6º Aula - Hemoglobina

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DISCIPLINA: Bioquímica Estrutural – CURSO de Farmácia
 Turmas: 1°e 3ºA/B – MM /V.M /Vg - 2º Semestre/2016 - Prof. MsC Gisele Ribeiro Felix
	Título do Tópico*:
	6º Aula - Hemoglobina
	Objetivo*:
	Reconhecer a estrutura e função biológica da hemoglobina como também sua classificação, fatores que interferem o transporte de oxigênio e hemoglobinopatias.
	Palavras-chave*: 
	Proteínas, mioglobina, efeito bohr e temperatura
I – INTRODUÇÃO
 
A hemoglobina é uma metaloproteína de estrutura quaternária que contém ferro, presente nos glóbulos vermelhos (eritrócitos), permitindo o transporte de oxigênio pelo sistema circulatório. Este transporte é realizado dos pulmões até os tecidos. O CO2 produzido nos tecidos é convertido em ácido carbônico que se ioniza em bicarbonato e íons H+, dando condições para que a hemoglobina possa exercer função de tampão para o sangue.
II - ESTRUTURA DA HEMOGLOBINA 
A hemoglobina dos seres humanos adultos (HbA) é formada por 4 subunidades: 2 (141 resíduos de aminoácidos) e 2 (146 resíduos de aminoácidos). Cada cadeia protéica está ligada a um grupo heme que possui um íon de ferro no seu centro, formando seis ligações coordenadas: quatro com átomos de nitrogênio do grupo planar da porfirina, uma com um átomo de nitrogênio da proteína e outras a um átomo de O2. É uma proteína alostérica, pois a ligação e a liberação do oxigênio são reguladas por mudanças na estrutura provocadas pela própria ligação do oxigênio ao grupo heme.
III – CLASSIFICAÇÃO
· Embrionária: 
· Gower 1 (2ξ2ε) 
· Gower 2 (2α2ε) 
· Hemoglobina de Portland (2ξ2γ) 
· Fetal: 
· Hemoglobin F (2α2γ) 
Na hemoglobina fetal (HbF), as duas subunidades  são substituídas por outras cadeias polipeptídicas, chamadas . A estrutura de HbF é, portanto, , em contraposição a estrutura da HbA. A HbF tem maior afinidade por oxigênio que a HbA, o feto pode obter O2 do sangue da mãe, através da placenta. Efetivamente, HbF é oxigenada á custa da HbA materna. A diferença de afinidade por oxigênio entre HbF e HbA é devida á força de ligação de BPG aos dois tipos de Hb.
· Adultos: 
· Hemoglobin A (2α2β) - O tipo mais comum. 
· Hemaglobin A2 (2α2δ) - cadeias δ são sintetizadas no último trimestre após o parto, seu nível normal é de aproximadamente 2.5% 
· Hemoglobin F (2α2γ) - No adultos a Hemoglobina F é restrita a uma população de células vermelhas (hemácias) chamadas células F. 
IV - MECANISMO DE LIGAÇÃO DO OXIGÊNIO Á HEMOGLOBINA
O grupo prostético heme, molécula de porfirina contendo um átomo de ferro no estado ferroso Fe2+ é o sitio de ligação do oxigênio. O heme confere a Hemoglobina e a mioglobina sua cor característica. As moléculas de oxigênio ficam “prensadas” entre o átomo de ferro e o anel inidazólico da histidina, a este sítio aparentemente tão especifico, podem ligar-se, ainda, outras moléculas pequenas, como o CO, NO, e H2S, com afinidade ainda maior que o oxigênio, e portanto, excluindo-o. Estes compostos ligam-se ao ferro do grupo heme de mioglobina, Hb e citocromo, o que explica sua alta toxidez para os organismos aeróbios.
Uma molécula de Hb totalmente oxigenado contém portanto, quatro moléculas de O2 e é denominada oxihemoglobina (oxi-Hb ou HbO2) em contraposição a forma desprovida de O2, chamada desoxihemoglobina (desoxi-Hb ou Hb). A ligação de O2 ao grupo heme altera a cor da hemoglobina, que passa de azulado (sangue venoso) a vermelho (sangue arterial).
A ligação com O2 desencadeia alterações na conformação da hemoglobina. A hemoglobina oxigenada e desoxigenada tem estruturas tão diferentes, que apresentam formas cristalinas distintas.
