Bioquímica - Hemoglobina e mioglobina

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bioquímica 
hemoglobina e mioglobina 
 
* Hemeproteínas = grupo especializado de proteínas com o heme como grupo prostético 
* O papel do grupo heme é determinado pelo ambiente oferecido pela estrutura tridimensional da proteína 
* Na hemoglobina e na mioglobina o grupo heme ser para se ligar, de forma reversível, ao oxigênio 
 
Estrutura do heme 
* O heme é um complexo entre a protoporfirina IX e o íon ferroso (Fe2+) 
* O ferro está preso no centro da molécula 
* O Fe2+ do heme pode formar duas interações adicionais 
* Na mioglobina e na hemoglobina ⇾	interação coordenada com a cadeia lateral de um resíduo de histidina + outra disponível para ligar o 02 
 
Estrutura e função da mioglobina 
* É uma hemeproteína presente no coração e no músculo esquelético 
* Funciona como reservatório de oxigênio e como um carreador de oxigênio 
* Consiste em uma única cadeia polipeptídica ⇾	similar a uma das cadeias individuais das subunidades da hemoglobina 
* 80% de sua cadeia polipeptídica está dobrada em 8 segmentos de hélice a 
* O interior é constituído quase completamente por aminoácidos apolares ⇾	estrutura estabilizada por interações hidrofóbicas entre esses 
resíduos 
* O grupo heme da mioglobina está em uma fenda na molécula, revestida por aminoácidos não-polares 
* Histidina proximal: liga diretamente o ferro do grupo heme 
* Histidina distal: não interage diretamente com o grupo heme, mas ajuda a estabilizar a ligação do oxigênio ao íon ferroso 
* A perda simultânea de elétrons pelo íon ferroso (oxidação) ocorre apenas raramente 
 
Estrutura e função da hemoglobina 
* É encontrada exclusivamente nos eritrócitos 
* Principal função: transportar oxigênio dos pulmões até os capilares dos tecidos 
* A hemoglobina A é a principal em adultos 
* Composta por 4 cadeias polipeptídicas ⇾	duas cadeias alfa e duas cadeias beta 
* Cada subunidade contém segmentos de estrutura em hélice a e uma fenda, onde se liga o grupo heme 
* A hemoglobina pode transportar CO2 dos tecidos até os pulmões e pode carregar 4 moléculas de O2 dos pulmões às células dos tecidos 
* O tetrâmero da hemoglobina pode ser considerado como a associação de dois dímeros ⇾ (ab)1 e (ab)2 
* As duas cadeias polipeptídicas de cada dímero são mantidas firmemente unidas, principalmente por meio de interações hidrofóbicas 
* Os dois dímeros são capazes de se mover um em relação ao outro, sendo mantidos unidos principalmente por meio de ligações polares 
* A forma desoxigenada da hemoglobina é chamada de T, ou forma tensa ⇾	os dois dímeros interagem de forma a restringir o movimento 
da cadeia polipeptídica ⇾	é a forma de baixa afinidade pelo oxigênio da hemoglobina 
* A ligação do oxigênio à hemoglobina causa a ruptura de algumas ligações iônicas e pontes de hidrogênio entre os dímeros ⇾	 leva a uma 
forma relaxada ou estrutura R ⇾	é a forma de alta afinidade pelo oxigênio da hemoglobina 
 
Ligação do oxigênio à mioglobina e à hemoglobina 
* A mioglobina pode ligar somente uma molécula de oxigênio, porque contém apenas um grupo heme 
* A hemoglobina pode ligar quatro moléculas de oxigênio, uma para cada grupo heme 
* O grau de saturação (Y) dos sítios de ligação ao oxigênio em todas as moléculas de mioglobina e hemoglobina pode varia de 0 – 100% 
* Curva de dissociação do oxigênio ⇾	uma curva de saturação (Y) medida em diferentes pressões parciais de O2 
* As curvas para a mioglobina e para a hemoglobina apresentam diferenças importantes 
* A mioglobina tem maior afinidade pelo oxigênio que a hemoglobina 
* A curva da mioglobina possui uma forma hiperbólica ⇾	isso porque ela liga-se reversivelmente a apenas uma molécula de oxigênio 
* O equilíbrio é desviado para a direita ou para a esquerda à medida que o oxigênio é adicionado ou removido do sistema (Mb + O2 ⇌ MbO2) 
* A curva da hemoglobina possui uma forma sigmoidal ⇾	as subunidades cooperam na ligação 
* A ligação cooperativa do oxigênio às 4 subunidades = a ligação de uma molécula de oxigênio a um dos grupos heme aumenta a afinidade pelo 
oxigênio dos outros grupos heme na mesma molécula de hemoglobina 
* Interação heme-heme: é mais difícil para a primeira molécula de oxigênio ligar-se à hemoglobina, mas as ligações subsequentes ocorrem 
com alta afinidade 
 
