Transp de Gases I e II - Bioq Fisio

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Bioquímica Fisiológica
Transporte de Gases I
Conceitos e finalidade da respiração: Fazer o intercâmbio de gases – O2 e CO2.
● Nos seres vivos heterotróficos:
○ Durante o processo de oxidação de nutrientes,
há o consumo contínuo de O2 e geração de
CO2 e compostos “ricos em energia”, como o
ATP para a organização e o funcionamento das
células individualmente e do organismo como
um todo.
○ Durante o processo de oxidação de nutrientes,
há o consumo contínuo de O2 e geração de
CO2 e compostos “ricos em energia”, como o
ATP para a organização e o funcionamento das
células individualmente e do organismo como
um todo.
● Por este motivo é fácil de entender a necessidade dos
animais de um fluxo constante de O2 para as células,
bem como da remoção eficiente de CO2, um resíduo
do metabolismo.
A transição da via anaeróbica para a aeróbica foi uma etapa importante na evolução porque
revelou um reservatório rico em energia.
Transporte de Gases
Os vertebrados desenvolveram dois mecanismos principais para fornecer um suprimento
adequado de oxigênio para as células:
● Sistema circulatório;
● Proteínas de transporte:
○ Hemoglobina (Hb):
■ eritrócitos (hemácias);
■ transporte de O2, CO2 e H+ (transporta H+ para evitar a acidez do sangue;
● Proteínas de armazenamento de O2:
○ Mioglobina (Mb):
■ músculos;
■ armazenar O2 e facilitar o transporte de oxigênio no músculo T;
Baixa solubilidade do O2 no plasma sanguíneo O sangue
desses organismos deve conter um transportador de O2.
Hemoglobina
Funções da Hemoglobina (Hb)
● Transporte de O2 do órgão respiratório para os tecidos
periféricos;
● Transporte de CO2 e prótons dos tecidos periféricos para
o órgão respiratório;
● A afinidade do O2 pelo transportador responde às mudanças das condições fisiológicas;
A presença de hemoglobina nas hemácias permite que o sangue transporte 30 a 100
vezes mais O2 do que seria transportado dissolvido no sangue.
O CO2 , assim como o O2 , também se combina com substâncias químicas no sangue que
aumentam o transporte de CO2 em 15 a 20 vezes.
Estrutura da Hb
● É uma proteína globular (formato esférico) tetramérica (por possuir 4 subunidades);
● Formada por dois pares de cadeias polipeptídicas diferentes (alfa 1 e 2, beta 1 e 2
geralmente) cada uma ligada a um grupo prostético Heme;
● As propriedades da Hb são consequências de suas estruturas primária, secundária,
terciária e quaternária;
● Um hemoglobina pode carregar até 4 moléculas de O2;
Tipos de hemoglobina:
1. Hemoglobina A (HbA) - α2β2
2. Hemoglobina A2 (HbA2 ) - α2δ2
3. Hemoglobina embrião - cadeias zeta (ξ), do tipo
α; e cadeias épsilon (ε), do tipo (β)
4. Hemoglobina fetal (HbF) - α2 γ2 – é mais ávida
por oxigênio do que HbA
HbA (hemoglobina normal de adulto)
● Proteína globular composta de α-hélices α2β2 (ou dímero αβ);
● Cada cadeia possui um grupo prostético heme:
○ Polipeptídeo – 141 resíduos de aminoácidos;
○ Polipeptídeo – 146 resíduos de aminoácidos;
● As subunidades α e β são codificadas por genes diferentes e
apresentam estruturas primárias diferentes;
O grupo prostético heme está localizado numa fenda ou bolsão hidrofóbico
através da interação com 2 histidinas:
● AA polares;
● AA apolares;
A associação entre subunidades diferentes é mais forte que entre subunidades
iguais: quando a Hb é suspensa em solução concentrada de ureia, o
tetrâmero se dissocia em dímeros αβ.
Heme
● Sintetizado nas células aeróbicas através de uma via metabólica que reúne inúmeras
enzimas (citosólicas e mitocondriais).
● Na última etapa, um íon Fe2+ é incorporado pela protoporfirina IX, originando o HEME (cor
vermelha intensa).
● Possui 4 anéis pirrólicos que se ligam ao Fe2+ , decorrente deste ligação, ocorre a ligação
do O2 para ser transportado;
Interação da globina com o heme em presença de O2
Nas globinas, o Fe2+ hemínico faz 6 ligações de coordenação: 4 ligações
planares com os N dos anéis pirrólicos da protoporfirina e 2
perpendiculares ao plano do heme.