No sangue arterial, que sai dos pulmões, a pO2 é alta e a Hb fica 98% saturada com O2. Tecidos extra - pulmonares, onde a pO2 é baixo (sangue venoso), ela libera grande parte do O2. A Mioglobina com liberação bem menos eficientes (-10%) do seu O2 desempenha eficientemente a função de reservatório de O2 nos músculos de mamíferos, onde é encontrada em abundância.
V - FATORES QUE INTERFEREM NA LIGAÇÃO COM OXIGÊNIO
a) Afinidade da hemoglobina por oxigênio
A hemoglobina de mamíferos, quando presente nas hemácias, tem afinidade menor por oxigênio que quando purificada; estas células contem altos níveis de 2,3-bisfosfoglicerato (BPG), um composto sintetizado a partir de 1,3-bisfosfoglicerato, um intermediário da glicólise. O nível de BPG nas hemácias aumenta em condições associadas com hipóxia tissular prolongada, como em anemias, insuficiência cardiorrespiratória e altas atitudes. Este mecanismo adaptativo tenta compensar a menor disponibilidade de O2 para os pulmões existentes nessas situações, com um aumento na liberação de gás para os tecidos.
O resultado da ação do BPG é a predominância da forma desoxigenada da Hb, o que eqüivale a um decréscimo na sua afinidade por oxigênio.
b) Temperatura
A elevação da temperatura tem grande importância fisiológica porque permite maior disponibilidade de O2 quando a demanda de energia é alta; devido ao aumento do metabolismo celular como acontece na febre e em grupos musculares sob contração intensa.
c) pH: Efeito Bohr
É um conjunto de fenômenos relacionados ao aumento do caráter ácido da hemoglobina quando se liga ao oxigênio e o aumento do caráter básico causado pela sua desoxigenação. O valor de pO2 e a variação de pH definem a afinidade Hb-O2. Durante a conversão da oxi-Hb em desoxi-Hb ocorre a captação de prótons H+ alterando o pH e os processos fisiológicos. A influência do pH sobre a oxigenação da Hb tem grande importância fisiológica, porque, nos organismos, um decréscimo no pH está sempre associado à maior demanda de O2.
Nos tecidos, o CO2 produzido pelo metabolismo difunde-se até as hemácias, onde é hidratado, formando o H2CO3 que se ioniza em HCO3- e H+.
CO2 (g) + H2O (l)  H2CO3 (aq)  HCO3- (aq) + H+
 (tecidos) (hemácias) (aumento de acidez)
Este aumento de acidez, associado á baixa pO2 tecidual, faz com que a Hb libere O2 e capte H+, impedindo que ocorram grandes variações de pH. 
HbO2 Hb +O2
Nos pulmões, a alta pO2 leva a oxigenação da Hb e a liberação de H+.
VI - HEMOGLOBINAS ANORMAIS
A hemoglobina dos seres humanos adultos (HbA) pode sofrer alterações químicas transitórias, resultantes de processos endógenos, que causam mutações que destabilizam as estruturas terciárias e quaternárias, alterando a afinidade da Hb pelo oxigênio. Essas alterações podem ocorrer com a glicosilação da hemoglobina, ação de drogas e poluentes ambientais. 
Hemoglobinopatias: É o resultado da substituição de um único aminoácido que pode ser clinicamente insignificante, mas em outros, pode causar doenças graves.
Patologia Molecular: Hemoglobinas mutantes, doença causada pela alteração de uma única proteína; permitiram, ainda, uma maior compreensão da relação estrutura / função nas proteínas.
Hemoglobina S : Causa a Anemia Falciforme.
Uma mutação que resulta na substituição de um aminoácido em uma posição crítica da molécula de proteína pode ter conseqüências danosas para o desempenho da sua função.
exemplo clássico é a substituição, nas cadeias  da Hb, de um resíduo de glutamato, cujo radical polar negativo localiza-se na superfície externa da molécula, por valina, com grupo R apolar.
As moléculas de Hb substituídas, quando desoxigenadas, agregam-se através de ligação hidrofóbicas envolvendo os radicais apolares de valina. Os agregados formam um precipitado fibroso que distorce as hemácias, que adequarem forma de foice e, por isso, a Hb alterada é chamada de HbS, em contraposição á HbA normal.
Estas células deformadas obstruem os capilares, impedindo a oxigenação adequada dos tecidos, também são mais frágeis que as normais, ocasionando anemia graves. Esta doença é conhecida como Anemia Falciforme.
Meta - hemoglobina (HbM)
É uma forma de hemoglobina que contem ferro do grupo heme no estado férrico(Fe3+), que não se liga ao O2.
