Hemoglobina e Metabolismo do Heme

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Hemoglobin� � Metabolism� d� Hem� 22/04/2021
Hemoglobina
- Estrutura
- Função
- Avaliação
Hemoglobinopatias
- Anemia Falciforme
- Talassemias (leitura)
- Metemoglobinemia (seminários)
Metabolismo do Heme
- Biossíntese
Porfirias
- Catabolismo
Icterícia e função hepática
Funçõe� d� Hemoglobin�
Transporte dos gases O2, CO2
Tamponamento do Sangue (pH) - Hb tem
histidina (pka prox do sangue)
Por qu� u� Sistem� d� Transport�?
Distribuição do oxigênio por difusão
limitaria tamanho
Sistema circulatório permite ampla
distribuição de sangue
Solubilidade dos gases demanda sistema
de transporte no sangue (gases tem baixa
solubilidade em líquidos, se formasse
bolhas geraria embolia, então é
necessário um transportador = Hb)
O transportador é a hemoglobina das
hemácias
Hemoglobin� (Hb)
Formada por 4 cadeias polipeptídicas,
sempre repetidas 2 a 2, de acordo com a
fase da vida (adulto, feto, embrião)
Cada cadeia contem um grupo heme,
como grupo prostético, onde se liga o
oxigênio, de forma cooperativa (a
ligação do primeiro oxigênio ao primeiro
dos 4 hemes, facilita a ligação do próximo,
fenômeno que se repete até a ligação do
quarto). A ligação do 4o é 300 vezes
mais fácil do que do primeiro
O oposto também é válido. O
desligamento de um oxigênio facilita o
desligamento dos outros.
A HbA2 representa apenas 2% da Hb dos
adultos
FERRO 2 (ferroso) , cada Hb tem 4
cadeias, pode levar até 4 O2
● globina pode ser a mioglobina,
alfa… (subunidades da Hb)
● Hb = 4 hemes+ 4 globinas
Cadeia� formadora� d� Hemoglobin�
Pré e pós natal
Alfa é produzida desde sempre, já a beta
começa quando nasce. A gama é
abundante apenas antes do nascimento
Estrutur� d� Hemoglobin�
Cristalografia de raio-X
O Grup� Pr�tétic� Hem�
Este grupo prostético é uma estrutura
hidrofóbica, não peptídica,
correspondendo à protoporfirina IX, com
um átomo de ferro no centro. Faz cerca
de 80 interações com a cadeia
polipeptídica, envolvendo 18 resíduos de
aminoácidos desta cadeia. Note que o
conjunto de aneis formam uma estrutura
planar aromática e o oxigênio se liga
perpendicular a este plano
O ferro ferroso (Fe2+) se liga aos 4
nitrogênios do anel porfirínico e ainda faz
mais duas ligações. No caso de Hb e Mb,
no plano perpendicular, uma delas é com
uma histidina da cadeia peptídica
(proximal) da globina e a outra está
disponível para ligar oxigênio. A histidina
distal não se liga diretamente. Apenas se
aproxima e estabiliza a ligação com o
oxigênio
- O grupo heme não é exclusivo da Hb e
Mb (está presente também em moléculas
como citocromos, catalase, óxido nítrico
sintase e peroxidase pois faz oxirredução,
tranfere elétrons..)
- O ambiente onde está inserida a
hemeproteína define sua função
- No caso da Hb e Mb o heme é capaz de
ligar e desligar oxigênio
- No caso do citocromo, ele liga e desliga
elétrons, permitindo sua passagem
- No caso da catalase, ele participa de
reação de oxirredução, transformando o
peróxido de hidrogênio em água e
oxigênio
A� Forma� Tens� (T) � Rel�ad� (R) d� Hb
Em termos de organização estrutural, a
hemoglobina é formada por dois
heterodímeros alfa/beta . A subunidade
alfa se liga à beta para formar estes
dímeros através de fortes interações
hidrofóbicas.
A ligação entre um dímero alfa/beta e o
outro se dá por ligações iônicas e pontes
de hidrogênio, na forma desoxigenada.
Quando a hemoglobina está oxigenada,
algumas destas interações entre os
dímeros são rompidas
A ligação ao oxigênio diminui o número
de pontes de hidrogênio entre os
dímeros e isso promove a transição da
forma tensa T (desoxigenada e com
maiores interações inter dímeros) para a
relaxada R da hemoglobina (oxigenada e
com menos interações inter dímeros),
facilitando a ligação de mais oxigênios.
