Aula 6 Transporte de O2 (1)

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Aline Machado de Oliveira
aline.maachadoo@gmail.com – aline.oliveira@bioqmed.ufrj.br
Professor: Cláudio Akio Masuda
cmasuda@bioqmed.ufrj.br
Bioquímica A – Bloco I
Enfermagem
Aula VI
Transporte de oxigênio
 O2 e CO2
Mioglobina e hemoglobina
 Transporte de oxigênio de O2 e CO2.
Grupo prostético 
BPG – Bisfosfoglicerato
Afinidade pelo O2
P50
Transporte de oxigênio
Oxigênio e Dióxido de carbono
Molécula de oxigênio
Elemento mais abundante na superfície terrestre
Participa na conversão de nutrientes em energia intracelular (ATP)
C
O
O
Molécula de dióxido de carbono
Subproduto da respiração celular, logo, temos a liberação constante dessa molécula pelas células.
A liberação ocorre na expiração.
A captura ocorre na inspiração.
Oxigênio e Dióxido de carbono
Molécula de oxigênio
Elemento mais abundante na superfície terrestre
Participa na conversão de nutrientes em energia intracelular (ATP)
A liberação ocorre na expiração.
A captura ocorre na inspiração.
TROCA GASOSA
C
O
O
Molécula de dióxido de carbono
Subproduto da respiração celular, logo, temos a liberação constante dessa molécula pelas células.
Oxigênio e Dióxido de carbono
Molécula de oxigênio
Tecidos
Alvéolos Pulmonares
O2 
CO2 
C
O
O
Molécula de dióxido de carbono
Oxigênio e Dióxido de carbono
Molécula de oxigênio
 COMO SÃO TRANSPORTADAS PELO SANGUE?
C
O
O
Molécula de dióxido de carbono
MOLÉCULAS APOLARES!
Mioglobina e Hemoglobina
MIOGLOBINA
Encontrada no citoplasma das células musculares, facilita a difusão do oxigênio no músculo.
HEMOGLOBINA
Localizadas no citosol dos eritrócitos, são responsáveis pelo transporte de oxigênio no sangue.
Mioglobina
Consiste em um único polipeptídeo de 153 resíduos de aminoácidos com uma molécula de heme – Estrutura terciária
Responsável pelo transporte, armazenamento de difusão do O2 nas células musculares.
Curiosidade 
O liquido vermelho que escorre de uma carne mal passada não é sangue. 
É proteína (mioglobina) misturada com água. 
Hemoglobina
Tetramérica (2 subunidades β e 2 subunidades α)
 Capaz de transportar até 4 moléculas de O2
São localizadas nos eritrócitos (hemácias)
Responsável pelo transporte de O2 pelo sangue. Constituída por uma estrutura quaternária.
Eritrócitos 
Perdem suas organelas intracelulares – núcleo, mitocôndrias e retículo endoplasmático durante o processo de maturação
Os eritrócitos são, portanto, células vestigiais, incompletas, incapazes de se reproduzir e, nos humanos, destinadas a viver por somente 120 dias
Sua principal função é carregar hemoglobina dissolvida no citosol em concentração muito alta (34% do seu peso total)
.
Como a mioglobina e hemoglobina transportam O2?
Nenhuma cadeia lateral dos aminoácidos das proteínas é adaptada para a ligação reversível de moléculas de oxigênio
Como a mioglobina e hemoglobina transportam O2?
Sítio de ligação do O2
Nenhuma cadeia lateral dos aminoácidos das proteínas é adaptada para a ligação reversível de moléculas de oxigênio
Heme é um grupamento de origem não-proteica presente na mioglobina e hemoglobina capaz de se ligar reversivelmente ao O2 – Grupo prostético
.
Grupo Heme
Estrutura complexa em forma de anel classificada como uma protoporfirina, com um ferro ferroso (Fe2+) no centro da molécula.