Esta alteração pode resultar da exposição a reagentes oxidantes, como nitrito, ou de mutações. A formação espontânea de meta hemoglobina (e de metamioglobina) explica a cor marrom característica do sangue desidratado e de carnes deterioradas.
Pacientes portadores de HbM são geralmente, CIANÓTICOS: a pele e as mucosas exibem uma cor azulada, devido a concentração anormalmente elevada de desoxi-Hb na circulação arterial (a cor azulada das veias superficiais é uma conseqüência normal de seu alto conteúdo de desoxi-Hb).
Talassemias
È um outro grupo de lesões genéticas caracterizado pela síntese não esquiométrica das subunidade: são as Talassemias, que tem alta incidência na região do mar mediterrâneo (Thalassa, em Grego, significa mar). 
Nas  - Talassemias, geralmente causada por deleção genética, não há produção das cadeias , enquanto nas  - Talassemias, resultantes de mutação pontuais, faltam as cadeias .
Como acontece na anemia falciforme apresentam uma certa proteção contra a malária.
Questões dissertativas;
1 – Quais são as principais funções da hemoglobina e da mioglobina?
2 - Diferencie a estrutura da hemoglobina com a da mioglobina, relacionado a sua capacidade no transporte de oxigênio (afinidade pelo O2).
3 – Explique de forma sucinta com ocorre o mecanismo de oxigenação da hemoglobina.
4 – O que pode ocorre se outros átomos se ligarem no sitio hidrofóbico onde se localiza o ferro no heme da hemoglobina?
5 – O que é efeito bohr na hemoglobina?
6 – Quais são as principais doenças relacionadas a formação anormal de hemoglobinas?
7 – Compare a hemoglobina adulta da fetal.
8 – Quais são fatores físico-químicos que podem interferir no transporte de oxigênio pela hemoglobina?
Questões de múltipla escolha
1 - A hemoglobina (Hb) tem como função o transporte de oxigênio do pulmão para todo o organismo. Assinale a alternativa CORRETA:
a) Interação cooperativa está relacionada à afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, sendo a maior afinidade presente em desoxi-Hb.
b) Na interação cooperativa a estrutura tridimensional das cadeias  interagem entre si através de pontes de hidrogênio e interações eletrostáticas, passando da forma tensa (desoxi-Hb) para a forma relaxada (oxi-Hb) quando liga-se do gás oxigênio.
c) A ligação da molécula Hb com o gás oxigênio acontece com o grupo prostético, transportando um total de 4 moléculas de gás oxigênio por glóbulo vermelho.
d) Quanto maior a quantidade de CO2 dissolvido no plasma, maior será a concentração de H+ no plasma, aumentando a afinidade da Hb pelo oxigênio. Esta é explicada pelo Efeito Bohr.
e) O aumento da concentração de BPG (bifosfoglicerato) está relacionado com metabolismo na presença de altas concentrações de gás oxigênio, levando a um aumento da afinidade da Hb pelo oxigênio.
2 - O Ácido 2,3-bifosfoglicérico, também conhecido como 2,3-Bifosfoglicerato (2,3-BPG) ou, ainda, 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) é uma molécula presente no citoplasma celular e sintetizado a partir de uma das reações da via de oxidação parcial da glicose a piruvato. Esta molécula é capaz de ligar-se ao centro de uma hemoglobina (Hb), estabilizando o tetrâmero em sua forma T (desoxiHb). A hemoglobina, por sua vez, ao encontrar-se sob a forma desoxigenada, aumenta sua afinidade por prótons H+, atuando como uma base de Brönsted.
Com base no texto acima, observe o gráfico ao lado, leia as afirmações abaixo e assinale a alternativa correta:
I - A análise do gráfico nos permite concluir que a curva de saturação da hemoglobina na presença de 2,3-BPG é a indicada pela letra B, uma vez que na presença deste ácido a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio encontra-se reduzida. 
II - A análise do gráfico nos permite concluir que o 2,3-BPG é fundamental para a plena oxigenação dos tecidos uma vez que, na sua ausência, a afinidade da Hb pelo O2 seria muito alta para que esta molécula fosse liberada em baixas pO2. 
III - O aumento da afinidade da Hb por H+ em seu estado desoxiHb é uma importante característica da hemoglobina uma vez que permite que esta proteína auxilie no tamponamento sanguíneo. 
a) Apenas a afirmação I está correta. 
b) Apenas a afirmação II está correta. 
c) Apenas a afirmação III está correta. 
d) As afirmações I e II estão corretas. 
e) As afirmações I, II e III estão corretas.