Hemoglobina, mioglobina e hemoglobinopatias

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BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR - BIOQUÍMICA
Hemoglobina 
 e 
Mioglobina
Hemoglobina
É uma proteína encontrada nos eritrócitos (hemácias) (35% do seu
conteúdo), de estrutura quaternária: 4 cadeias polipeptídicas ligadas
entre si. 
 A molécula de hemoglobina mais bem descrita (HbA) é formada•
por um tetrâmero constituído por dímeros de cadeias idênticasαβ
( 1 1 e 2 2) que se relacionam entre si de forma não covalenteα β α β
(ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas), formando um
tetrâmero; As subunidades são formadas por 141 resíduos deα
aminoácidos, enquanto as subunidades apresentam 146 resíduosβ
em sua composição; 
 Como cada cadeia de hemoglobina tem um grupo proteico • heme
contendo um átomo de ferro, e como existem 4 cadeias de Hb em
cada molécula completa de Hb são encontrados 4 átomos de ferro
em cada molécula. Cada um desses átomos pode se ligar a uma
molécula de O2, perfazendo o total de 4 moléculas de O2 que
podem ser transportados por cada molécula de Hb.
 A porção globina da molécula é sintetizada no citosol do•
eritroblasto (eritrócito jovem), e o grupo heme, por sua vez, é
sintetizado parte no citosol, parte na mitocôndria.
Funções 
 Transporta oxigênio (~ 98%);•
 Transporta dióxido de carbono (~ 23%);•
 Atua como um tampão (eritrócito).•
Nos tecidos, a hemoglobina libera oxigênio e se liga a íons
hidrogênio (base de Brönsted), impedindo que o pH fique muito
ácido ao mesmo tempo em que oxigena os tecidos. Nos pulmões, a
hemoglobina se liga ao oxigênio e libera os íons hidrogênio (ácido de
Brönsted), impedindo que o pH fique muito alcalino ao mesmo
tempo em que se liga ao oxigênio para transportar para os tecidos.
Fechando o ciclo.
A natureza das cadeias de Hb determina a afinidade de ligação desta
com o O2. A ocorrência de anormalidades nas cadeias também
pode alterar as características físicas da molécula de Hb. Exemplo, na
anemia falciforme, o aminoácido valina é substituido pelo ácido
glutâmico em um ponto em cada uma das duas cadeias beta.
Quando esse tipo de Hb é exposto a baixos teores de O2, formam-
se cristais alongados no interior das hemácias. Como consequência,
essas células são incapazes de passar por capilares pequenos e as
extremidades pontiagudas dos cristais podem romper a membrana
celular, causando anemia falciforme.
Curva sigmóide de ligação (cooperativa)
A curva sigmóide de ligação reflete a
transição de um estado de baixa
afinidade para um de alta afinidade.
Devido a sua ligação cooperativa (curva
sigmóide), a hemoglobina é mais sensível
às pequenas diferenças na
concentração de O2 entre os tecidos e
os pulmões, o que lhe permite se ligar
ao oxigênio nos pulmões, onde a pO2 é
alta, e liberá-lo nos tecidos, onde a pO2 é baixa.
Mioglobina
Reserva de oxigênio nos tecidos musculares. É uma proteína
encontrada no interior das fibras musculares., formada por estrutura
terciária; possui apenas 1 cadeia polipeptídica (monomérica),contendo
153 resíduos de aminoácidos. A cadeia está ligada a um grupo
prostético heme (Fe2+), pelo qual ela pode se ligar à molécula de
O2.
Infarto Agudo do Miocárdio (IAM) 
Após oclusão coronariana, o fluxo sanguíneo
cessa nos vasos coronarianos distais além da
oclusão; a área do músculo com fluxo nulo
ou reduzido que não pode sustentara
função muscular é dita infartada. O
processo total é dito Infarto do Miocárdio.
*Necrose do músculo cardíaco resultante de isquemia.
Paula Myllena S Pereira – 2020.1
 
 No estado T, a His146 FORMA um par iônico com o Asp94;
 No estado R, a His146 NÃO FORMA um par iônico com o Asp94;
• Quando este par iônico se forma (desoxi-Hb), a histidina passa a apresentar
 pKR = 8,0. Sendo pH < pKR, a cadeia lateral da histidina será PROTONADA,
 atuando como uma BASE DE BRÖNSTED.