 
Efeitos alostéricos 
* A capacidade da hemoglobina para ligar-se reversivelmente ao oxigênio é afetada pela pO2, pelo pH do ambiente, pela pCO2 e pela 
disponibilidade de 2,3-bisfosfoglicerato 
* A interação deles com um sítio na molécula da hemoglobina afeta a ligação do oxigênio aos grupos heme em outras regiões da molécula 
 
INTERAÇÕES HEME-HEME 
* A afinidade da hemoglobina pelo último oxigênio ligado é aproximadamente 300 vezes maior do que a afinidade para a ligação do primeiro 
oxigênio 
* A ligação cooperativa do oxigênio permite à hemoglobina liberar mais oxigênio aos tecidos em resposta a variações relativamente pequenas 
na pressão parcial de oxigênio 
* NO PULMÃO: a concentração de oxigênio é maior, e a hemoglobina se torna praticamente saturada com oxigênio 
* NOS TECIDOS: a oxiemoglobina libera a maior parte de seu oxigênio para utilização no metabolismo oxidativo dos tecidos 
* Inclinação abrupta da curva de dissociação ⇾	permite que a hemoglobina transporte e libere o oxigênio de forma eficiente 
* A curva é acentuada em baixas concentrações de oxigênio, como ocorre nos tecidos ⇾	permite que o oxigênio seja liberado para responder a 
pequenas variações na p02 
 
EFEITO BOHR 
* A liberação do oxigênio pela hemoglobina é aumentada quando o pH diminui ou quando a hemoglobina está na presença de uma pressão 
parcial de CO2 aumentada 
* Resultado: redução da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio ⇾	deslocamento da curva para a direita 
* O efeito Bohr é justamente essa alteração na ligação do oxigênio 
* O aumento do pH ou uma redução da concentração de CO2 resultam em maior afinidade pelo oxigênio 
* A concentração de CO2 e H+ nos capilares dos tecidos metabolicamente ativos é maior do que nos capilares alveolares dos pulmões 
* Nos tecidos, o CO2 é convertido pela anidrase carbônica em ácido carbônico 
* H2CO3 perde espontaneamente um próton, tornando-se bicarbonato 
* O próton produzido contribui para a redução do pH 
* O diferencial de pH favorece a liberação de oxigênio nos tecidos periféricos e a associação ao oxigênio no pulmão 
* A afinidade da hemoglobina pelo oxigênio responde a pequenas alterações no pH entre o pulmão e os tecidos 
* O efeito Bohr reflete o fato de que a forma desoxi da hemoglobina possui maior afinidade aos prótons que a oxiemoglobina 
* Um aumento na concentração de prótons (↓pH) faz com que grupos ionizáveis fiquem protonados e capazes de formar ligações iônicas 
* Essas ligações estabilizam preferencialmente a forma desoxi 
* Um aumento de prótons (↓pO2) desloca o equilíbrio em favor da desoxiemoglobina, enquanto uma redução (↑pO2) desloca em favor da 
oxiemoglobina 
 
