Hemoglobina e Hemoglobinopatias

Prévia do material em texto

Proteínas Globulares
1. Hemeproteínas Globulares
Hemeproteínas são um grupo de proteínas especializadas, que possuem o grupo heme como grupo prostético firmemente ligado.
· No citocromo o heme funciona como carreador de elétrons
· Na enzima catalase o heme é parte do sítio ativo da enzima
· Na hemoglobina e na mioglobina o heme serve para ligar de forma reversível ao oxigênio
Estrutura do Heme
O heme é um complexo de protoporfirina IX e íon ferroso. O ferro faz ligações com quatro nitrogênios do anel porfirínico e possui duas ligações livres sendo que na mioglobina e na hemoglobina, uma delas é com o resíduo de histidina da molécula da globulina e a outra com o oxigênio.
Estrutura e função da Mioglobina
A mioglobina presente no coração e no músculo esquelético funciona como um reservatório e carreador de oxigênio. A mioglobina é uma molécula compacta com uma única cadeia polipeptídica, com o interior da molécula constituído quase que inteiramente por aminoácidos apolares, com interações hidrofóbicas estabilizando sua estrutura, e aminoácidos carregados quase exclusivamente na superfície da molécula, onde formam ligações de hidrogênio entre si e com a água. O grupo heme se situa em uma fenda da molécula de mioglobina constituída quase exclusivamente por aminoácidos apolares, exceto pela histidina proximal, que se liga diretamente ao íon ferro do grupo heme, e pela histidina distal, que ajuda a estabilizar a ligação do oxigênio ao íon ferroso.
 Estrutura e função da Hemoglobina
A hemoglobina é encontrada exclusivamente nos eritrócitos, tendo como principal função o transporte de oxigênio. A hemoglobina A é composta por quatro cadeias polipeptídicas – duas alfa e duas beta – unidas por interações não covalentes, em especial por interações hidrofóbicas. O tetrâmero da hemoglobina pode ser considerado como a associação de dois dímeros idênticos (αβ).
· Forma T: forma desoxigenada em que os dois dímeros interagem por meio de uma rede de ligações iônicas e ligações de hidrogênio, que restringe o movimento das cadeias polipeptídicas, sendo a forma de baixa afinidade pelo oxigênio.
· Forma R: a ligação do oxigênio à hemoglobina causa a ruptura de algumas ligações iônicas e ligações de hidrogênio entre os dímeros αβ, as cadeias polipeptídicas possuem maior liberdade de movimentos, tendo maior afinidade pelo oxigênio.
Ligação do oxigênio à Mioglobina e à Hemoglobina
A mioglobina pode ligar-se somente a uma molécula de oxigênio enquanto que a hemoglobina liga-se a quatro.
· Mioglobina: possui uma curva de dissociação do oxigênio em forma hiperbólica, apresentando maior afinidade pelo oxigênio.
· Hemoglobina: possui uma curva de dissociação do oxigênio em forma sigmoidal, indicando que as subunidades cooperam na ligação do oxigênio. A ligação de uma molécula de oxigênio a um dos grupos heme aumenta a afinidade por oxigênio dos grupos heme restantes na mesma molécula de hemoglobina.
Efeitos Alostéricos
A ligação do oxigênio à mioglobina não é afetado por efetores alostéricos, enquanto que a ligação da hemoglobina ao oxigênio é afetada por efetores alostéricos.
· Interação Heme-Heme: a ligação cooperativa do oxigênio permite à hemoglobina liberar mais oxigênio aos tecidos em resposta a variações relativamente pequenas na pressão parcial do oxigênio.
· 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 pCO2 aumentada, deslocando a curva de dissociação do oxigênio para a direita e estabilizando o estado T. A forma desoxi da hemoglobina possui maior afinidade por prótons que a oxiemoglobina.
· Ligação do CO2: a maior parte do CO2 produzido no metabolismo é hidratado e transportado como íon bicarbonato, algum CO2 é carreado como carbamato, ligado a grupos amino N-terminais da hemoglobina, o que estabiliza a forma T.
· Ligação do CO: o CO liga-se fortemente ao ferro da hemoglobina, formando carboxiemoglobina. Quando o monóxido de carbono liga a um ou mais dos quatro grupos heme, a hemoglobina muda para a conformação relaxada, de modo que os grupos remanescentes ligam-se ao oxigênio com maior afinidade, logo a hemoglobina afetada é incapaz de liberar o oxigênio aos tecidos.