O íon Fe++ liga-se aos átomos de nitrogênio dos núcleos pirrólicos (A a D)
do anel porfirínico, à molécula de O2 e ao grupo imidazol da histidina
proximal (His 87). Desoxi-Hb.
Estrutura do heme na Hb oxigenada
O Fe++ está levemente para fora do plano da porfirina no grupo
heme da desoxi-Hb, mas se move para o plano do heme, quando há
oxigenação (Oxi-Hb).
● Esta mudança conformacional se estende a todas as subunidades;
● Resulta em uma maior afinidade de O2 por outros sítios heme desocupados;
Esta cinética de ligação cooperativa, uma propriedade que permite a hemoglobina ligar
quantidade máxima de O2 no pulmão e liberar quantidade máxima de O2 nos tecidos periféricos.
DesoxiHb (forma T) e oxiHb (forma R)
Forma T (tensa) - não há ligação do O2, com
isso a sua conformação é de um maior
afastamento entre as cadeias betas;
Forma R (relaxada) - há estreitamento entre as
cadeias beta; Independentemente do ligante
usado para induzi-la (O2 , CO, CN-);
Porque a cinética de ligação cooperativa do
O2 é importante?
● A ligação da 1ª. molécula de O2 resulta
em mudanças conformacionais na Hb,
facilitando a ligação das outras 3
moléculas de O2.
● Esta propriedade permite a Hb ligar quantidade máxima de O2 no órgão respiratório e
liberar quantidade máxima de O2 nos tecidos periféricos.
● A estrutura quaternária confere à Hemoglobina propriedades adicionais, que estão
ausentes na Mioglobina, permitindo a regulação precisa de sua afinidade pelo O2.
Mioglobina
● Proteína monomérica (153 AA), globular;
● Possui uma única cadeia polipeptídica em α-hélice;
● Possui um grupamento prostético HEME, localizado na fenda
hidrofóbica, responsável pela ligação com o O2;
● Possui apenas um sítio para ligação de O2;
● Presente no citosol das células musculares, fornecendo um
suprimento de reserva de O2 disponível quando houver necessidade;
● Aumenta a solubilidade efetiva de O2 nas células musculares ligando/desligando o O2
para aumentar a sua velocidade de difusão;
A estrutura tetramérica da Hb confere à molécula maior controle da afinidade pelo O2
A Mioglobina, composta por uma única cadeia polipeptídica, é uma proteína
armazenadora de oxigênio presente no tecido muscular de mamíferos. Apresenta alta afinidade
por O2.
A Hemoglobina, composta por quatro cadeias polipeptídicas (dois dímeros α e β), é uma
proteína transportadora de oxigênio. Apresenta afinidade variável por O2.
A hemoglobina apresenta “cinética” de ligação cooperativa, uma propriedade que permite
à hemoglobina ligar quantidade máxima de O2 no pulmão e liberar quantidade máxima de O2 nos
tecidos periféricos.
Formas de Hemoglobina
● Hb – desoxihemoglobina, ferrohemoglobina ou Hb reduzida, heme com Fe2+;
● HbO2 – oxihemoglobina, Hb-Fe2+ totalmente oxidada, contém 4 O2 / molécula de Hb;
● HbCO2 – carbohemoglobina, Hb-Fe2+ combinada com CO2;
● HbCO – carboxihemoglobina (Hb-Fe2+ pode se combinar com até 4 moléculas de CO),
fotossensível, dissocia-se em presença de luz liberando CO, tem coloração vermelho
cereja brilhante:
○ A afinidade da Hb pelo CO é 200 X maior do que pelo O2;
○ A afinidade da Mb pelo CO é 37 X maior do que pelo O2;
● HbNO – muito estável. Hb-Fe2+ pode se combinar com até 4 moléculas de NO;
● MetHb – metahemoglobina, Hb-Fe3+ . Não se liga ao O2 nem ao CO. Met-Hb é formada
em pequena quantidade, sendo enzimaticamente reduzida a Hb;
● Hb glicosilada – Hb-Fe2+ glicose no eritrócito se liga ε-amino Lis terminal Hb – reflete a
concentração média de glicose sanguínea (vida eritrócito = 60 dias);
Anemia Falciforme e Hb falciforme HbS (α2S2)
● 1 em cada 100 africanos do oeste sofre de anemia falciforme;
● As duas cadeias beta estão mutadas (SS);
● Indivíduos com caráter falcêmico têm resistência a malária (ciclo do parasito na hemácia);
● Isto favoreceu o aumento da prevalência da HBS;
Causa
Acontece a troca do ácido glutâmico (Glu), aminoácido
polar, por valina (Val), aminoácido apolar, na posição 6 das
cadeias, gerando uma porção adesiva, ou seja, uma interação
hidrofóbica com resíduos Phe 85 e Leu 88 da cadeia de outra
molécula deHbS, determinando polimerização da HbS
desoxigenada.