EFEITO DO 2,3-BPG 
* O 2,3-bisfosfatoglicerato é o fosfato orgânico mais abundante nos eritrócitos, onde sua concentração é aproximadamente equivalente à 
hemoglobina 
* É sintetizado a partir de um intermediário da rota glicolítica 
* O 2,3-BPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, pois se liga à desoxiemoglobina, mas não à oxiemoglobina 
* Essa ligação estabiliza a conformação tencionada da desoxiemoglobina 
* A molécula do 2,3–BPG liga-se a uma fenda formada pelas duas cadeias b da globina, no centro do tetrâmero da desoxiemoglobina 
* O 2,3-BPG é expelido na oxigenação da hemoglobina 
* A molécula de hemoglobina da qual o 2,3-BPG foi removido possui alta afinidade pelo oxigênio 
* A presença de 2,3-BPG reduz significativamente a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, deslocando a curva para a direita 
* A menor afinidade permite que a hemoglobina libere o oxigênio eficientemente nas pressões parciais encontradas nos tecidos 
* A concentração de 2,3-BPG no eritrócito aumenta em resposta à hipóxia crônica ⇾	quando a hemoglobina circulante pode ter dificuldade em 
receber oxigênio suficiente* Também aumenta na anemia crônica 
* Níveis elevados de 2,3-BPG diminuem a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, permitindo maior descarga de oxigênio nos capilares dos tecidos 
 
LIGAÇÃO DO CO2 
* A maior parte do dióxido de carbono produzido no metabolismo é hidratada e transportada como íon bicarbonato 
* Algum CO2 é carregado como carbamato, ligado a grupos a-amino da hemoglobina 
* A ligação do CO2 estabiliza a forma T ou desoxi da hemoglobina, resultando em um decréscimo de sua afinidade pelo oxigênio 
* Nos pulmões, o CO2 dissocia-se da hemoglobina, e é liberado pela respiração 
 
LIGAÇÃO CO 
* O monóxido de carbono liga-se fortemente (mas reversivelmente) ao ferro da hemoglobina, formando carboxiemoglobina 
* A hemoglobina muda a conformação relaxada, de modo que os grupos remanescentes se ligam ao oxigênio com maior afinidade 
* Como resultado, a hemoglobina afetada é incapaz de liberar o oxigênio para os tecidos 
* O envenenamento por CO é tratado com terapia de 100% de oxigênio, que facilita a dissociação do CO da hemoglobina 
 
Outras hemoglobinas 
HEMOGLOBINA FETAL (HbF) 
* É um tetrâmero, consistindo em duas cadeias a mais duas cadeias gama (g) 
* Dentro de poucas semanas de desenvolvimento embrionário, o feto começa a sintetizar a HbF na medula óssea 
* A HbF é a principal hemoglobina encontrada no feto e no recém-nascido 
* A síntese da HbA inicia na medula óssea por volta do oitavo mês de gravidez e substitui gradualmente a HbF 
* Em condições fisiológicas, a HbF possui uma afinidade maior pelo oxigênio do que a HbA, pois a HbF liga-se apenas fracamente ao 2,3-BPG 
* A interação mais fraca resulta em uma maior afinidade da HbF pelo oxigênio 
* A maior afinidade da HbF pelo oxigênio facilita a transferência do oxigênio da circulação materna para os eritrócitos do feto através da placenta 
 
HEMOGLOBINA A2 (HbA2) 
* A HbA2 é um componente menor da hemoglobina normal do adulto 
* São sintetizadas em baixos níveis, se comparados à HbA 
* É composta por duas cadeias a-globina e duas cadeias delta (d) 
 
HEMOGLOBINA AC1 
* Sob condições fisiológicas, a HbA é glicosilada de forma lenta e não enzimática 
* A forma mais abundante de hemoglobina glicosilada é a HbA1C 
* Possui resíduos de glicose ligados predominantemente aos grupos NH2 das valinas N-terminais das cadeias b-globina 
* Quantidades aumentadas de HbA1C são encontradas nos eritrócitos de pacientes com diabetes mellitus 
 
Hemoglobinopatias 
As hemoglobinopatias têm sido tradicionalmente definidas como uma família de distúrbios causados pela produção de uma molécula de 
hemoglobina estruturalmente anormal, pela síntese de quantidades insuficientes de hemoglobina normal ou, raramente, por ambas 
 