Grupo Heme
Sítio de ligação do O2
Estrutura complexa em forma de anel classificada como uma protoporfirina, com um ferro ferroso (Fe2+) no centro da molécula.
Ferro
Metais como Ferro que são ótimos transportadores de O2 
O Fe2+ é capaz de interagir com o O2 de forma reversível
Se o Ferro é um ótimo transportador de oxigênio por que ele não transporta o oxigênio sozinho?
Ferro
Metais como Ferro que são ótimos transportadores de O2 
O Fe2+ é capaz de interagir com o O2 de forma reversível
Ferro
Entretanto, nessa reação o Fe2+ torna-se Fe3+ , e perde a capacidade de interação com O2. Além disso, a reação do Fe2+ livre com H2O2 gera radicais livres prejudiciais aos componentes celulares.
Fe2+ 
H2O2
Fe3+ + OH- + OH 
Reação de fenton
Metais como Ferro que são ótimos transportadores de O2 
O Fe2+ também é capaz de ser oxidado. 
Ferro
Entretanto, nessa reação o Fe2+ torna-se Fe3+ , e perde a capacidade de interação com O2. Além disso, a reação do Fe2+ livre com H2O2 gera radicais livres prejudiciais aos componentes celulares.
Fe2+ 
H2O2
Fe3+ + OH- + OH 
Reação de fenton
Solução?
O Fe2+ também é capaz de ser oxidado. 
Metais como Ferro que são ótimos transportadores de O2 
A importância do Ferro + Grupo Heme
A ligação do ferro ao grupo heme diminui a transformação do Ferro ferroso (Fe2+) em férrico (Fe3+), e permite a ligação reversível do O2 ao Fe.
E por que não usar heme livre para o transporte de oxigênio?
Porção hidrofílica
Porção hidrofóbica
ANFIPÁTICA
E por que não usar heme livre para o transporte de oxigênio?
Porção hidrofílica
Porção hidrofóbica
Ação detergente nas membranas celulares.
RESULTARIA EM EFEITO HIDROFÓBICO
Importância do resíduo de histidina
O heme liga-se covalentemente a um resíduo de Histidina na molécula de Hemoglobina.
Importância do resíduo de histidina
Resíduo de histidina proximal ligado covalentemente
O heme liga-se covalentemente a um resíduo de Histidina na molécula de Hemoglobina.
Importância do resíduo de histidina
??????
O heme liga-se covalentemente a um resíduo de Histidina na molécula de Hemoglobina.
Importância do resíduo de histidina
A afinidade do heme pelo CO cai de 20.000 para 200 vezes quando encontra-se ligado à hemoglobina.
O Heme livre tem uma afinidade 20.000 vezes maior pelo CO do que pelo O2
Importância do resíduo de histidina
Ligação de hidrogênio
Efeito estérico: 
A presença da Histidina distal impede a ligação do CO com o Fe num ângulo reto.
Intoxicação por CO
Em circunstâncias onde a concentração de CO é mais alta que a de O2 pode ocorrer a ligação do CO com o Fe.
Intoxicação por CO
Em circunstâncias onde a concentração de CO é mais alta que a de O2 pode ocorrer a ligação do CO com o Fe.
A Hemoglobina é uma proteína alostérica
A ligação de um O2 numa das subunidades leva a uma mudança conformacional que aumenta a afinidade das outras subunidades pelo O2 – Ligação cooperativa
Estado de baixa afinidade
Estado de alta afinidade
Ligação cooperativa
A ligação de oxigênio à hemoglobina estimula a ligação de mais oxigênio à mesma molécula.
A Hemoglobina é uma proteína alostérica
Deoxihemoglobina
Sem O2
ESTADO DE MENOR AFINIDADE
A ligação de um O2 numa das subunidades leva a uma mudança conformacional que aumenta a afinidade das outras subunidades pelo O2 – Ligação cooperativa
.