A HbS desoxigenada tende a formar fibras que se
depositam no interior das hemácias, deformando-a.
Deformadas, as hemácias falcêmicas tem menor meia-vida, pois
são retiradas de circulação, causando anemia, ou obstrução dos
vasos sanguíneos e hemólise acentuada.
***Hemólise - alteração, dissolução ou destruição dos glóbulos vermelhos do sangue, tanto
fisiológica quanto patológica, com liberação de hemoglobina, ou seja, é o rompimento das
membranas das hemácias e o consequente lançamento no meio de hemoglobina e outras
substâncias.
Como ocorre o transporte dos gases respiratórios?
O transporte de gases respiratórios é essencial à manutenção da vida. Por forma a manter
o metabolismo celular, nomeadamente a respiração celular - processo responsável pela produção
da energia de que o organismo necessita -, as células precisam de receber, constantemente,
oxigénio e libertar vários metabólitos, entre os quais o dióxido de carbono, resultante da quebra
da molécula de glicose.
O oxigênio (O2), inspirado ao nível dos pulmões, difunde-se para o interior dos capilares
pulmonares, para o sangue venoso, onde irá ser transportado até às células, sob duas formas:
dissolvido no plasma ou ligado à hemoglobina, no interior dos glóbulos vermelhos.
O O2 é relativamente insolúvel na água, pelo que apenas cerca de 3 ml (2%) irão ser
transportados dissolvidos no plasma, por cada litro de sangue.
O principal modo de transporte deste gás respiratório é concretizado através da sua
associação à hemoglobina, molécula com a qual tem grande afinidade, estabelecendo uma
reação reversível, em que se forma oxiemoglobina (hemoglobina associada ao oxigénio). Cada
molécula de hemoglobina é capaz de transportar quatro moléculas de O2, existindo cerca de 280
000 000 em cada glóbulo vermelho.
Nos capilares sanguíneos, junto às células receptoras, o O2 desliga-se da hemoglobina e
liberta-se do plasma, difundindo-se para as células dos tecidos e órgãos, onde a sua
concentração é mais baixa.
O dióxido de carbono (CO2) pode ser transportado por três vias: dissolvido no plasma
(cerca de 8% do total transportado), ligado à hemoglobina (11%) e, em maior quantidade, sob a
forma de hidrogenocarbonato (HCO-3). Embora a formação deste íon possa ser espontânea, ela
ocorre a uma velocidade baixa,
sendo o processo acelerado pela
atuação de uma enzima, existente
nos glóbulos vermelhos, a
anidrase carbónica. O mecanismo
de reação é simples: o dióxido de
carbono difunde-se das células
para o sangue, reage com a água
no interior das hemácias, sob a
catálise da anidrase carbónica,
formando-se o hidrogenocarbonato
e H+. O HCO-3 passa para o
plasma, onde é transportado, e o
H+ liga-se à hemoglobina,
acelerando a libertação do
oxigénio. A reação é invertida nos
pulmões, libertando-se o dióxido de
carbono para o interior dos alvéolos
pulmonares.
