Proteínas e Transporte de Oxigênio

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Proteínas de Estudo
• Pigmentos Respiratórios
• Proteínas da Contração Muscular
• Enzimas
Ligação reversível de um ligante a 
uma proteína
• O sítio de ligação é complementar ao ligante quanto ao 
tamanho, forma, carga, caráter hidrofílico ou hidrofóbico
• A ligação é específica 
• A ligação ao ligante pode promover alterações 
conformacionais da proteína, inclusive em outras 
subunidades
• Uma proteína pode ter sítios diferentes para ligantes 
diferentes, sendo que um ligante pode afetar a afinidade 
de um outro ligante devido a alterações conformacionais 
por ele induzidas
Pigmentos Respiratórios
Mioglobina e Hemoglobina
Protoporfirina
• O oxigênio é pouco solúvel em água, 
devendo ser transportado pelo sangue 
ligado a uma molécula transportadora
• Entretanto, os grupos R de aa não 
ligam ao oxigênio
• Oxigênio se liga ao ferro, mas esse 
forma espécies reativas de oxigênio 
(radicais livres) quando se encontra na 
forma livre
• Por isso o ferro encontra-se 
incorporado ao grupo heme
Grupo Prostético
• O Fe2+ forma ligações 
coordenadas com 4 N que se 
posicionam no plano do anel 
de porfirina e 2 ligações que 
se posicionam 
perpendicularmente ao plano 
do anel de porfirina
• O caráter doador de 
elétrons dos N previne a 
oxidação do Fe2+ a Fe3+ (o 
Fe3+ não se liga a oxigênio), 
que pode ser causada pela 
ligação de um O2, por 
exemplo, a 2 grupos hemes 
livres
A ligação do O2 ao ferro 
causa uma mudança 
nas propriedades 
eletrônicas do grupo 
heme, causando uma 
mudança de cor (o 
sangue muda de roxo 
escuro para vermelho 
brilhante quando 
oxigenado)
mioglobina
Mioglobina:
• É encontrada no 
músculo da maioria dos 
mamíferos
• É formada por 153 aa 
dispostos em 8 α hélices 
conectadas por curvas
• Kd (constante de dissociação) corresponde à concentração molar de ligante 
necessária para ocupar metade dos sítios da proteína
• Um valor baixo de Kd indica alta afinidade do ligante pela proteína
Ligação do O2 à mioglobina: 
alta afinidade
Duas proteínas, X e Y, se ligam ao ligante A, de acordo com as curvas 
abaixo. Qual é a Kd para cada proteína? Qual proteína (X ou Y) tem 
maior afinidade por A ?
θ = fração de sítios ocupados pelo ligante
• NO e CO apresentam maior afinidade pelo ferro do grupo heme do que o O2
• O CO se liga a grupos heme livres com uma afinidade 20 mil vezes maior que o 
O2, porém, quando ligado à mioglobina, a afinidade do CO é apenas 200 vezes 
maior que a do O2
Monóxido de CarbonoOxigênio
Isso ocorre devido à interação 
da histidina distal com o O2 e 
com a dificuldade imposta à
ligação linear do CO ao ferro 
(Fe-C-O)
• O oxigênio é transportado no sangue pela 
hemoglobina, presente nos eritrócitos
• Seus precursores, hemocitoblastos, 
maturam produzindo altas quantidades de 
hemoglobina e perdendo suas organelas 
intracelulares (núcleo, mitocôndria e RE)
• Eritrócitos só sobrevivem por 120 dias
• O sangue arterial, através da passagem 
pelos pulmões, se satura pela ligação de 
96% de suas hemoglobinas ao oxigênio. O 
sangue venoso retorna ao coração com 
64% da hemoglobina ligada a oxigênio
Ligação do O2 à mioglobina: 
alta afinidade
• A concentração de oxigênio não afeta muito a sua ligação à
mioglobina, uma vez que essa ligação é de alta afinidade e com curva 
de ligação hiperbólica
• Já a hemoglobina apresenta várias subunidades de ligação ao 
oxigênio, sendo que a interação entre elas afeta a conformação e a 
afinidade de ligação ao oxigênio