• Quando ocorre a ligação do oxigênio (oxi-Hb), este par iônico NÃO se 
 forma, a histidina passa a apresentar pKR = 6,0. Sendo pH > pKR, a cadeia
 lateral da histidina será DESPROTONADA, atuando como um ÁCIDO DE 
BRÖNSTED. *pH sanguíneo = 7,35-7,45
A mioglobina é uma proteína citoplasmática de baixo peso molecular
presente nos músculos esqueléticos e cardíacos, cujas principais
funções são o fornecimento de oxigênio às mitocôndrias. Constitui-
se em complexo auxílio no controle da isquemia tecidual, envolvendo
a biossíntese de óxido nítrico.4 Sua elevação ocorre 1-2 horas depois
do início da isquemia, atingindo o seu máximo em torno de 6-9
horas e normalizando-se entre 12 e 24 horas;
 Devido à sua baixa especificidade e por ser marcador muito•
precoce em lesões dos miócitos, a mioglobina em concentrações
normais (0-72 ng/mL) pode ser útil para excluir o diagnóstico de
IAM nas primeiras horas após desconforto no peito (antes de 4h do
início da sintomatologia), principalmente em paciente com baixa
probabilidade pré-teste de doença, com valor preditivo negativo
entre 83 a 98%..
 Hemoglobinopatias
Definição
Patologia causada por uma alteração (um defeito) na hemoglobina,
proteína presente nos eritrócitos.
 Anomalias hereditárias da Hb: mutação gênica que acarreta na•
substituição de um aminoácido, levando a formação de uma
estrutura anormal de hemoglobina, podendo causar mudanças
clínicas insignificantes ou doenças graves (patologias moleculares);
 Os genes que codificam para hemoglobina estão organizados em•
“clusters” nos cromossomos 11 e 16.
Alterações de resíduos de aminoácidos no
interior da hemoglobina
São mutações que alteram o caráter hidrofóbico da cavidade na qual
o grupo heme se aloja, desestabilizando a estrutura da molécula (Hb
instável).
 Há a formação de corpúsculo de Heinz consiste na precipitação• –
de hemoglobina, e são visualizados como corpos aderidos a
membrana interna dos eritrócitos de pacientes portadores de
anemia hemolítica associada a hemoglobina instável.
Exemplos: Hb Hammersmith, Hb Bibba, Hb Savannah, Hb Philly, Hb
Bristol.
Hb Hammersmith Phe 42 Serβ
(Apolar) (Polar sem
carga)
Impedimento da ligação do
grupo heme.
Hb Bibba Leu 136 Proα
(Apolar)
(Apolar)
A substituição de uma leucina
por uma prolina leva ao
rompimento da -hélice,α
desestabilizando a molécula e
formando uma Hb instável.
Hb Savannah Gly 24 Valβ A presença da Gly (aminoácido
(Apolar) (Apolar) com a menor cadeia lateral) na
molécula facilita a formação da
-hélice, com sua substituiçãoα
por uma Val ocorre o
rompimento da
-hélice, desestabilizando aα
molécula e formando uma Hb
instável.
Hb Philly Tyr 35 Pheβ
(Aromático)
(Aromático)
Com a substituição de uma Tyr
por uma Phe a molécula de Hb
perder a capacidade de fazer
uma ligação de hidrogênio entre
1 1 ( 2 2), desestabilizando aαβ α β
molécula e formando uma Hb
instável.
Hb Bristol Val 67 Aspβ
(Apolar) (Polar
negativo)
Com a substituição de uma Val
por um Asp ocorre a oclusão
parcial da cavidade de ligação
com o O2.
Formação de uma Hb instável, e
enfraquecimento da ligação do
grupo heme.
Alterações que estabilizam a 
Metaemoglobina (HbM)
Mudanças (mutações na Hb) que estabilizam o heme no estado de
oxidação Fe+3;
 Portadores apresentam metaemoglobinemia (HbM);•
 Eliminam a ligação do O2 à subunidade;•
 Mutações permitem ligação do Fe com o oxigênico aniônico (O2•
-, superóxido);
 Observada somente na forma heterozigota (provavelmente•
homozigose seria fatal); 
 Indivíduos são cianóticos (pele e mucosa azuladas) e apresentam•
sangue escuro; devido a alta concentração de Hb-desoxi na
circulação arterial.
 No Japão são conhecidos popularmente por “boca-negra”.→
Paula Myllena S Pereira – 2020.1
Exemplos:
Alterações que afetam o 
contato 1 2 ( 2 1)α β α β
Afetam a estrutura quaternária da Hb;
 Aumentam (estado R) ou diminuem (estado T) a afinidade pelo O2.•
A característica de cooperatividadeda molécula é alterada, pois a
capacidade de transição entre os estados T e R é alterado.