Respiração nos organismos complexos
● A troca de gases com o meio externo é facilitada por diferentes meios:
● Ventilação pulmonar;
● Difusão de O2 entre os alvéolos e o sangue;
● Circulação;
● Existência dos gases sob uma forma combinada;
Superfícies respiratórias
Apesar da grande variedade de estruturas, todas as superfícies respiratórias apresentam
características comuns:
● Umidade – todas são superfícies úmidas, o que facilita a difusão dos gases dissolvidos;
● Paredes finas – facilitam a difusão, estas superfícies são geralmente formadas por tecido
epitelial pavimentoso com uma única camada de células de espessura;
● Ventilação – novas moléculas de oxigênio são constantemente trazidas para contato com
a superfície respiratória, a água ou ar devem ser renovados frequentemente;
● Vascularização – presente sempre que existe difusão indireta, deve ser feita por vasos de
parede fina, como os capilares, para reduzir a espessura a atravessar pelos gases;
● Grande área de troca – a superfície respiratória deve ser extensa, de modo a que o
contato com o ar ou água seja máximo e a velocidade de difusão elevada;
Pulmões e alvéolos pulmonares
● 1,5 x 108 alvéolos/pulmão;
● Parede extremamente fina e altamente vascularizada por capilares, diminuindo a distância
entre os gases alveolares e o sangue nos capilares pulmonares;
● Área superficial total das membranas respiratórias funcionais: 70 – 100 m2;
● Quantidade de sangue presente nos capilares dos pulmões: 100 mL;
Alvéolos Pulmonares
Transporte de Gases II
Troca gasosa nos pulmões e nos tecidos periféricos
O ar inspirado entra rico em O2, ou seja, em alta concentração, devido a isso, o O2 possui
uma tensão ou pressão parcial de 159 mm Hg, e ao chegar no pulmão, sendo mais específico
nos alvéolos pulmonares, essa tensão é diminuída um pouco, passando para 100 mm Hg (sendo
alta ainda). Já a pressão parcial do CO2 dentro dos alvéolos pulmonares é de 40 mm Hg.
Com isso, o sangue venoso, que veio dos tecidos periféricos, passa pelo pulmão com alta
concentração de CO2, tendo uma pressão de 46 mm Hg, e baixa concentração de O2 com
pressão de 40 mm Hg. Desse modo, os gases vão passar de onde eles estão de maior
concentração para onde eles estão em menor concentração.
Então, o O2, que está em alta concentração,dentro dos alvéolos passa para o sangue
venoso com uma diferença de pressão parcial de 60 mm Hg (100 [ar inspirado] - 40 [sangue
venoso] = 60 mm Hg), com isso, o sangue venoso irá equilibrar a pressão dos gases igual nos
alvéolos (PO2=100 mm Hg / PCO2=40 mm Hg), passando, então, a ser um sangue arterial, rico
em O2.
Em relação ao CO2 vindo dos tecidos, chega ao alvéolos pelo sangue venoso com a
pressão parcial de 46 mm Hg, tendo uma diferença de pressão parcial de apenas 6 mm Hg, mas
é o suficiente para ocorrer essa troca porque o CO2 possui uma capacidade de dissolução muito
maior que a do O2.
Quando o sangue arterial rico em O2 chega nos tecidos periféricos, que já gastou o O2 em
suas reações metabólicas ficando pobre em O2 e com PO2 igual a 40 mm Hg, possui a diferença
de pressão novamente de 60 mm Hg, que facilita a liberação e entrada do O2 nos tecidos.
Já o CO2 liberado do metabolismo celular nos tecidos, entra no sangue venoso com a
diferença de PCO2 de 6 mm Hg.
***mm Hg = milímetro mercúrio
Então, quais características dos gases permitem as trocas gasosas nos tecidos e
pulmões?
A característica dos gases que permite a troca gasosa é a diferença de pressão parcial dos
gases, tanto nos alvéolos pulmonares, com o ar inspirado, quanto nos tecidos periféricos. Outro
fator que contribui para que ocorra essa troca gasosa é a concentração dos gases que entram e
que saem, como a [O2] é maior no pulmão, acaba facilitando a troca de CO2 nos capilares
pulmonares por O2, que penetra por difusão nesses vasos sanguíneos. Já a [CO2] é bem maior
nos tecidos periféricos, devido ao metabolismo celular, o que facilita a realização dessa troca, ou
seja, a liberação de O2 para os tecidos e captação de CO2 dos tecidos. Além disso, existe a
capacidade de dissolução e difusão, onde o CO2 é 20 vezes maior do que a do O2.
Pressão parcial dos principais gases presentes no ar inspirado e no ar alveolar
O ar inspirado será mais rico em O2 do que CO2, ao contrário do ar expirado, que é rico em
CO2 do que O2.
***Valores aproximados.
Coeficiente de solubilidade dos principais gases em água e coeficiente de difusão
Outro fator importante para que haja a troca gasosa é o coeficiente de difusão, ou seja, a
capacidade do gás de solubilizar e difundir no meio aquoso.