Relaxada = oxigenada
Cooperatividad�
A cada molécula de O2 que se liga à
Hb, a afinidade de Hb por O2 aumenta,
pois Hb se abre (T→R) facilitando a
ligação de mais O2
A afinidade de ligação do quarto oxigênio
é 300 vezes maior do que a afinidade de
ligação do primeiro
Este fenômeno pode ser entendido
como um tipo de alosteria, pois a
ligação do oxigênio em um sítio específico
da molécula, modifica a afinidade desta
por outro oxigênio em outro sítio
É a cooperatividade que faz com que a
curva de dissociação da Hb seja
sigmoidal e não hiperbólica como a da
Mb
A Mb seria um péssimo liberador de O2
para os tecidos. Ela é funcional para
receber O2 da Hb. Nos músculos a
liberação de O2 pela Mb acontece sob
demanda
Curva� d� Dissociaçã� d� Oxigêni�
De acordo com a quantidade de O2
dissolvido no sangue muda a saturação.
Mb = mioglobina, continua saturada
independente da quantidade de O2
dissolvida (fica nos músculos).
HbF = hb fetal
Verde e azul tem um bom seletor para
saber quando libera O2 ou não.
Quando mais a direita mais fácil está a
liberação do O2 para tecidos (menor
afinidade com O2).
P50 = quantidade para saturar 50%
Influência� sobr� � Curv� d� Dissociaçã�
Ph diminuir, febre e aumento de DPG
(bis-fosfoglicerato) desloca o gráfico para
a direita - libera mais O2 no organismo.
Efeit� d� 2,3-BPG
O 2,3-BPG (2,3-bisfosfoglicerato),
erroneamente encontrado em alguns
livros como 2,3- DPG
(2,3-difosfoglicerato), é produzido pelas
hemácias e encontrado em grande
concentração dentro destas (quase a
mesma da Hb)
Ao se ligar à Hb, o 2,3-BPG diminui a
afinidade desta por O2, facilitando a
liberação deste nos tecidos
Se encontra em maior concentração nas
hemácias de indivíduos adaptados a
maiores altitudes (ar rarefeito) ou
indivíduos acometidos por anemia, onde a
celularidade presente não é suficiente
para liberar todo o O2 necessário
É produzido a partir de um desvio da via
glicolítica, por ação da enzima
bisfosfoglicerato mutase e pode ser
reintroduzido na via por ação de uma
fosfatase (vai ficar claro quando
estudarmos a via glicolítica)
Nas bolsas de sangue, o meio de
armazenamento reduz a concentração de
2,3-BPG, podendo ser um problema para
pacientes graves, pois no organismo a
concentração leva de 6 a 24 horas para
se normalizar. Nestes, as hemácias
transfundidas em vez de liberarem O2,
acabam absorvendo o disponível. Este
problema surge em transfusões de
grandes volumes
A hemoglobina fetal HbF, não apresenta o
sítio de ligação ao 2,3-BPG, logo, como
não se liga ao 2,3-BPG, HbF tem mais
afinidade por O2 do que HbA
(hemoglobina adulta), o que faz com que
o O2 migre do sangue materno para o
sangue fetal
Transport� d� CO2 (n� tecid�)
carbomino-Hb = Co2 na Hb
Transport� d� CO2 com� bicarbonat�
CO2 atravessa a membrana da hemácia e
sofre ação da anidrase carbônica e vira
bicarbonato (tecidos)
(pulmões) bicarbonato → Co2 (é
eliminado)
Oxímetr�
O oxímetro mede a saturação de Hb
com O2 (SatO2) de forma não invasiva.
Basta instalar o dispositivo em uma
extremidade translúcida (dedo ou orelha)
e vai haver emissão e avaliação da
fração absorvida a 660nm (visível) e
910nm (infravermelho). Nestes
comprimentos de onda, é possível
diferenciar HbO2 (oxihemoglobina) de
HHb (desoxihemoglobina). Ele mede
junto a pulsação e esta é necessária, para
eliminar interferentes. Apenas quando os
vasos expandem (batimento cardíaco),
SatO2 é considerada, pois é quando o
maior volume de sangue arterial está
passando - pico da pulsação é quando
tem sangue. A medida nos intervalos
desta expansão é subtraída, logo
interferentes como absorção por tecidos
ou esmalte, não influenciam e sabe-se
que a absorção observada foi do sangue.
Fosse num momento único não saberia
quanto da absorção é de tecidos do dedo.
