6 - BIOQUIMICA- AULA6- HEMOGLOBINA E SUAS PROPRIEDADES BIOLÓGICAS

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HEMOGLOBINA E SUAS 
PROPRIEDADES BIOLÓGICAS
Nosso metabolismo energético depende 
ativamente do recebimento contínuo de 
oxigênio, usado na oxidação de nutrientes, e 
da remoção constante do CO2. O transporte de 
oxigênio dos pulmões aos tecidos é efetuado 
pela hemoglobina presente nas hemácias. 
A hemoglobina corresponde a 1/3 do peso das 
hemácias e predominantemente é formada 
por quatro cadeias polipeptídicas, duas alfas 
(com 141 aminoácidos) e duas betas (com 146 
aminoácidos).
Essa proteína apresenta a maior extensão da 
cadeia formada por segmentos em alfa-hélice, 
conectadas por regiões sem estrutura regular. 
As hélices recebem letras e os seus aminoácidos 
constituintes números. 
Na estrutura quaternária da hemoglobina 
as ligações não covalentes são muito mais 
numerosas entre as subunidades diferentes do 
que entre as iguais. O resultado dessa associação 
desigual é uma molécula tetramérica composta 
pela união de dois dímeros alfa1/beta1 e alfa2/
beta2. Essas interfaces sofrem modificações 
importantes na oxigenação e desoxigenação da 
hemoglobina.
A hemoglobina é uma hemeproteína. Cada 
subunidade está associada a um grupo prostético 
heme.
O grupo heme é conhecido como Fe-Protoporfirina 
IX. Essa estrutura molécula apresenta uma 
molécula de porfirina contendo um íon de ferro, 
que na mioglobina e na hemoglobina permanece 
no estado ferroso, Fe2+ . É o heme que confere à 
hemoglobina e ao sangue sua cor característica. 
Estrutura quaternária da hemoglobina
O grupo heme se localiza dentro de uma 
cavidade hidrofóbica, delimitada principalmente 
por aminoácidos apolares, que estabelece 
interações hidrofóbicas com o anel porfirínico. 
Esse ambiente apolar é que torna possível a 
ligação do oxigênio ao ferro Fe2+ evitando que 
ele seja oxidado ao estado férrico.
O íon de ferro fica no centro do grupo heme, 
formando ligações com os quatro nitrogênios 
do anel porfirínico, com a cadeia polipeptídica 
O grupo heme
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através de um resíduo de histidina (His F8 
conhecida como histidina proximal) e ainda 
pode-se ligar reversivelmente à molécula de 
oxigênio. 
Uma molécula de hemoglobina totalmente 
oxigenada é denominada oxihemoglobina e o 
contrário desoxihemoglobina.
Quando o oxigênio se liga ao heme, o ferro se 
desloca para o mesmo plano do anel porfirínico 
e arrasta o resíduo de histidina com ele. 
Consequentemente uma sequência de eventos 
ocorre alterando a estrutura quaternária da 
hemoglobina. São esses movimentos em 
série provocados pela ligação do oxigênio à 
molécula de heme que determinam a cinética de 
oxigenação da hemoglobina. 
Por exemplo, a primeira ligação do oxigênio 
facilita o preenchimento dos outros grupos 
heme. As sucessivas conformações assumidas 
pela molécula de hemoglobina têm afinidade 
crescente pelo oxigênio.
Então quando mais o oxigênio se liga aos grupos 
heme mais eficiente é a ligação entre o oxigênio 
e a molécula. A ligação da quarta molécula é 
300 vezes mais eficiente do que a primeira. Esse 
fenômeno dá-se o nome de cooperatividade. 
No caso da mioglobina, formada por uma única 
cadeia polipeptídica e uma único grupo heme 
esse fenômeno não ocorre.
Podemos observar a diferença entre a mioglobina 
e a hemoglobina na cinética de oxigenação 
dessas proteínas. Essa cinética sofre influência 
da pressão parcial de oxigênio (pO2). A curva 
da hemoglobina é sigmoide pois indica que 
essa proteína altera sua forma e nesse caso sua 
afinidade pela molécula de oxigênio conforme 
as ligações com esse gás ocorrem. A mioglobina 
apresenta uma curva hiperbólica. 