O coeficiente de solubilidade do O2 é baixíssimo, em relação ao coeficiente de
solubilidade do CO2, que é muito maior, além de possuir um coeficiente de difusão também
elevado, ao contrário do O2, que é 20 vezes menor do que o CO2.
● Capacidade de difusão do CO2: é 20 vezes maior do que a do O2;
● Em condições de descanso: capacidade de difusão para O2 é 21 mL/min;
● Durante exercícios: esse valor pode aumentar ~3x devido ao aumento da área superficial
do sangue que perfunde os pulmões, ou seja, a capacidade de difusão do CO2 e do O2
aumentam muitoo indivíduo faz exercícios físicos, pois parece está ligado ao aumento da
superfície da área de contato pulmonar por dilatar mais, então, proporcionando esse
aumento na troca gasosa.
***Coeficiente de difusão - é a capacidade da molécula de difundir/dissolver em meio
aquoso;
Transporte de O2 no sangue
É feito por:
● Dissolução no plasma, 2%
a 3%;
● Oxihemoglobina (oxiHb),
cerca de 97% a 98%;
❏ A 38ºC, 1 L de plasma dissolve 2,3 mL de O2;
❏ 1 L de sangue contém 150 g de Hb (presente nos eritrócitos);
❏ 1 g de Hb se combina com 1,34 mL de O2 , portanto 150 g de Hb se combina com ~200
mL de O2, o que representa 87X a capacidade do plasma de carrear este gás;
***Sem o carreador de O2 o sangue deveria circular 87X mais rapidamente para fornecer a
mesma quantidade de O2 , necessitando de uma bomba mais potente e vasos mais
resistentes.
O transporte de O2 no sangue é feito, em sua maioria, pela Hb ou oxihemoglobina,
cerca de 97% a 98%, e o restante é feito a partir de dissolução no sangue, onde 1 L de plasma
dissolve 2,3 mL de O2, numa temperatura de 38ºC.
Transporte de CO2 no sangue
● Dissolução no plasma (6-10%);
● Composto carbamino ligado à Hb (10-15%);
● Bicarbonato/ácido carbônico (75-80%);
O transporte de CO2 no sangue é feito através do bicarbonato/ácido carbônico, cerca
de 75% a 80%, onde a enzima anidrase carbônica atua de forma a hidratar o CO2, tendo como
produto o ácido carbônico (ácido fraco), e posteriormente esse ácido carbônico se dissolve
espontaneamente em bicarbonato com a liberação de H+. Outra forma de transporte é através do
composto carbamino ligado à Hb, cerca de 10% a 15% do CO2, que se dá pela formação e
interação do CO2 com o N-terminal das cadeias da Hb, em sua porção proteica. E a última forma
de transporte de CO2 é feita por dissolução no plasma, cerca de 6% a 10%.
O CO2 produzido pelo metabolismo das células dos tecidos periféricos atravessa a
membrana para o plasma sanguíneo por difusão, e do plasma para a hemácia, que a partir da
enzima anidrase carbônica presente na hemácia, faz a hidratação do CO2, resultando em ácido
carbônico, que espontaneamente se dissocia em H+ e bicarbonato, que por sua vez sai para o
plasma.
Já no pulmão, o composto carbamino ligado à Hb é dissociado, havendo a reação inversa,
onde o bicarbonato é ligado novamente a molécula de H+ na hemácia, formando e liberando
como produto final CO2 e H2O, que irão para o alvéolo pulmonar.
Esse processo de troca gasosa ocorre devido a diferença de pressão parcial no pulmão
com o sangue venoso.
Curvas de saturação da Mb e da Hb com o O2
1. Ao deixar os capilares
pulmonares, a tensão de O2 no
sangue é 104 mm Hg (Hb está
97% saturada);
2. Ao retornar aos pulmões, a
tensão de O2 no sangue é 40
mm Hg (Hb está ≈ 60%
saturada);
3. A cooperatividade na
transição
oxigenação-desoxigenação
da Hb é a causa de sua curva
de saturação ter aspecto
sigmóide, e uma das razões da
afinidade variável da Hb pelo
O2;
4. A Mb não apresenta
cooperatividade e sua curva de saturação é hiperbólica;
Análise do gráfico: O gráfico é formado por curvas sigmoidais (exceto a curva da Mb), o gráfico
também mostra a pressão/tensão de O2 (PO2) no eixo X e o percentual de saturação, ou seja, o
quanto de oxigênio está ligado a Hb ou a mioglobina.