Oxímetros monitores, mede o tempo
inteiro
Anális� d� Séri� Vermelh� d� Sangu� (Part� d�
Hemogram�)
● Contagem de Hemácias:
automatizado ou em câmara de
Neubauer sob microscópio
(número de hemácias por volume
de sangue – milhões/mm3)
● Hematócrito: centrifugação em
capilar (altura coluna de
hemácias/altura coluna total) (%)
● Concentração de Hb:
espectrofotometria (g/dL)
● HCM (Hb corpuscular média):
massa média de Hb/número de
hemácias (pg)
● VCM (Volume corpuscular médio):
hematócrito/contagem de
hemácias (volume médio de cada
hemácia em fentolitros)
● CHCM(concentração de Hb
corpuscular média):
Hb/hematócrito (g/dL)
● RDW (coeficiente de variação do
volume eritroc
Hemoglobinopatia�
Doenças genéticas que provocam
alterações da hemoglobina são chamadas
de hemoglobinopatias. Aqui vamos
estudar duas delas:
Anemia Falciforme Talassemias
Metemoglobinemias
Anemi� Falciform�
A troca de um aa na sequência primária
da β-globina, devido a uma mutação
gênica, altera sua carga líquida
• gene da -globina (normal) - 5'... CCT
GAG GAG ...3' Hemoglobina A
Val-His-Leu-Tre-Pro-Glu-Glu-Lis-
(hemoglobina normal)
• gene da -globina (mutado)
Hemoglobina S - 5'... CCT GTG GAG ...3'
Hemoglobina S
Val-His-Leu-Tre-Pro-Val-Glu-Lis-
Patofisiologi� Anemi� Falciform�
● Perde a forma bicôncava para a
forma de foice, perde a
adaptabilidade aos vasos, entope
pequenos vasos e os rompe por
serem rígidas.
● falcização é comum na hipóxia
(diminuição na oxigenação)
● Associada a regiões endêmicas de
malária - plasmodium tem o ciclo
dentro da hemácia normal.
● foice não transmite O2
Uma mutação pontual transforma a HbA
em HbS, por alteração do gene da
β-globina. Apenas em hipóxia, HbS
polimeriza e forma fibras que distorcem os
eritrócitos, que perdem a flexibilidade para
passar pelos capilares sanguíneos,
obstruindo estes, gerando mais hipóxia e
microinfartos, resultando em dor severa
O tratamento é feito pelo uso de
hidroxiuréia, que aumenta a circulação de
HbF (não tem beta, mas gama),
transfusões regulares, analgésicos,....
Nos EUA é a doença hereditária do
sangue mais comum, afetando 1 a cada
500 nascidos vivos entre os
afroamericanos (vantagem evolutiva em
região endêmica para malária). Por que?
A sobrevida média de um eritrócito
falciforme é de 20 dias, ou seja, 100 a
menos do que o normal, levando à
anemia e alterações ósseas, por
hiperplasia medular compensatória
Pode haver sobrecarga de ferro
● acompanha a migração para o
polo positivo (Hb A = normal)
● traço falcêmico = heterozigoto
Talassemi�
Quais as alterações de hemoglobina
encontradas na talassemia e quais os
tipos de talassemia?
Metabolism� d� Hem�
Biossíntese
● Porfirias
Catabolismo
● Bilirrubinas, Estercobilina,
Urobilina Icterícias
Bi�síntes� d� Hem�
● heme = molécula orgânica
sintetizada em diferentes células
a partir de glicina e succinil-coa
● Esses anéis são fotorreagentes,
por isso podem ocasionar porfirias
(urina / pele).
O turnover diário é grande, para substituir
as hemácias recolhidas da circulação
O fígado tem ALAS1 (pra fazer heme para
os citocromos) e o tecido eritróide ALAS2.
A deficiência de ALAS2 é ligada a X e
causa anemia sideroblástica
Quando se produz mais heme do que
globina, este se acumula, o Fe2+ vira
Fe3+ e se chama hemina, que inibe a
ALAS1 hepática.
