Estudo Dirigido - Bioquímica - Hemoglobina

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UFCSPA MAIRON MATEUS MACHADO 
CURSO DE MEDICINA 
DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA 
 
 
Estudo Dirigido: Hemoglobina 
1. Explique qual a importância para o organismo em ter proteínas especializadas no transporte 
do oxigênio. 
O O2 é pouco solúvel em solução aquosa e não pode ser transportado para os tecidos em 
quantidade suficiente, se estiver apenas dissolvido no plasma. Aliás, o O2 não consegue se difundir 
pelos tecidos em distâncias superiores a alguns milímetros. A evolução dos organismos 
multicelulares dependeu, portanto, do desenvolvimento de proteínas de transporte e 
armazenamento de O2. 
 
2. Por que a hemoglobina é chamada de oligomérica ou tetramérica? 
Em bioquímica, são tetrâmeras as moléculas formadas por quatro subunidades, que podem 
ser iguais (nesse caso seria um homotetrámero), por exemplo a proteína concanavalina A, ou 
diferentes (nesse caso seria um heterotetrámero), por exemplo a proteína hemoglobina. A 
hemoglobina tem 4 subunidades similares, enquanto as imunoglobulinas têm duas subunidades 
muito diferentes. As diferentes subunidades de um tetrâmero podem ter cada uma a sua própria 
atividade, como a ligação à biotina nos tetrâmeros de avidina, ou ter uma propriedade biológica 
comúm, como a união alostérica do oxigénio na hemoglobina. 
 
3. Há ligação covalente entre as subunidades? 
A hemoglobina é formada por quatro subunidades que se encontram unidas por ligações 
não covalentes. 
 
4. Quantas moléculas de O2 ela pode transportar? 
Nos pulmões, as moléculas de hemoglobina das hemácias se ligam a moléculas do gás 
oxigênio formando o complexo chamado oxiemoglobina. Cada molécula de hemoglobina é capaz 
de se ligar a quatro moléculas de oxigênio. Como cada hemácia possui cerca de 250 milhões de 
moléculas de hemoglobina, cada hemácia é capaz de transportar aproximadamente 1 bilhão de 
moléculas de O2. 
 
5. Em que local da estrutura da 
hemoglobina ocorre a ligação com o 
O2? 
 
 
 
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6. Em um indivíduo normal, quais os tipos de subunidades que a hemoglobina pode apresentar? 
As hemoglobinas normais de recém-nascidos e adultos são 2 pares de globinas, formados 
por duas cadeias de α-globina pareadas com duas cadeias de β-globina, γ-globina ou δ-globina. 
Geralmente, são duas subunidades α, α1 e α2, e duas subunidades β, β1 e β2. 
 
7. E quais os tipos de hemoglobina presentes neste indivíduo? (indique o nome e a composição) 
• Embrionária: 
o Gower 1 (ξ2ε2); 
o Gower 2 (α2ε2); 
o Hemoglobina de Portland (ζ2γ2). 
• Fetal: 
o Hemoglobina F (α2γ2). 
• Adultos: 
o Hemoglobina A (α2β2) — O tipo mais comum, correspondendo a 95 % da 
hemoglobina total; 
o Hemoglobina A2 (α2δ2) — cadeias δ são sintetizadas no último trimestre após o 
parto, seu nível normal é de aproximadamente 2,5 %; 
o Hemoglobina F (α2γ2) — Nos adultos, a hemoglobina F é restrita a uma população 
de células vermelhas (hemácias), chamadas células F. Este tipo de hemoglobina 
corresponde a cerca de 2,5 % da hemoglobina total. 
 
São consideradas normais as hemoglobinas: A1, A2 e F. 
• Hemoglobina A1 — No adulto normal, essa hemoglobina representa cerca de 97% da 
hemoglobina encontrada. 
• Hemoglobina A2 — Essa hemoglobina representa 2% da hemoglobina encontrada no 
adulto. 
• Hemoglobina F — Essa hemoglobina é encontrada no feto, sendo chamada de hemoglobina 
fetal. No feto, encontramos apenas esse tipo de hemoglobina, o qual vai decaindo após o 
nascimento. Quando o indivíduo chega ao oitavo mês, apresenta cerca de apenas 1% dessa 
hemoglobina. 
 