A pressão parcial do O2 nos alvéolos é de aproximadamente de 100 mm Hg (traço
vermelho), já nos tecidos a PO2 é de 40 mm Hg (traço amarelo).
Quando a PO2 for de 40 mm Hg nos tecidos, a Hb estará
60% saturada, devido a liberação do O2 nos próprios tecidos, ou
seja, sua capacidade de saturação varia de acordo com a
variação da pressão do O2. Comparando com a mioglobina, que
não forma uma curva sigmóide porque sua afinidade pelo O2
não varia e é altíssima, na PO2 40 mm Hg, a Mb já está
praticamente 100% saturada.
Quando estamos fazendo exercício físco, a PO2 for 20
mm Hg, a captação de O2 pela Hb aumenta. Numa pressão
menor.
Curva de saturação da Hb e Mb
Por que a afinidade da Hb pelo O2 é 26
vezes menor do que a da Mb, se as
proteínas possuem as estruturas 3D de
suas cadeias globínicas (ambiente onde
está o complexo heme-Fe2+ ~ O2 ) tão
semelhantes ?
Quais são os mecanismos que fazem a
afinidade da Hb variar conforme o grau
de saturação em O2 ? Por que isso não
ocorre com a Mb ?
Respostas: De acordo com gráfico de
comparação entre a Hb e a Mb, se não
houvesse a cooperação da Hb a capacidade
de liberação do O2 seria apenas de 38%,
muito menor comparando com a capacidade
normal de 66%, com a cooperatividade da
Hb.
A coorperatividade acentua a liberação de O2 pela Hb. Isso acontece porque a
coorperatividade entre os pontos e ligação de O2 à Hb entrega mais O2 aos tecidos do que faria
a mioglobina, ou qualquer proteína não cooperativa,
mesmo uma com afinidade ótima por O2.
Vários fatores interferem na dissociação da
oxihemoglobina
I. Temperatura;
II. pH;
III. Tensão de CO2 e O2;
IV. Monóxido de Carbono (CO);
V. DPG ou BPG (2,3 difosfoglicerato);
I. Temperatura
Varía de 0ºC a 44ºC. Quanto maior a temperatura, maior é o deslocamento térmico,
e maior será a liberação de O2 pela Hb, com isso o deslocamento da curva de saturação
vai para a direita. Por isso, o aumento de temperatura durante o exercício facilita a
liberação de O2 no músculo. Já a diminuição da temperatura há um deslocamento da
curva para a esquerda, tornando a Hb com mais afinidade pelo O2, consequentemente
liberando menos O2.
II. pH
A diminuição do pH, ou seja, mais ácido, desfavorece a ligação da Hb com o O2, ou
seja, a curva de saturação se desloca para a direita, fazendo com que essa alta afinidade
que a Hb tinha pelo O2 acabe diminuindo, ocorrendo fácil liberação do O2. Já o aumento
do pH (mais básico) faz com que a Hb tenha maior afinidade pela molécula de O2, assim,
havendo menor liberação de oxigênio. Dessa forma, a curva de saturação se desloca para
a esquerda.
III. Tensão de CO2 e O2
A tensão ou pressão parcial do gás atua de forma em que esse gás passa para o
meio de maior concentração para o de menor concentração. Esse processo de troca
gasosa só ocorre devido a diferença de pressão parcial no pulmão com o sangue venoso.
IV. CO
A ligação do monóxido de carbono (CO) com a Hb ocorre no grupamento heme, no
F2+, possuindo maior afinidade pelo CO do que com o O2, sendo essa afinidade 200
vezes maior. Após ligação do CO na Hb, o O2 não consegue mais ligar-se a Hb, devido a
alta afinidade, assim, perdendo essa capacidade de ligação ao O2. Caso haja aumento na
[CO] a curva tende a se deslocar para a direita, assim, ocasionando o bloqueio de ligação
da Hb pelo O2, caso haja diminuição da [CO] não haverá bloqueio de ligação da Hb pelo
O2, tendo maior liberação dessa molécula para os tecidos. O monóxido de carbono é
tóxico e o aumento exacerbado de sua concentração no sangue pode levar o indivíduo à
morte, pois os sistemas e órgão não receberam o O2.