ANEMIA FALCIFORME 
* É uma doença genética do sangue causada pela alteração de um único nucleotídeo no gene da cadeia de b-globina 
* Ocorre primariamente na população afro-americana 
* A anemia falciforme é uma doença homozigota recessiva 
* A presença da doença não se manifesta no bebê, até que uma quantidade suficiente de HbF seja substituída pela HbS, quando os eritrócitos 
começam a assumir a morfologia falciforme 
* Caracteriza-se por episódios dolorosos que ocorrem durante toda a vida, por uma anemia hemolítica crônica e pelo aumento da suscetibilidade 
a infecções 
* A vida média de um eritrócito homozigótico para HbS é de cerca de 20 dias 
* Os eritrócitos dos heterozigotos contêm ambas, HbS e HbA ⇾	possuem o traço falciforme 
* Uma molécula de HbS contém duas cadeias a normais e duas b mutantes 
* O ácido glutâmico da posição 6 é substituído pela valina 
* Durante uma eletroforese em pH alcalino, a HbS migra mais lentamente em direção ao ânodo do que a HbA ⇾	a HbS é menos negativa 
* Em condições de baixa pressão de oxigênio, a HbS polimeriza dentro dos eritrócitos, primeiro formando um gel, depois se agregando em uma 
rede de polímeros fibrosos que distorce as células, produzindo eritrócitos rígidos e deformados 
* As células falciformes bloqueiam o fluxo sanguíneo nos capilares de pequeno diâmetro 
* Resultado: anóxia localizada no tecido, causando dor e a morte (infarto) das células na vizinhança da área do bloqueio 
 
DOENÇA DA HEMOGLOBINA C 
* A HbC é uma variante de hemoglobina com uma única substituição de um aminoácido na posição 6 na cadeia de b-globina 
* Uma lisina substitui o glutamato 
* Essa substituição faz com que a HbC se mova lentamente em direção ao ânodo do que a HbA ou a HbS 
* Os pacientes homozigotos para a hemoglobina C geralmente apresentam anemia hemolítica crônica 
 
DOENÇA DA HEMOGLOBINA SC 
* Nessa doença, algumas cadeias de b-hemoglobina possuem a mutação falciforme, enquanto outras cadeias b possuem a mutação da doença 
da HbC 
* Pacientes com a doença HbSC são duplamente heterozigotos 
* Os níveis de hemoglobina tendem a ser mais altos na HbSC do que na anemia falciforme, podendo estar no limite inferior da faixa normal 
* Os pacientes geralmente apresentam crises dolorosas que começam na infância 
 
TALASSEMIAS 
* As talassemias são doenças hemolíticas hereditárias nas quais ocorre um desequilíbrio na síntese das cadeias de globina 
* Nas talassemias, a síntese de uma cadeia a ou b é defeituosa 
* Pode ser causada por uma série de mutações, incluindo deleção de genes, ou ainda substituições ou deleções de um ou vários nucleotídeos 
* b-TALASSEMIAS 
• nessas doenças, a síntese das cadeias b está diminuída ou ausente, enquanto a síntese das cadeias a está normal 
• as cadeias de b-globina não podem formar tetrâmeros estáveis e precipitam 
• existem apenas duas cópias do gene da b-globina em cada célula 
• indivíduos com defeitos no gene da cadeia apresentam o traço de b-talassemia (b-talassemia menor) se tiverem apenas um dos 
genes defeituoso 
• se ambos os genes para a cadeia de -globina forem defeituosos, apresenta a b-talassemia maior 
• as manifestações físicas das b-talassemias só aparecem após o nascimento 
• as crianças que nascem com b-talassemia maior possuem o triste destino de parecerem saudáveis ao nascimento, tornando-se 
gravemente anêmicos, em geral durante o primeiro ou segundo ano de vida ⇾	requerem transfusões de sangue regulares 
 
* a-TALASSEMIAS 
• esses são defeitos nos quais a síntese das cadeias de a-globina está diminuída ou ausente 
• se um dos quatro genes é defeituoso, o indivíduo é chamado de portador silencioso da a-talassemia 
• se dois genes da a-globina são defeituosos, o indivíduo é denominado como possuidor do traço de a-talassemia 
• se três genes da cadeia a estão defeituosos, o indivíduo tem a doença da hemoglobina H (HbH), uma anemia hemolítica leve a 
moderadamente grave 
• se todos os quatro genes de a-globina são defeituosos, ocorrem hidropisia fetal e morte do feto, pois as cadeias a são necessárias para 
a síntese da HbF