8. Qual o tipo de hemoglobina mais frequente no adulto normal? E no recém-nascido? 
Hemoglobina A1 — No adulto normal, essa hemoglobina representa cerca de 97% da 
hemoglobina encontrada. 
Hemoglobina F — Essa hemoglobina é encontrada no feto, sendo chamada de hemoglobina 
fetal. No feto, encontramos apenas esse tipo de hemoglobina, o qual vai decaindo após o 
nascimento. 
 
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9. Por que o paciente diabético não tratado tem elevação dos níveis de HbA1c? 
Existe um pigmento que dá ao sangue a cor vermelha, denominado hemoglobina. No 
sangue, a glicose (açúcar) liga-se à hemoglobina, formando a hemoglobina glicada. Quanto maior 
for o nível de glicose na corrente sanguínea, maior será a ligação da glicose com a hemoglobina e, 
consequentemente, maior o nível de hemoglobina glicada. 
Como as pessoas com diabetes apresentam excesso de glicose no sangue — e, 
consequentemente, possuirão mais hemoglobinas glicadas —, o exame pode ser utilizado para 
avaliar o controle da doença e também para auxiliar na identificação de pacientes que têm a doença 
e ainda não sabem. 
 
10. No caso da hemoglobina HbA, quais as forças que matem as suas cadeias unidas? 
Em geral, os mesmos tipos de interações que contribuem para a estrutura terciária 
(principalmente interações fracas, como ligações de hidrogênio e forças de dispersão de London) 
também mantêm as subunidades juntas para formar a estrutura quaternária. Em suma, interações 
do tipo hidrofóbicas, ligações de hidrogênio e interações iônicas. 
 
11. Explique os dois estados conformacionais da hemoglobina: tenso e relaxado. 
A hemoglobina existe em duas conformações diferentes: relaxada (estado de afinidade pelo 
oxigênio) e tensa (predominante na desoxiemoglobina). À medida que o oxigênio se liga à 
hemoglobina, a molécula da hemoglobina vai sofrendo alterações da conformação T para a 
conformação R, ou seja, uma subunidade afeta a afinidade de outra pelo oxigênio. 
 
12. Com qual destes estados a o O2 irá se ligar? 
O oxigênio liga-se à hemoglobina nos dois estados, no entanto, possui mais afinidade 
pelo estado R, estabilizando a hemoglobina neste estado conformacional. 
 
13. Explique a ligação de O2 de forma cooperativa. 
À medida que as moléculas de O2 vão sendo ligadas, 
a hemoglobina passa de um estado de baixa afinidade (T) 
para um estado de alta afinidade (R), ou seja, uma 
subunidade afeta a afinidade da outra pelo O2. A ligação 
cooperativa é manifestada pela curva sigmóide, 
permitindo-lhe ligar o O2 nos pulmões (onde a pO2 é alta) 
e liberar O2 aos tecidos (onde a pO2 é baixa). 
A primeira molécula de O2 que interage com a 
desoxiemoglobina o faz fracamente, pois ela se liga a uma 
subunidade no estado T. Sua ligação causa alterações 
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conformacionais que são transferidas às subunidades adjacentes, facilitando a ligação das demais 
moléculas de oxigênio. A última molécula de O2 se liga ao heme de uma subunidade que já está no 
estado R: 
• No modelo “combinado” (a), as subunidades estão no mesmo estado conformacional, 
mudando de conformação simultaneamente. 
• No modelo “sequencial” (b), a ligação com o ligante induz a uma mudança na subunidade 
individual, que, por sua vez, altera a conformação da subunidade adjacente, aumentando a 
probabilidade de ligação do ligante nesta. 
 
14. Explique a importância da propriedade de cooperatividade para a função da hemoglobina. 
É importante pois facilita a ligação do oxigênio às hemoglobinas, aumentando sua 
eficiência. 
 
15. A hemoglobina pode funcionar como um tampão, transportando prótons H+. Onde ocorre 
a ligação desses prótons na estrutura da hemoglobina? 
Nos tecidos periféricos. Além de carregar o oxigênio dos pulmões para as células, a 
hemoglobina transportaH+ e CO2 do metabolismo celular para os pulmões. A hemoglobina 
transporta para pulmões e rins 40% do H+ e até 20% do CO2. 
16. A hemoglobina pode transportar CO2, formando a carbaminoemoglobina. Em que local da 
molécula ocorre a ligação com o CO2? 
O CO2 liga-se como carbamato ao grupo N-terminal da β-globina (e, menos 
frequentemente ao da α-globina), formando a carbaminoemoglobina. 
 