V. 2,3-difosfoglicerato (DPG) ou 2,3-bifosfoglicerato (BPG)
A DPG é um produto exclusivo do metabolismo das hemácias, e atua como regulador
alostérico negativo da Hb. O DPG liga-se na cavidade central da Hb e está ligação é
estabilizada por interações eletrostáticas com resíduos de
carga positiva, através do grupo amino do resíduo de Val
N-terminal das 2 cadeias da desoxiHb, porém não se liga à
oxiHb, levando a redução da afinidade da Hb pelo O2,
desse modo, facilitando a desoxigenação. O aumento de
DPG altera a curva de dissociação da Hb para a direita,
facilitando a liberação do O2, e caso haja diminuição do
DPG a curva andará para a esquerda, dificultando a
liberação e aumentando a afinidade pelo O2. Sem o
2,3-BPG a Hb seria um transportador de O2 ineficiente,
pois liberaria apenas 8% de sua carga nos tecidos.
● Uma molécula se liga ao centro do tetrâmero, no
espaçamento entre as cadeias proteica, que é
maior na estrutura T da Hb.
● Na transição T para R, este espaço é reduzido e o
2,3-BPG é liberado (as ligações são rompidas).
DPG (produto exclusivo do
metabolismo das hemácias):
é o regulador alostérico
negativo da Hb.
DPG → liga-se na cavidade
centralda Hb e esta ligação é
estabilizada por interações
eletrostáticas com resíduos de
carga positiva → grupo -amino
do resíduo de Val N-terminal
das 2 cadeias da desoxiHb,
mas não se liga à oxi Hb, com
redução da afinidade da Hb
pelo O2 , facilitando a
desoxigenação.
Ligação do O2 pela Hb pura comparada a Hb nas
hemácias. A Hb pura liga ao O2 mais firmemente do
que a Hb nas hemácias. Esta diferença se deve a
presença de 2,3-BPG nessas células.
Como este mecanismo foi descoberto? Sem o
2,3-BPG a Hb seria um transportador de O2 ineficiente,
pois liberaria apenas 8% de sua carga nos tecidos.
Aumento da produção de (DPG) em locais de altitude elevada
● Locais ao nível do mar a [DPG] plasmática é constante e ~5 mM.
● Indivíduos que habitam locais de altitude elevada, onde a atmosfera é rarefeita,
apresentam como mecanismo compensatório um aumento nos níveis da enzima
mutase, que é responsável pela formação do DPG.
● Em locais de altitudes elevadas, a [DPG] plasmática é mais elevada (≈8 mM), com
consequente diminuição da afinidade da Hb por O2 . Não há prejuízo da oxigenação dos
tecidos, apesar da pO2 atmosférica mais baixa eventualmente não ser suficiente para
saturar 100% a Hb.
Efeito do DPG na ligação do O2 à Hb
No nível do mar, a [DPG] no sangue humano
normal é ~5 mM.
A Hb está praticamente 100% saturada com O2 nos
pulmões, mas apenas com ~60% saturada nos tecidos,
desse modo, a quantidade de O2 liberada para os tecidos
é próximo de 40% da quantidade máxima que o sangue
pode transportar.
Em altitudes elevadas, a [DPG] no sangue humano
normal é ~8 mM.
A entrega de O2 cai 1/4 (40% para 30%). O aumento
da [DPG], diminui a afinidade da Hb pelo O2. Neste caso a
Hb deixa os pulmões menos saturada, mas tem a sua
capacidade de entrega de O2 aos tecidos aumentada, com
liberação de ~40%.
Afinidade da Mb, da HbF e da HbA pelo O2
As afinidades da Mb, HbF (Hemoglobina Fetal) e da HbA (Hemoglobina em
recém-nascidos) pelo O2 são diferentes.
Isso é importante porque em recém nascidos se tem uma variação da curva de saturação
para a esquerda de HbF pelo O2 do que as Hb maternas, isso acontece devido a maior afinidade
da HbF pelo O2 porque a HbF não se liga ao 2,3BPG como a Hb materna.
Efeito Bohr
O efeito Bohr acontece nos tecidos periféricos quando a afinidade da Hb pelo O2 diminui à
medida em que o pH também diminui (mais ácido), abaixo de 7,4, ou seja, quando a Hb se liga ao
oxigênio, ela libera prótons H+ e quando se desliga do O2, ela incorpora H+. Dessa maneira, se a
Hb é colocada num meio contendo excesso de prótons (pH mais baixo) ela diminui sua afinidade
pelo O2, e cede O2 com mais facilidade (menor afinidade). Caso seja colocada num meio de pH
mais elevado, ela aumenta sua afinidade pelo O2. Se essa alteração do pH não acontecesse,
apenas 66% do O2 seria liberado pela Hb.