A cooperatividade exibida pela hemoglobina 
proporciona uma resposta mais sensível 
a variações na concentração de oxigênio, 
adequando-se com perfeição, a sua função de 
transportar o gás. 
No sangue arterial que sai dos pulmões a pO2 
é alta em torno de 100 mmHg e a hemoglobina 
fica com 98% do oxigênio. Nos tecidos 
extrapulmonares onde a pO2 é baixa ela libera 
grande parte do oxigênio. Por exemplo nos 
capilares que irrigam um músculo em atividade 
a pO2 é cerca de 20 mmHg e a saturação da 
hemoglobina cai para 33%, ou seja, ela libera 
65% do oxigênio.
Por outro lado, a mioglobina seria um 
transportador menos eficiente de oxigênio. 
Sua alta afinidade pelo gás atribui ela uma 
grande relevância biológica, desempenhando 
um reservatório de oxigênio nos músculos de 
mamíferos, onde essa proteína é encontrada 
com abundância. 
O aumento de temperatura, presença de 
determinados compostos fosforilados, o aumento 
parcial da pressão de CO2 e a diminuição de pH 
são fatores que podem reduzir a afinidade da 
hemoglobina pelo oxigênio. No caso do aumento 
da temperatura, o metabolismo celular aumenta 
demandando mais oxigênio. O mesmo ocorre 
em atividade muscular intensa.
As hemácias possuem um composto que 
diminuem a afinidade da hemoglobina por 
Curva de dissociação entre a mioglobina e hemoglobina.
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Estrutura do 2,3- bisfosfoglicerato (BPG)
Efeito do BPG sobre a afinidade da hemoglobina por oxigênio
oxigênio: molécula de 2,3 bisfosfoglicerato 
(BPG), sintetizado a partir de 1,3 bisfosfoglicerato 
(um intermediário da via glicolítica). O BPG se 
liga à desoxihemoglobina. 
O efeito do BPG manifesta-se em baixas pressões 
de oxigênio, sendo suplantado por pressões 
elevadas de oxigênio. Nas condições de alta 
pO2, a hemoglobina fica saturada com oxigênio 
mesmo na presença de BPG, cujo papel fisiológico 
é aumentar substancialmente a liberação de 
oxigênio nos tecidos extrapulmonares, onde pO2 
é baixa.
O nível de BPG nas hemácias aumenta de modo 
significativo em condições associadas com 
hipóxia tecidual (doenças cardiorrespiratórias, 
estado anêmico e permanência em grandes 
altitudes). Esse mecanismo compensa a menor 
disponibilidade de oxigênio existente nessas 
situações.
Outro ponto importante é que a afinidade da 
hemoglobina pelo oxigênio varia com o pH. Essa 
afinidade diminui também na presença de CO2 
(esse gás reage com grupos amino terminais das 
cadeias da hemoglobina)
EFEITO BOHR
É o nome que se dá ao efeito do pH e da pressão 
parcial de CO2 sobre a união entre Hb e O2.
Efeito do pH sobre a saturação da hemoglobina com oxigênio.
O PAPEL DA HEMOGLOBINA E O 
TAMPONAMENTO DO SANGUE
O transporte de gases respiratórios pelo sangue 
depende da ocorrência de reações químicas uma 
vez que o CO2 é muito mais solúvel em água 
que o O2. Logo, existem formas diferentes de 
transportar estes gases através do sangue.
O oxigênio (O2) é transportado principalmente 
ligado à hemoglobina, na forma de 
oxihemoglobina, pelas hemácias.
O gás carbônico (CO2) é transportado 
principalmente pelo plasma sanguíneo, 
solubilizado em água e dissociado na forma de 
íons carbonato (HCO3
-).
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Seguindo então este padrão, ocorrem diversas 
reações químicas ao mesmo tempo, que tem por 
objetivo manter a homeostase orgânica.