17. Explique o efeito Bohr: 
A liberação do oxigênio pela hemoglobina é aumentada quando o pH diminui. 
 
 
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18. Explique o efeito Haldane: 
A carboxilação diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2, uma vez que os carbamatos 
formam pontes salinas que auxiliam na estabilização do estado T, liberando o O2 da hemoglobina. 
Nos pulmões, ao contrário, a oxigenação da hemoglobina diminui a afinidade da hemoglobina pelo 
CO2. 
 
19. Explique o efeito do 2,3-bisfosfoglicerato na afinidade da hemoglobina pelo O2: 
2,3-Bifosfoglicerato: responsável por reduzir a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. Sua 
concentração está aumentada em hipóxia e em grandes altitudes, facilitando a liberação de 
oxigênio para os tecidos, uma vez que ele estabiliza a hemoglobina no estado T. 
 
20. Explique a toxicidade do CO, em relação ao transporte e liberação de O2 para os tecidos pela 
hemoglobina. 
O CO também se liga ao heme, no local de ligação do O2, excluindo o O2 do sítio de ligação. 
Além disso, quando o CO se liga a uma ou duas subunidades da hemoglobina, a afinidade pelo O2 
aumenta, liberando pouco oxigênio para os tecidos. A ligação com o CO é 250 vezes maior do a 
que a ligação com o O2. O complexo hemoglobina-CO denomina-se carboxiemoglobina (COHb). 
 
21. Na anemia falciforme, há uma mutação gênica que modifica a HbA para a hemoglobina 
falcêmica ou HbS (α2βs2). Na HbS, a estrutura primária da β-globina está alterada: um 
resíduo de Glu da posição 6 é substituído por um resíduo de Val. Explique as consequências 
desta alteração na estrutura e função da hemoglobina. Explique as consequências na 
estrutura e função do eritrócito, e na oxigenação dos tecidos. 
Uma mutação de base única, na posição do aminoácido 6 da β-globina, resulta na 
conversão de um códon GAG para GTG, levando à substituição do aminoácido carregado 
negativamente Glu, pelo aminoácido hidrofóbico Val. Essa substituição resulta em uma β-globina 
mutante (βs - globina) com duas cargas negativas a menos, e na formação da hemoglobina 
falcêmica (HbS - α2β s 2). Dessa forma, cria-se um ponto de contato hidrofóbico “adesivo”, no 
qual a Val (β-6) interage com o heme, a Phe (β-85) e a Leu(β-88) da cadeia de βs -globina da 
molécula adjacente de HbS. A interação ocorre na HbS desoxigenada. Assim, devido a esses pontos 
de contato, a forma desoxigenada das hemoglobinas falcêmicas (desoxi HbS) associam-se entre 
si, formando agregados proteicos na forma de fibras alongadas insolúveis (gel semi-sólido). 
• Quando a forma desoxigenada da HbS permanece nos capilares por um tempo maior que 
15s, sem oxigênio, os agregados proteicos insolúveis (hemoglobina em gel) alteram a forma 
do eritrócito. 
• Os polímeros de HbS injuriam o eritrócito levando: 
o Ao dano no citoesqueleto de membrana; 
o À redução na concentração de cátions (prejuízo na homeostase do K+) e água; 
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o À distribuição alterada de lipídios de membrana, ou seja, há deformação e o enrijecimento 
da membrana celular eritrocitária. 
• Na Vasculatura, o eritrócito falciforme é mais aderente ao endotélio e à outras células do 
sangue, causando vaso-oclusão. 
• Ocorre hemólise, principalmente extravascular, devido ao sistema reticuloendotelial 
(monócitos, macrófagos, micróglia, células de Kupffer) que reconhece as células 
falciformes e as destroem. 
• Alguns eritrócitos danificados sofrem destruição intravascular, liberando excessiva 
quantidade de hemoglobina na circulação, causando: 
o Depleção da haptoglobina (glicoproteína produzida pelo fígado que se liga à 
hemoglobina após a hemólise, formando um complexo removido pelas células de 
Kupffer); 
o Liberação de heme no plasma e, consequentemente, sequestro do NO (que se liga 
ao hemeSNO-hemoglobina) e formação de metamoglobina (4 globinas contendo 
Fe3+ - sem afinidade pelo O2), o que leva a um prejuízo na homeostase vascular, 
provocando vasoconstrição, dano oxidativo e eventos pro-inflamatórios. Ocorre a 
formação de trombos, acidose e infarto de órgãos.