● ~8% do CO2 é transportado dissolvido no plasma;
● ~12% do CO2 é transportado sob a forma de composto carbamino. Carga da Hb é alterada
de positivo para negativo, com a formação de pontes salinas, favorecendo a forma T a
liberar O2 para os tecidos;
● ~80% do CO2 é transportado no plasma sob a forma de HCO3-. O H+ liberado da
dissociação de H2CO3 é transportado ligado à Hb, favorecendo a forma T na liberação de
O2 para os tecidos;
Após a liberação de O2 para os tecidos Hb transporta CO2 e H+ para os pulmões.
A regulação da ligação do O2 por H+ e CO2 é chamada de efeito Bohr.
● A afinidade da Hb por O2 diminui à medida que o pH diminui de um valor de 7,4. Em
consequência, à medida que a Hb move-se para uma região de pH menor, aumenta sua
tendência a liberar O2;
1. A Hb vem do pulmão, onde o pH = 7,4 e a pO2
= 100 torr;
2. No músculo ativo, o pH =7,2 e a pO2 = 20 torr;
3. Há liberação de 77% da capacidade total de
transporte de O2;
4. Apenas 66% do O2 seria liberado sem alteração
no pH;
5. Os músculos ativos geram ácido lático tão
rápido que reduzem o pH do sangue que os
irriga para 7,2;
6. Em pO2 de 20 mmHg libera ~ 10% mais O2 em
pH 7,2 que em 7,4;
Efeito Haldane
O efeito Haldane acontece no pulmão quando a Hb se
liga ao O2, e sua afinidade pelo CO2 é diminuída, ocorrendo a
liberação de H+ que se combina com HCO3-, formando CO2
para ser liberado pelos pulmões. Isso ocorre devido a elevada
tensão de O2 e baixa tensão de CO2. Assim, em meio de menor
pressão de CO2, a afinidade pelo O2 aumenta, e em meio de
maior pressão de CO2, a afinidade de O2 diminui. Com a
Ligação de O2 ao heme, há liberação de CO2 do composto
carbamino.
● Elevada tensão de O2 e baixa tensão de CO2;
● Ligação de O2 ao heme, acomete na liberação de H+ que se combina com HCO3-
(bicarbonato), formando CO2 + H2O para serem liberados pelos pulmões;
Desvio dos cloretos
O desvio dos cloretos acontece tanto nos tecidos periféricos quanto nos pulmões, quando
o ácido carbônico formado nas hemácias se dissocia em íons hidrogênio e bicarbonato.
Porém, grande parte dos íons hidrogênio se combina com a hemoglobina, pois essa proteína é
um potente tampão ácido-básico. Com isso, a maioria do bicarbonato se difunde para o plasma
enquanto os íons cloreto se difundem para as hemácias, tomando o seu lugar, ocorrendo no
plasma dos tecidos periféricos. Ao chegar nos alvéolos pulmonares, acontece a reação inversa,
onde o bicarbonato é incorporado pela hemácia e há a liberação dos íons de cloreto no plasma.
Dessa forma, o cloreto das hemácias no sangue venoso é maior do que o das artérias.
Formação de radicais livres
O oxigênio possui a capacidade de formar radicais livres, isso acontece quando o O2 se
liga à Hb normal, grupamento Heme Fe2+, tornando esse Fe2+ em Fe3+ (ânion superóxido),
devido a isso, essa Hb é chamada de metahemoglobina (MetHb).
Desse modo, a MetHb não se liga mais ao O2 e nem ao CO, perdendo essa capacidade
de ligação. Entretanto, a Met-Hb é formada em pequena quantidade, sendo enzimaticamente
reduzida a Hb.
Regulação da afinidade da Hb pelo O2
A regulação da afinidade da Hb pelo O2 é o resultado do:
1. Efeito Bohr;
2. Influência do DPG;
3. Cooperatividade positiva;
A p50 (pressão parcial de O2 correspondente a 50% de saturação) aumenta
progressivamente à medida que os moduladores são adicionados ao meio.
O efeito Bohr (presença de CO2) e o DPG juntos diminuem em cerca de 2,6 vezes a
afinidade da Hb pelo O2.