização hipotética da formação equilibrada entre globinas 
alfa e não-alfa (ββββ, δδδδ e γγγγ) após o sexto mês de vida. 
 
Mitocôndria 
αααα2 αααα1 γγγγ δδδδ ββββ 
Globinas αααα (100%) Globinas ββββ (96 – 98%) 
Globinas δδδδ ( 2 – 4%) 
Globinas γγγγ (0 – 1%) 
 αααα2 αααα2 αααα2 αααα2 αααα2 ββββ2 ββββ2 ββββ2 δδδδ2 γγγγ2 
Dímeros de globinas αααα Dímeros de globinas ββββ, δδδδ, γγγγ 
 αααα2 ββββ2 αααα2 ββββ2 αααα2 ββββ2 
 αααα2 δδδδ2 αααα2 γγγγ2 
Grupos heme 
 85
 
 
 
 →→→→ αααα2 γγγγ2 : Hb Fetal (0 – 1%) 
 
 →→→→ αααα2 δδδδ2 : Hb A2 (2 – 4%) 
 
 
 →→→→ αααα2 ββββ2 : Hb A (96 – 98%)Equilíbrio entre Globinas nas Hemoglobinas Normais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Talassemia Alfa Talassemia Beta 
 
 
 
 
Figura 42 – Esquematização do equilíbrio entre globinas na formação de 
hemoglobinas normais, e dos desequilíbrios na talassemia alfa 
(diminuição da síntese de globina αααα) e na talassemia beta 
(diminuição da síntese de globina ββββ). 
 
 
 
αααα 
αααα 
αααα 
ββββ 
δδδδ 
γγγγ 
 αααα 
αααα 
αααα 
ββββ 
δδδδ 
γγγγ 
δδδδ 
γγγγ 
 αααα 
αααα 
αααα 
ββββ 
 86
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 43 – Eletroforese de hemoglobinas em acetato de celulose, tampão 
alcalino (TEB pH 8,6). Nas três amostras observam-se à frente da 
Hb A as frações difusas com as hemoglobinas glicosiladas. A 
amostra 1 é de paciente com talassemia beta menor (Hb A2 
aumentada) e as amostras 2 e 3 são normais. 
 
 
 
1 2 3 
Anidrase carbônica 
A2 
A 
Grupo de Hb Glicosiladas 
 87
Tabela 12 – Subtipos de HbA1 relacionados com suas concentrações e 
glicolização. 
 
 
Subtipo 
 
Concentração 
(%) 
 
Glicolização 
 
A1a – 1 
 
0,2 
 
Hexose – difosfato 
Frutose – difosfato 
Glicose, manose e galactose 
difosfato 
 
A1a – 2 
 
0,2 
 
Hexose – monofosfato 
Glicose – 6 – fosfato 
Glicose, manose e galactose 
monofosfato 
 
A1b 
 
0,5 
 
Hexose não – fosforilada 
Glicose, manose, galactose 
 
A1c 
 
4 – 6 
 
1 – deoxi – beta – D – frutose 
 
A1d 
 
0,4 
 
Beta – D – glicopiranosil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 88
FISIOLOGIA DA OXIGENAÇÃO DA HEMOGLOBINA 
 