· Efeito do 2,3-bifosfoglicerato: o 2,3-BFG é um fosfato orgânico, sintetizado a partir de um intermediário da rota glicolítica, esse composto diminui a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio ao ligar-se à desoxiemoglobina, estabilizando a forma T. O 2,3-BFG liga-se a uma fenda formada pelas duas cadeias de β-globina, no centro do tetrâmero da desoxiemoglobina, onde contêm aminoácidos carregados positivamente. A concentração desse composto aumenta em resposta à hipóxia crônica, diminuindo a afinidade da hemoglobina ao oxigênio permitindo descarga maior de oxigênio nos capilares dos tecidos.
Hemoglobinas de Menor Ocorrência
· Hemoglobina A humana (Hb A): composta por dois polipeptídeos α-globina e dois polipeptídeos β-globina.
· Hemoglobina Fetal (Hb F): é um tetrâmero com duas cadeias α e duas γ, é a principal hemoglobina do recém-nascido, é possui afinidade maior por oxigênio do que a Hb A, pois liga-se fracamente ao 2,3-BFG. Quando o 2,3-BPG é removido tanto da Hb A quanto da Hb F, elas apresentam então afinidade semelhante por oxigênio. A maior afinidade da Hb F por oxigênio facilita a transferência do oxigênio da circulação materna para os eritrócitos do feto através da placenta.
· Hemoglobina Gower 1: composta por duas cadeias zeta e duas cadeias épsilon, estas últimas semelhantes às cadeias β são sintetizadas pelo saco embrionário.
· Hemoglobina A2 (Hb A2): é um componente menor da hemoglobina normal do adulto, sendo composta por duas cadeias α-globina e duas δ-globina.
· Hemoglobina A1c (Hb A1c): é a Hb A glicosilada, sendo encontrada nos eritrócitos de pacientes com diabetes melito.
2. Organização dos Genes das Globinas
Família dos Genes-α
O grupo de genes-α no cromossomo 16 contém dois genes para as cadeias de α-globina, e também apresenta o gene zeta que é expresso precocemente no desenvolvimento como um componente da hemoglobina embrionária.
Família dos Genes-β
Um único gene para a cadeia de β-globina está localizado no cromossomo 11, outros genes semelhantes aos da β-globina (o gene épsilon, dois genes γ e o gene δ) também estão presentes nesse cromossomo.
Síntese das Cadeias das Globinas
A expressão de um gene de globina inicia no núcleo de precursores dos eritrócitos.
3. Hemoglobinopatias
As hemoglobinopatias constituem uma família de doenças genéticas causadas pela produção de uma molécula de hemoglobina estruturalmente anormal, pela síntese de quantidades insuficientes de hemoglobina normal ou, raramente, por ambas. A anemia falciforme, a doença da hemoglobina C e a doença da hemoglobina SC são hemoglobinopatias qualitativas e as talassemias são hemoglobinopatias quantitativas.
Anemia Falciforme (Doença da Hemoglobina S)
A anemia falciforme é causada pela alteração de um único nucleotídeos (mutação pontual) no gene da cadeia de β-globina, é uma doença autossômica recessiva que ocorre principalmente na população afro-americana.
A doença não se manifesta no bebê até que uma quantidade suficiente de Hb F seja substituída pela Hb S, quando os eritrócitos começam a assumir a morfologia falciforme. Essa doença caracteriza-se por episódios dolorosos (crises), anemia hemolítica crônica com hiperbilirrubinemia e pelo aumento da suscetibilidade a infecções. Outros sintomas incluem síndrome aguda do peito, acidentes vasculares cerebrais (AVC), disfunção esplênica e renal e alterações ósseas devido à hiperplasia medular.
· Substituição de aminoácidos nas cadeias β da HbS: a Hb S contém duas cadeias de α-globina normais e duas de β-globinas mutantes, em que o ácido glutâmico da posição 6 é substituído pela valina, logo na eletroforese em pH alcalino, a Hb S migra mais lentamente em direção ao ânodo (eletrodo positivo), pois o resíduo de glutamato que é carregado negativamente é substituído por um de valina que éneutro e apolar.
· Alterações falciformes e anoxia tecidual: a substituição do glutamato por uma valina forma uma saliência na cadeia β-globina, a qual se associa de forma complementar a cadeia β de outra molécula de hemoglobina na célula. Em condições de baixa pressão de oxigênio, a desoxiemoglobina S polimeriza dentro dos eritrócitos, formando uma rede de polímeros fibrosos que distorce as células, produzindo eritrócitos rígidos e deformados. Essas células falciformes frequentemente bloqueiam o fluxo sanguíneo nos capilares de pequeno diâmetro, o que leva à anoxia localizada, causando dor e eventualmente infarto das células na vizinhança da área do bloqueio, levando também a um aumento na Hb S desoxigenada.
· Variáveis que aumentam a indução de células falciformes: a gravidade da doença é aumentada por qualquer variável que aumente a proporção de Hb S no estado desoxigenado, como diminuição da pressão de oxigênio, aumento da pCO2, diminuição do pH, desidratação e aumento da concentração de 2,3-BFG nos eritrócitos.