• A hemoglobina apresenta 4 cadeias polipeptídicas (2 α e 2 β) e 4 
grupos hemes
• A estrutura tridimensional das cadeias α e β da hemoglobina e a 
mioglobina são similares, embora apenas 27 aa sejam iguais entre elas
• Apenas 27 aa são iguais entre as cadeias α e β da hemoglobina e a 
mioglobina
• Resíduos sublinhados em rosa são comuns a todas as globinas
• A interface entre as cadeias α1-β1 e α2-β2 envolvem 30 aa e entre α1-
β2 e α2-β1 19 aa
• Interações hidofóbicas predominam, mas também ocorrem muitas 
ligações de H e alguns pares iônicos
• Hemoglobina pode se encontrar na conformação R (mais afinidade por 
oxigênio) ou T (menor afinidade por oxigênio)
• O oxigênio estabiliza a conformação R e a deoxihemoglobina é mais 
estável na conformação T
• A conformação T é estabilizada por um maior número de pares iônicos 
entre a interface α1-β1 e α2-β2 
• A ligação de O2 à hemoglobina T faz com que o par α-β deslise um sobre o 
outro realizando uma rotação e diminuindo o espaço entre as subunidades β
• Esse processo rompe alguns dos pares iônicos que estabilizam o estado T, 
levando à formação de novos pares
• O grupo heme se torna mais planar, alterando a posição da histidina 
proximal
Alterações da hélice F devido à ligação de O2
A hemoglobina se liga ao O2 cooperativamente (curva sigmoide):
alta afinidade (como no caso da mioglobina) não permitiria a liberação 
de O2 nos tecidos e baixa afinidade não permitiria a captação de 
grandes quantidades de O2 nos pulmões
• Proteínas que apresentam 
mais de uma subunidade 
contendo mais de um sítio de 
ligação ao ligante podem 
prover ligação cooperativa (a 
ligação do ligante a um sítio 
facilita a ligação do próximo 
ligante ao outro sítio)
• Nesse caso, a curva de 
ligação é sigmoide
Modulação alostérica:
- Homotrópica: ligante e modulador são idênticos
- Heterotrópica: ligante e modulador são entidades diferentes
Dois modelos sugerem mecanismos para a ligação cooperativa
A hemoglobina transporta 40% do H+ e 15-20% do CO2 formado nos 
tecidos para o pulmão e rins, contribuindo para a regulação do pH
A hemoglobina também é responsável por transportar CO2 e H
+
A ligação do oxigênio à hemoglobina é dependente do pH sanguíneo: 
• A afinidade da hemoglobina por O2 é menor nos tecidos periféricos, que 
apresentam altas [H+] e [CO2] (ambos favorecem a conformação T)
• O oposto ocorre nos pulmões, onde a [O2] é alta
O efeito Bohr
carbaminohemoglobina
• O aumento da [BPG] não altera muito a ligação da hemoglobina ao O2
nos pulmões, mas causa uma diminuição grande da afinidade pelo O2
nos tecidos
• A [BPG] aumenta em altas altitudes (de 5 para 8mM) e durante a 
hipóxia, aumentando a liberação de O2 nos tecidos
• O BPG se liga, através de aa 
positivos, à cavidade entre as 
subunidades β na conformação T, 
estabilizando-a
• A hemoglobina fetal é formada por 
subunidades α2γ2, que apresentam 
baixa afinidade por BPG, facilitando 
a captura do O2 materno
Anemia falciforme
• A anemia falciforme é ressesiva
• Os eritrócitos encontram-se em menor número e anormais (longos, 
finos e na forma de foice)
• A desoxigenação faz com que a 
hemoglobina S se torne insolúvel e 
forme polímeros que se agregam em 
fibras tubulares
• Causa da anemia falciforme: mutação 
do glutamato por valina na posição 6 
das duas subunidades β
• Heterozigotos só apresentam 1% das 
hemáceas falciformes e são imunes à
malária
Pacientes com anemia falciforme 
apresentam fraqueza, tonteiras, dificuldades 
respiratórias, alterações cardíacas, anemia, 
rompimento de capilares e danos a órgãos. 