A hemoglobina fetal tem uma cadeia 
polipeptídica chamada gama em substituição 
`a cada cadeia beta. Apenas essa modificação 
faz com que a hemoglobina fetal possua mais 
afinidade por oxigênio do que a hemoglobina de 
adulto. A explicação está na cadeia gama onde 
um aminoácido com carga positiva é substituído 
por um polar sem carga. Essa modificação 
interage menos com a BPG e sua afinidade por 
oxigênio aumenta. 
Já deu para entender que qualquer modificação 
na estrutura da hemoglobina pode levar ao mal 
funcionamento da mesma. Existem mais de 
700 anomalias hereditárias nos seres humanos 
causadas por mutações que determinam as 
hemoglobinopatias. A anemia falciforme é um 
exemplo delas.
ANOTAÇÕES
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EXERCÍCIOS
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Atenção: Para responder à(s) quest(ões) considere as 
informações e o gráfico que seguem.
O gráfico representa a curva de dissociação da 
hemoglobina em função da pressão parcial de 
oxigênio Esta curva desloca-se para a direita como 
aumento da temperatura ou diminuição do e para 
esquerda nos casos contrários 
 
(ENADE 2006) I. A inclinação da curva de saturação 
da hemoglobina é menor na pressão parcial de em 
comparação com a pressão de 
PORQUE
II. um incremento na pressão parcial de para propicia 
a ligação de mais do que um incremento de para 
É correto afirmar que 
a) as duas afirmações são verdadeiras e a segunda 
justifica a primeira. 
b) as duas afirmações são verdadeiras e a segunda 
não justifica a primeira. 
c) a primeira afirmação é verdadeira e a segunda é 
falsa. 
d) a primeira afirmação é falsa e a segunda é 
verdadeira. 
e) as duas afirmações são falsas. 
Explique como a 2,3- bisfosfoglicerato (BPG) 
compensa a menor disponibilidade de oxigênio 
existente em situações de hipóxia tecidual como em 
situações de permanências em grandes atitudes?
3 Como é formada a molécula de hemoglobina?
Diferencia hemoglobina da mioglobina.
Explique como a ligação do oxigênio ao átomo de 
ferro pode modificar a estrutura da hemoglobina.
Como ocorre a curva de dissociação entre a 
mioglobina e a hemoglobina?
O que é a molécula de 2,3-bisfosfoglicerato (BPG)?
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ANOTAÇÕES
Discuta o efeito da BPG sobre a afinidade da 
hemoglobina por oxigênio.
O que é efeito Bonr?
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Onde está localizado o átomo de ferro na 
hemoglobina?
Cite uma deficiência causada por uma alteração 
genética na estruturação da hemoglobina.
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ANOTAÇÕES
GABARITO DJOW
HEMOGLOBINA E SUAS PROPRIEDADES BIOLÓGICAS
1- [D] 
2- Em condições de alta pressão parcial de oxigênio nos 
pulmões, a hemoglobina das hemácias fica saturada com o 
oxigênio, independente da presença de BPG. O BPG possui 
papel biológico de aumentar substancialmente a liberação de 
oxigênio nos tecidos extrapulmonares, onde a pressão parcial de 
oxigênio é baixa. O nível de BPG aumenta de forma gradativa 
em condições associadas com oxigenação deficitária como a 
observada em quadros de hipóxia tecidual prolongada. Esse 
mecanismo adaptativo irá compensar a menor disponibilidade 
de oxigênio com um aumento na liberação do gás para os nossos 
tecidos.
3- É uma proteína que possui estrutura globular quaternária e é 
formada por quatro cadeias polipeptídicas, duas alfas (com 141 
aminoácidos) e duas betas (com 146 aminoácidos).
4- A mioglobina (Mb) é uma proteína globular dos vertebrados, 
formada por 154 aminoácidos. Se diferencia da hemoglobina 
por não possuir ligações cooperativas com o oxigênio, por ser 
monomérica, isto é, formada por apenas uma subunidade. A 
presença do grupamento heme em sua estrutura também atribui 
a função de transporte de oxigênio para a mioglobina, porém, 
de maneira menos sensível do que a hemoglobina. A mioglobina 
tem afinidade por oxigênio maior do que a hemoglobina em 
qualquer pressão parcial de oxigênio, o que permite que esse 
oxigênio seja transferido mais rapidamente do sangue para 
o músculo, ficando associado `a mioglobina para posterior 
utilização pelas mitocôndrias dessas células. 