· Tratamento: o tratamento envolve adequada hidratação, analgésicos, antibioticoterapia agressiva em caso de infecção e transfusões em pacientes que apresentem alto risco de oclusão fatal de vasos. Transfusões intermitentes com concentrados de eritrócitos reduzem o risco de AVCs.
· Heterozigotos: os eritrócitos dos heterozigotos contêm tanto Hb S como Hb A, logo eles possuem traço falciforme, e apresentam uma vantagem seletiva, pois são menos suscetíveis à malária causada pelo Plasmodium falciparum, pois o parasita não pode completar seu estágio de desenvolvimento intracelular.
Doença da Hemoglobina C
A hemoglobina C é uma variante da hemoglobina com uma única substituição de uma aminoácido na posição 6 da cadeia de β-globina, sendo que o glutamato é substituído por uma lisina (aminoácido carregado positivamente), logo a Hb C move-se mais lentamente em direção ao ânodo. Pacientes com Hb C geralmente apresentam anemia hemolítica crônica, relativamente leve, não sofrem de crises de infarto e não necessitam de qualquer terapia específica.
Doença da Hemoglobina SC
Na doença da hemoglobina SC algumas cadeias de β-globina possuem mutação falciforme, e outras cadeias β possuem a mutação encontrada na doença da Hb C, logo o paciente com essa doença é duplamente heterozigoto (heterozigoto composto), pois ambos os gene para a cadeia β são anormais, embora diferentes um do outro. As crises dolorosas são menos frequentes e menos graves do que na anemia falciforme, e existe considerável variedade clínica na doença da hemoglobina SC.
Metemoglobinemias
A oxidação do grupo heme da hemoglobina ao estado de íon férrico (Fe3+) forma a metemoglobina, que não pode ligar-se ao oxigênio. Essa oxidação pode ser causada pela ação de certas drogas, como os nitratos, ou por produtos endógenos, como intermediários reativos do oxigênio e também por problemas genéticos como mutações nas cadeias de globinas α e β. Além disso, uma deficiência na NADH-citocromob5-redutase (enzima responsável pela conversão de metemoglobina em hemoglobina) leva ao acúmulo de metemoglobina. As metemoglobinemias são caracterizadas por "cianose chocolate" (uma coloração marrom-azulada da pele e das membranas de mucosas) e sangue cor de chocolate. Os sintomas estão relacionados com hipóxia tecidual, e incluem ansiedade, dor de cabeça e dispneia, e raramente pode ocorrer coma e morte. O tratamento usa azul de metileno, que se oxida ao reduzir o Fe3+.
Talassemias
As talassemias são doenças hemolíticas hereditárias, que ocorre um desequilíbrio na síntese das cadeias de globina. Nas talassemias, a síntese da cadeia α ou da β é defeituosa. Uma talassemia pode ser causada por uma série de mutações, incluindo deleções de todo o gene, ou ainda substituições ou deleções de um ou vários nucleotídeos no DNA.
· β-Talassemias: a síntese das cadeias β está diminuída ou ausente, enquanto que a síntese das cadeias α está normal. As cadeias α-globina não podem formar tetrâmeros estáveis, logo precipitam causando morte prematura das células inicialmente destinadas a tornarem-se eritrócitos maduros. Nessa doença ocorre acúmulo de Hb F e Hb A2. Indivíduos com defeitos no gene da cadeia β apresentam o traço de β-talassemia (β-talassemia menor) se tiverem apenas um dos genes defeituoso, ou β-talassemia maior (anemia de Cooley) se ambos os genes para a cadeia de β-globina forem defeituosos. Indivíduos com β-talassemia menor produzem algumas cadeias β e geralmente não necessitam de tratamento específico. Já pacientes com β-talassemia maior tornam-se gravemente anêmicos devido à eritropoiese ineficiente, observa-se também alterações esqueléticas, em função da eritropoiese extramedular, logo esses requerem transfusões de sangue regulares.
· α-Talassemias: a síntese das cadeias de α-globina está diminuída ou ausente, tipicamente como resultado de mutações por deleção. Se um dos quatro genes é defeituoso, o indivíduo é chamado de portador silencioso de α-talassemia, pois não apresenta qualquer das manifestações físicas da doença. Se dois genes da α-globina são defeituosos, o indivíduo é denominado como possuidor do traço de α-talassemia. Se três genes da cadeia a estão defeituosos, o indivíduo tem a doença da hemoglobina H (Hb H, β4) , uma anemia hemolítica leve a moderadamente grave. Se todos os quatro genes de α-globina são defeituosos, isso resulta na doença da Hb de Bart (γ4), com hidropisia fetal e morte do feto, pois as cadeias a são necessárias para a síntese de Hb F.