ALA = aminolevulinic acid
ALAS = ALA sintase
A� Porfirina�
O heme é uma porfirina, ou seja, um
composto cíclico, formado por quatro
anéis pirrólicos unidos por pontes
metenila, que se liga facilmente a metais
PORFIRINAS são as moléculas e
PORFIRIAS são as doenças por
problemas de biossíntese e degradação
de algumas destas porfirinas
Porfiria�
O conjunto de doenças (EIN) provocados
por acúmulo de porfirinas (intermediários
da biossíntese do heme), são chamadas
de porfirias. Há porfirias hepáticas (P450
tem heme) e eritropoiéticas. A exposição
do paciente à luz, com estes
metabólitos acumulados, leva à
formação de radicais livres tóxicos e
lesões múltiplas. Há vários graus da
doença, e diferentes manifestações
inclusive cutâneas (lenda dos vampiros) –
autossômico dominante
O tratamento se dá com injeção de
hemina para inibir ALAS1, uso de
antioxidantes, como vit C, E, e A,
flebotomia para evitar acúmulo de ferro,
etc (o tratamento depende do tipo)
Envenenamento por Chumbo: inibição
de ferroquelatase e ALA-desidratase com
acúmulo urinário de protoporfirina e ALA.
Porfiria Intermitente Aguda: deficiência
de hidroximetilbilano sintase, com
acúmulo urinário de porfobilinogênio e
ácido -aminolevulínico, fazendo a urina
escurecer quando exposta à luz e ao ar.
Os pacientes não são fotossensíveis.
Porfiria Eritropoiética: deficiência de
ferroquelatase, com acúmulo eritrocitário,
medular e plasmático de protoporfirina. Os
pacientes são fotossensíveis.
Porfiria Variegata (aguda): deficiência de
protoporfirinogênio oxidase, com acúmulo
urinário de protoporfirinogênio IX e outros
anteriores à inibição. Os pacientes são
fotossensíveis.
Coproporfiria Hereditária (aguda):
deficiência de coproporfirinogênio
oxidase, com acúmulo urinário de
coproporfirinogênio III e outros anteriores
à inibição. Os pacientes são
fotossensíveis.
Porfiria Cutânea Tarda (crônica):
deficiência de uroporfirinogênio
descarboxilase, com acúmulo urinário de
uroporfirina. Os pacientes são
fotossensíveis e é a porfiria mais comum.
Sintomas mais tardios na vida, quando há
exposição ao sol (bolhas, lesões de pele).
Pode haver comprometimento hepático.
Evitar álcool e HCV.
Porfiria Eritropoiética Congênita:
deficiência de uroporfirinogênio III sintase,
com acúmulo urinário de uroporfirinogênio
I e coproporfirinogênio I. Os pacientes são
fotossensíveis.
Catabolism� d� Hem�
Após 120 dias na circulação, os eritrócitos
são capturados e degradados pelo
sistema reticuloendotelial (células
fagocíticas), no fígado e no baço
A bilirrubina resultante, cai na circulação,
ligada à albumina, por ser pouco solúvel,
e no fígado é glicuronidada, formando a
bilirrubina conjugada, ou direta
Fármacos de ligação à albumina podem
desligar a bilirrubina desta, permitindo que
chegue ao SNC, sendo neurotóxica,
especialmente para bebês
Aquela não-conjugada, é chamada de
indireta, apenas pela forma como é
medida no laboratório
Quando a reação de van den Bergh é
feita em solução aquosa, apenas a
conjugada (direta) reage com o ácido
sulfanílico diazotado, formando
azodipirróis vermelhos. Quando a reação
é feita em metanol, ambas são solúveis e
desta forma se mede a bilirrubina total.
Por subtração, se determina a bilirrubina
indireta
São indicadores de função hepática e
biliar
A incapacidade de conjugar, por
deficiência de bilirrubina glicuronil
transferase microssomal, gera a síndrome
de Crigler-Najjar I e II e de Gilbert. O
excesso de bilirrubina não-conjugada
pode penetrar o SNC (kernicterus)
Icteríci� (Jaundic�)
Na icterícia hemolítica, a quantidade de
heme gerada, supera a capacidade
hepática de conjugar a bilirrubina. É a
bilirrubina não-conjugada que promove a
icterícia. A enzima que faz a conjugação
hepática pode ter baixa atividade nos
neonatos, especialmente prematuros,
quando então, a fototerapia é utilizada
para converter a bilirrubina em compostos
mais solúveis para excreção renal,
impedindo que atravesse a barreira
hematoencefálica e lesem SNC
(encefalopatia bilirrubínica = kernicterus)
Na lesão hepatocelular o sistema de
conjugação da bilirrubina com ácido
glicurônico está comprometido
Na colestase a bilirrubina conjugada não
é levada ao intestino (falta estercobilina
(acolia fecal) e urobilina),além de
aumentar bilirrubina conjugada no sangue
(hiperbilirrubinemia)
Causas da Icterícia
● Hemólise
● Lesão hepatoceluar
● Colestase