Contração Muscular
• Proteínas motoras empenham interações iônicas, 
ligações de H, hidrofóbicas e interações de van der 
Waals nos sítios de interação proteica, apresentando 
grande organização espacial e temporal para 
promoverem o movimento
• Proteínas motoras promovem a contração muscular 
(actina e miosina constituem 80% da proteína muscular), 
a migração de organelas através de microtúbulos 
(cinesinas e dineínas), a rotação do flagelo bacteriano e 
o movimento de proteínas ao longo do DNA (helicases e 
polimerases)
A miosina possui 6 subunidades: duas 
cadeias pesadas (em α hélice) e 4 cadeias 
leves (domínio globular)
S1 é o domínio motor que possibilita a 
contração (cabeça da miosina)
Sítio onde o ATP é
hidrolizado
Estrutura tridiminesional da miosina (cadeia 
pesada em cinza e as duas cadeias leves em 
dois tons de azul)
Moléculas de miosina seagregam formando o filamento grosso
O filamento fino é formado por duas moléculas de actina (F-actina) + 
troponina e tropomiosina
Cada monômero de actina do filamento fino 
se liga fortemente e especificamente à
cabeça de uma miosina
• O músculo esquelético consiste de fibras musculares organizadas 
paralelamente
• Cada fibra muscular contem uma única célula multinucleada (formada pela 
fusão de várias células) – uma única fibra em geral apresenta a comprimento do 
músculo
• Cada fibra contem aproximadamente 1000 miofibrilas, cada uma contendo uma 
grande quantidade de filamentos grossos e finos complexados a outras 
proteínas
Sarcômero
• As bandas I e A surgem do arranjo dos filamentos finos e grossos, que se 
encontram alinhados e parcialemente interpostos
• A banda I (mais clara) é composta por filamentos finos
• A banda A apresenta uma região de filamentos grossos e a região onde os 
filamentos grossos e finos se sobrepoem (mais escura) 
• O disco Z (no meio da banda I) ancora os filamentos finos e também se liga aos 
filamentos grossos
• A linha M organiza os filamentos grossos
Os filamentos finos e grossos deslisam um sobre o outro 
• Na contração muscular ocorre o deslisamento dos filamentos grossos 
e dos filamentos finos, uns sobre os outros, fazendo com que o disco Z 
das bandas I se tornem mais próximos 
• Cada filamento grosso é rodeado de 6 filamentos finos
1. As cabeças da miosina não ligadas a 
ATP se ligam fortemente a actina
A ligação do ATP promove a liberação 
da miosina da actina
2. Quando o ATP é hidrolizado, ocorre 
uma mudança de conformação 
3. A miosina se liga à próxima actina, 
liberando Pi
4. A liberação do Pi leva a uma 
alteração brusca que promove uma 
alteração de conformação da cabeça 
da miosina, movendo os filamentos de 
actina e miosina (um com relação ao 
outro)
O ADP é liberado e a cabeça da 
miosina se liga à actina
• A troponina e a tropomiosina regulam a contração muscular
• A tropomiosina e troponina se ligam aos filamentos finos, bloqueando 
os sítios de ligação à cabeça da miosina
• A troponina é uma proteína ligadora de Ca2+
• Se um impulso nervoso causa a liberação de Ca2+ do retículo 
sarcoplasmático, esse íon se liga à troponina, causando uma mudança 
de conformação no complexo troponina-tropomiosina e expondo os 
sítios de ligação à miosina nos filamentos finos: OCORRE 
CONTRAÇÃO MUSCULAR!