A Hemoglobina é uma proteína alostérica
Oxihemoglobina
Ligada ao O2
ESTADO DE MAIOR AFINIDADE
A ligação de um O2 numa das subunidades leva a uma mudança conformacional que aumenta a afinidade das outras subunidades pelo O2 – Ligação cooperativa
.
Hemoglobina e afinidade ao O2
 A
C
B
Hemoglobina e afinidade ao O2
 A
C
B
P50A = 0,1
P50C = 13,0
P50B = 3,5
50%
Hemoglobina e afinidade ao O2
 A
C
B
Hemoglobina e afinidade ao O2
 A
C
B
TRANSPORTE DE O2
Capacidade de capturar o O2 nos pulmões e libera-lo nos tecidos.
Hemoglobina e afinidade ao O2
Hb, Mb e afinidade ao O2 
Saturação
Pressão de O2 mmHg
Hb, Mb e afinidade ao O2 
Saturação
Pressão de O2 mmHg
Hb, Mb e afinidade ao O2 
Saturação
Pressão de O2 mmHg
Ligação cooperativa
Hb, Mb e afinidade ao O2 
Saturação
Pressão de O2 mmHg
Mioglobina precisa ter maior afinidade pois precisa capturar o O2 da hemoglobina (sua fonte de O2)
Transporte de CO2
CO2 (d) + H2O 
H2CO3
H + + HCO3-
CO2(g)
O CO2 produzido no metabolismo celular deve ser transportado até os pulmões onde será liberado.
 O CO2 também é transportado pela hemoglobina e esse transporte é influenciado pelo pH e pela pCO2.Anidrase carbônica
Transporte de CO2
CO2 (d) + H2O 
H2CO3
H + + HCO3-
CO2(g)
Anidrase carbônica
Transporte de CO2
Esta ligação diminui a afinidade da Hemoglobina pelo O2
O CO2 não se liga ao Heme!
O CO2 liga-se aos grupamentos amino-terminais das subunidades da hemoglobina.
O pH altera a estrutura da Hemoglobina
B + H+ BH+
His + H+ HisH+
Essa ligação também diminui a sua afinidade pelo O2
A hemoglobina também se liga a H+ produzidos no metabolismo
O pH altera a estrutura da Hemoglobina
B + H+ BH+
His + H+ HisH+
Essa ligação também diminui a sua afinidade pelo O2
A hemoglobina também se liga a H+ produzidos no metabolismo
Estado de baixa afinidade
Estado de alta afinidade
Efeito Bohr
Essa tendência facilita a liberação de oxigênio da hemoglobina para os tecidos e aumenta a concentração de oxigênio na troca gasosa
Tendência do oxigênio de deixar a corrente sanguínea quando a concentração de dióxido de carbono aumenta. 
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
HbO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
HbO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
HbO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
HbO2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
HbO2
afinidade
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
pH
pCO2
pO2
afinidade
Hb
HbO2
HbO2
afinidade
Hb
O2
A troca gasosa depende do pH
PULMÃO
TECIDOS
pH
pCO2
pO2
Hb
HbO2
afinidade
pH
pCO2
pO2
Hb
HbO2
O2
afinidade
BPG - Bisfosfoglicerato
Bifosfoglicerato mutase
2,3 bifosfoglicerato fosfatase
Pi
Desvio da via glicolítica
Em grandes altitudes, a concentração de BPG aumenta, fazendo com que a afinidade da hemoglobina pelo O2 diminua, facilitando a liberação deste nos tecidos
A ligação do BPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2
BPG - Bisfosfoglicerato
O sítio de ligação do BPG na hemoglobina é a cavidade entre as subunidades  no estado T . 
Essa cavidade é revestida por resíduos de aminoácidos com cargas positivas que interagem com os grupos do BPG carregados negativamente.