5- No momento em que o oxigênio se liga ao heme presente 
em uma das subunidades da hemoglobina, o ferro se desloca 
para o plano do anel porfirínico tornando-o mais achatado. 
Dessa maneira, o resíduo de histidina (um dos aminoácidos 
que compõe a globina) a qual o ferro está ligado é arrastado, 
e consequentemente, o segmento da cadeia polipeptídica 
da qual faz parte. Essa movimentação desloca um segmento 
contínuo que fazem parte das interfaces alfa2beta1 entre 
os dímeros de globina, provocando o rompimento de várias 
ligações não covalentes e uma alteração da conformação do 
complexo proteico como um todo. Essa nova conformação 
facilitará os rearranjos moleculares sucessivos para que todas 
as subunidades da hemoglobina estejam interagindo com o 
oxigênio (oxihemoglobina). 
6- A cinética de oxigenação ocorre de forma diferente para as 
duas estruturas. A mioglobina apresenta uma curva hiperbólica 
e a hemoglobina uma curva sigmoide. No primeiro caso, esse 
comportamento é esperado para uma proteína que possui apenas 
um sítio de ligação. A curva sigmoide resultante da associação 
da hemoglobina ao oxigênio é decorrente das quatro ligações 
do átomo à molécula de heme presente nas subunidades dessa 
proteína. Essa associação, de maneira cooperativa, proporciona 
à molécula de hemoglobina maior sensibilidade a variações da 
concentração de oxigênio, adequando-se com perfeição à sua 
função de transportar esse gás.
7- É um composto derivado a partir da molécula de 
1,3-bisfosfoglicerato, que é um intermediário da via glicolítica. 
Essa estrutura está diretamente relacionada com a afinidade 
da hemoglobina pelo oxigênio. Nesse caso a BPG diminui a 
afinidade da hemoglobina pelo oxigênio.
8- A BPG, diminui a afinidade da hemoglobina sobre o oxigênio. 
O conjunto de fenômenos relacionados com o aumento do 
caráter básico da hemoglobina causado por sua desoxigenação e 
o aumento do caráter ácido quando essa proteína está associada 
ao oxigênio, constituem esse efeito.
Em resumo, a conversão do estado oxihemoglobina para 
desoxihemoglobina é acompanhada pela aquisição de prótons, 
o inverso é acompanhado pela liberação de prótons.
9- O efeito resultante do pH e da pressão parcial de dióxido 
de carbono sobre a união entre a hemoglobina e o oxigênio é 
conhecido como efeito Bonr. 
10- O átomo de ferro está localizado na molécula protoporfirina. 
Juntos compõe a ferro protoporfirina IX o que conhecemos como 
heme.
11- Já foram observadas mais de 700 quadros de anomalias 
hereditárias em seres humanos ocasionadas por alterações 
(mutações) que determinam a conformação final da 
estrutura da hemoglobina. Essas anomalias são conhecidas 
como hemoglobinopatias e podem representar uma clínica 
insignificante ou doenças graves. A anemia falciforme é um 
bom exemplo. A substituição de apenas um aminoácido leva `a 
formação da hemoglobina S (HbS). Essa é devida à substituição 
de um único nucleotídeo que altera o códon do sexto aminoácido 
da globina de ácido glutâmico para valina. Um heterozigoto tem 
uma mistura dos dois tipos de hemoglobinas, A (HbA) e S (HbS), 
além de um tetrâmero híbrido de Hemoglobina. Ela consegue 
transportar o oxigênio, mas, quando o mesmo passa para os 
tecidos, as moléculas da sua hemoglobina se aglutinam em 
formas gelatinosas de polímeros, também chamadas tactoides, 
que acabam por distorcer as hemácias, que se tornam duras e 
quebradiças devido às mudanças na sua membrana.