 
O sangue do ser humano transporta diariamente o equivalente a 600 
litros de oxigênio dos pulmões aos tecidos, mas pouco deste oxigênio é 
transportado no plasma sangüíneo porque ele é muito solúvel em soluções 
aquosas. Quase todo o oxigênio transportado pelo sangue está ligado à 
hemoglobina. Os eritrócitos ao passarem pelos pulmões tem suas moléculas de 
hemoglobinas saturadas em 96% de oxigênio (oxiemoglobina do sangue arterial) 
que serão gradualmente liberados para os tecidos. No sangue venoso que retorna 
ao coração a hemoglobina está apenas 64% saturada de oxigênio. Assim, o 
sangue que passa através dos tecidos libera perto de um terço do oxigênio que 
transporta. 
As propriedades especiais da molécula de hemoglobina que a 
transforma em um transportador tão eficiente podem ser entendidas pela 
comparação das curvas de ligação do oxigênio, ou curvas de saturação do O2 da 
hemoglobina e mioglobina (figura 44). Estas curvas mostram os graus de saturação 
de oxigênio quando mioglobina e hemoglobina estão no sangue venoso e arterial. A 
mioglobina tem maior afinidade pelo oxigênio que a hemoglobina. Ela está quase 
100% saturada em pressões parciais de oxigênio medida em milímetros de 
mercúrio (pO2 / mm Hg) quando o pO2 é de 15 mmHg ou 1,5 kPa, enquanto a 
hemoglobina requer pO2 de 35 mmHg ou 3,5 kPa para obter 50% de saturação. 
Quando o hemoglobina se oxigeniza no sangue arterial seu grau de saturação é de 
95%, e à medida que começa a distribuição do oxigênio para as células teciduais o 
faz de forma lenta até passar ao sangue venoso. No sangue venoso o 
desprendimento do oxigênio é muito rápido e eficiente, fato que faz com que a 
saturação de oxigênio de 75% em pO2 de 50 mmHg (do músculo em repouso) 
diminui rapidamente para menos de 10% de saturação em pO2 de 15 mmHg, numa 
curva tipo sigmóide. Assim, 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 para as células teciduais. Esse 
fato indica que a mioglobina tem alta afinidade pelo oxigênio em comparação com a 
hemoglobina. Conforme mostra a figura 44, o gráfico da curva de saturação da 
 89
mioglobina pelo oxigênio é do tipo hiperbólica simples, fato de corrente da ação de 
massa do oxigênio no equilíbrio mioglobina + O2 Oxi Mb. Em contraste, a 
afinidade da hemoglobina diminui rapidamente à medida que se transforma de 
oxiHb → desoxiHb, fato que caracteriza a curva sigmóide que se acentua no 
sangue venoso. O formato sigmóide tem uma explicação físico-química da 
afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. A figura 45 representa cada uma das 
quatro subunidades de globinas (duas alfa ou α2 e duas beta ou β2) se ligando 
independentemente com a molécula de oxigênio (O2). Assim, o processo fisiológico 
da oxigenação da hemoglobina ocorre em quatro estágios seqüentes. No primeiro 
estágio, a molécula está desoxigenada e a molécula de 2,3 – difosfoglicerato (2,3-
DPG) está inserida entre as duas subunidades de globina beta; no estágio seguinte, 
inicia-se a oxigenação dos grupos heme das duas globinas alfa, primeiro um e 
depois o outro; o terceiro estágio se caracteriza pelo ajustamento da conformação 
tetramérica provocado pelo processo de oxigenação que, ao se completar nos 
grupos heme das globinas alfa, começa a abranger as globinas beta. O movimento 
de adaptação a esse processo é provocado pela aproximação entre as globinas 
beta e a desacomodação do 2,3 DPG, que é expelido para fora. Finalmente, o 
último estágio se deve pela oxigenação dos grupos heme das globinas beta, 
inicialmente uma e depois a outra, completando a oxigenação da molécula de 
hemoglobina. 
A oxigenação da molécula de hemoglobina também depende do pH e 
da concentração de CO2; o aumento de CO2 induz a liberação de oxigênio pela 
hemoglobina, cujo processo é conhecido por efeito Bohr. Esse desempenho 
bioquímico se deve quando a curva de dissociação de oxigênio (curva sigmóide) 
em pO2 de 50 mmHg (ou P50) é afetada pelo metabolismo tecidual e pH sangüíneo. 
Quando o metabolismo tecidual está aumentado são liberados produtos ácidos 
capazes de causar a queda de pH (acidose) e assim a curva sigmóide é mudada à 
direita, permitindo maior liberação de oxigênio para os tecidos. Por outro lado, 
quando há elevação do pH sangüíneo (alcalose) a curva sigmóide se move para a 
esquerda, diminuindo a liberação de oxigênio para os tecidos. 
A curva de dissociação de oxigênio também varia em situações 
específicas: 
 90
a) O 2,3-DPG, encontrado em grande quantidade nos eritrócitos e em pequenas 
quantidades nos tecidos, desvia a curva para a direita, diminuindo a afinidade da 
hemoglobina pelo oxigênio; 
b) A afinidade da molécula isolada de Hb S pelo oxigênio é a mesma que a da Hb 
A, porém os eritrócitos falciformes contém mais 2,3-DPG do que os normais e, 
consequentemente, diminuem sua afinidade ao oxigênio. 
c) A Hb Fetal tem maior afinidade pelo oxigênio do que a Hb A, provavelmente 
devido ao fato do 2,3-DPG não se ligar às globinas gama; 
d) A Hb H, constituída por quatro globinas beta, tem afinidade pelo oxigênio 12 
vezes maior que a Hb A; 
e) Há várias hemoglobinas variantes que apresentam afinidade aumentada pelo 
oxigênio – Hb Bethesda, Hb Luton, entre outras – e Hb variantes que 
apresentam baixa afinidade pelo oxigênio, como é o caso da Hb Kansas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 91
 
 
 
 
 
 A 
 
 
 
 
 
B C 
 
 
 
 
 
D E 
 
 
 
 
Figura 45: Seqüência dos estágios da oxigenação. A) molécula de 
hemoglobina (Hb A) desoxigenada; B) início da oxigenação, com a 
fixação de uma molécula de O2 para uma subunidade de globina 
alfa; C) a outra globina alfa se oxigena; D) quando o O2 é fixado por 
uma subunidade de globina beta inicia-se o deslocamento da 
molécula de 2,3 DPG; E) a fixação do O2 por outra globina beta, 
expulsa o 2,3 DPG da moléculade hemoglobina, que se torna 
totalmente oxigenada. 
 
O2 
O2 
O2 
O2 
O2 
O2 
O2 O2 
O2 
O2 
2,3 
DPG 2,3 DPG 
2,3 
DPG 
2,3 
DPG 
2,3 
DPG 
 92
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 44: Curvas de saturação da mioglobina (Mb) e hemoglobina (Hb) pelo 
oxigênio. A mioglobina tem uma afinidade muito maior pelo 
oxigênio que a hemoglobina. Ela está 50% saturada em pressões 
parciais de oxigênio (pO2) de apenas 0,15 a 0,30kPa, enquanto a 
hemoglobina requer uma pO2 de 3,5kPa para uma saturação de 
50%. Note que embora as duas, hemoglobina e mioglobina, estejam 
mais que 95% saturadas na pO2 do sangue arterial que deixa os 
pulmões (~13kPa), a hemoglobina está apenas cerca de 75% 
saturada no músculo em repouso, onde a pO2 é cerca de 5kPa e 
apenas 10% saturada no músculo em trabalho, onde a pO2 é 
apenas 1,5kPa. Assim, a hemoglobina pode liberar o seu oxigênio 
de forma muito eficiente no músculo e em outros tecidos 
periféricos. A mioglobina, por outro lado, ainda está perto de 80% 
saturada em uma pO2de 1,5kPa e, portanto, descarrega muito 
pouco oxigênio, mesmo em situações de pO2 muito baixas. 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. 
Músculo em 
repouso 
Músculo em 
trabalho 
0 1 5 10 13 pO2 (kPa) 
pO2 do 
sangue 
venoso 
50 
100 
 
Saturação 
com O2 
(%) 
Mb Hb 
0 10 50 100 130 pO2 (mmHg)