A ligação do BPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2
BPG - Bisfosfoglicerato
A ligação do BPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2
Adaptações a grandes altitudes
RESPOSTA RÁPIDA
Altitude - Diminuição da pressão atmosférica 
Aumento da concentração de BPG
BPG diminui a afinidade por O2
Adaptações a grandes altitudes
RESPOSTA RÁPIDA
Altitude - Diminuição da pressão atmosférica 
Aumento da concentração de BPG
BPG diminui a afinidade por O2
PROBLEMA???????
Adaptações a grandes altitudes
RESPOSTA RÁPIDA
Altitude - Diminuição da pressão atmosférica 
Aumento da concentração de BPG
BPG diminui a afinidade por O2
NÃO, SOLUÇÃO!
Em grandes altitudes, a concentração de BPG aumenta, fazendo com que a afinidade da hemoglobina pelo O2 diminua, facilitando a liberação deste nos tecidos.
Adaptações a grandes altitudes
RESPOSTA LENTA
Hipóxia
Hipóxia estimula a produção de eritropoietina pelos rins. 
Esta irá agir na medula óssea de modo a estimular a sobrevivência, proliferação e diferenciação dos progenitores eritrocitários. 
Tipos de hemoglobina
Síntese da hemoglobina
Hematopoiese: medula óssea
Recém-nascido: HbF (2 2 ): 70-90%
	 HbA (2 2): 0-10%
Após 6 meses de vida: hemoglobinas do adulto
		HbA (2 2): 95%
 	 	HbA2 (2 2): 2-3%
	 	HbF (2 2 ): até 1%
Épsilon e ksi
72
Hemoglobina fetal
A hemoglobina fetal tem menor afinidade pelo BPG e, portanto, maior afinidade pelo O2. (Resíduo de serina – sem carga)
A hemoglobina fetal tem maior afinidade pelo oxigênio pois há uma substituição das cadeias β por cadeias γ.
Hemoglobinopatias
 Anemia falciforme (SS)
 Hemoglobinopatia SC
 S /  talassemia
 Hemoglobinopatia SD
 Traço falcêmico (AS)
G
R
A
V
I
D
A
D
E
 Hemoglobinas anormais - Alteração estrutural no gene.
Hb A (Cadeia b) - Val - His - Leu - Thr - Pro - Glu - Glu – Lys
Hb S (Cadeia b) - Val - His - Leu - Thr - Pro - Val - Glu – Lys
Hb C (Cadeia b) - Val - His - Leu - Thr - Pro - Lys - Glu - Lys
Anemia falciforme
Nessa anemia o glutamato 6 das cadeias β é substituído por uma valina, um aminoácido com cadeia lateral apolar.
Anemia falciforme
A hemoglobina de células falciformes (HbS) desoxigenada tem baixa solubilidade, formando agregados que deformam a célula
Anemia falciforme
Hemácias normais
Hemácias falciformes
A hemoglobina de células falciformes (HbS) desoxigenada tem baixa solubilidade, formando agregados que deformam a célula
Anemia falciforme X Malária
Distribuição da Anemia Falciforme
Distribuição da Malaria
Anemia falciforme X Malária
Plasmódios aumentam a acidez da hemácia (diminui o pH)
Efeito Bohr – favorece a formação de desoxiemoglobina
Aumenta a probabilidade de adoção da forma de foice pelas Hbs
Remoção das hemácias danificadas pelo baço. Consequente eliminação do parasito no estágio inicial da infecção.
VANTAGEM ADAPTATIVA
Anemia falciforme X Malária
Traço falcêmico
Anemia falciforme
Normal
BPG
BPG
Precisamos falar de P50
BPG
BPG
P50 = 25
CURVA NORMAL DA DISSOCIAÇÃO DE OXIHEMOGLOBINA
PONTO DE REFERÊNCIA!
Precisamos falar de P50
BPG
BPG
P50 = 34
MAIOR P50
MENOR AFINIDADE AO O2
Precisamos falar de P50
BPG
BPG
P50 = 20
MENOR P50
MAIOR AFINIDADE AO O2
Precisamos falar de P50