Exemplos: Hb Yakima e Hb Kansas
Hb Yakima 
 Asp 99 Hisβ
 (polar negativo) (polar positivo)
Com a substituição de um Asp por uma His, a molécula Hb-desoxi
(T) perde ligações iônicas e de hidrogênio na interface 1 2 ( 2 1);αβ α β
ocorrendo a estabilização da molécula no estado R (Hb-oxi).;
 Aumenta a afinidade pelo O2 (libera menos oxigênio nos tecidos).→
Hb Kansas 
 Asn 102 Thrβ
 (polar sem carga) (polar com carga)
Com a substituição de uma Asn por uma Thr, a molécula Hb-oxi (R)
perde uma ligação de hidrogênio na interface 1 2 ( 2 1);αβ α β
ocorrendo a estabilização da molécula no estado T (Hb-desoxi);
 Diminui a afinidade pelo O2 (captura menos O2 nos pulmões);→
 Paciente apresenta cianose.→
Alterações de resíduos de aminoácidos na
superfície da hemoglobina
Geralmente inócuas e, normalmente, essas alterações ocorrem em
resíduos de aminoácidos que não apresentam papel funcional
específico;
 Exceção: a mutação que ocorre na HbS (sickle = foice) é em•
resíduo com papel funcional e causa anemia.
Hb C 
 Glu 6 Lysβ
 (polar negativo) (polar positivo)
 Menor solubilidade; →
 Formação de cristais (cristalização);→
 Não há polimerização, nem vasoclusão;→
 Confere proteção contra malária.→
Hb O 
 Glu 121 Lysβ
 (polar negativo) (polar positivo)
 Condição assintomática (heterozigoto, HbO/A);→
 Eventualmente apresenta uma leve anemia microcítica;→
 HbO/S (heterozigoto com falcimorme) = HbS;→
 HbO/ -talassemia (heterozigoto com talassemia) = anemina→ β
severa;
 Homozigotos (HbO/O) são extremamente raros.→
Hb E 
 Glu 26 Lysβ
 (polar negativo) (polar positivo)
 Hemoglobina, em si, não apresenta grandes alterações funcionais;→
 Condições assintomáticas em heterozigose (HbE/A);→
 Em homozigose (HbE/E), os sintomas são similares a -→ β
talassemia;
 Mutação adiciona um sítio de splicing alternativo.→
 Glu 26 (AAG sítio de splicing)β –
Hb A 
 Glu 26 (GAG)β
Hb S 
 Glu 6 Valβ
 (polar negativo) (apolar)
 Polimerização da HbS-desoxi: perdeu carga negativa, criando um→
ponto de contato hidrofóbico na superfície da Hb, levando a sua
agregação;
 Val 6 Phe 85/Leu 88;→ –
 Quando na forma HbS-oxi, sofre menor polimerização (sítio→
hidrofóbico menos exposto).
Paula Myllena S Pereira – 2020.1
 Splicing é um processo que remove os íntrons, 
 juntando os éxons depois da transcrição do RNA. 
 Só ocorre em células eucarióticas, já que o DNA
 das células procarióticas não possui íntrons.
 Mutação que altera o carater hidrofílico da superfície da→
hemoglobina;
 Polimerização da hemoglobina; →
 Falcização da hemácia; →
 Vasoclusão; →
 Dor (liberação de citocinas), edema mão-pé, priaprismo;→
 Hipovolemia (circulação esplênica prejudicada);→
 Formação de radicais livre danosos a membrana celular;→
 Formação de corpúsculo de Heinz;→
 Anemia hemolítica;→
 Cansaço constante;→
 Icterícia (Heme ---- Bilirrubina/pigmento amarelada).→
Alterações estequiométricas 
na produção de hemoglobina
Talassemia é uma doença hereditária caracterizada por redução da
taxa de síntese de uma das cadeias polipeptídicas que formam a
hemoglobina resultando em sintomas de ane
 -Talassemia: falha na síntese de cadeia .→ α α
 -Talassemia: falha na síntese de cadeia . → β β
-Talassemia β 
 Dois alelos da cadeia ;• β
 Heterozigose: -talassemia menor (traço -talassêmico),• β β
geralmente assintomática;
 Homozigose: -talassemia maior (anemia mediterrânea = severa);• β
 HbA1 ( 1 1 2 2) 98% (normal)→ αβα β –
 HbA2 ( 1 1 2 2) 2% (normal)→ αδα δ –
-Talassemia α 
 Portador assintomático: perda de função de 1 dos 4 genes ;• α
 Traço talassêmico: perda de função de 2 dos 4 genes genes .• α
Assintomático, hemograma com anemia microcítica e hipocrômica.;
 Doença de hemoglobina H: perda de função de 3 dos 4 genes .• α
Anemia hemolítica, esplenomegalia (destruição de hemácias
defeituosas), alterações esqueléticas (aumento da eritropoiese pela
medula óssea);
 Hidropsia fetal: perda dos quatro genes . Incompatível com a vida.• α
Hb Bart ( 4).γ
Paula Myllena S Pereira – 2020.1
Pacientes com anemia falciforme Tratamento com Hidroxiuréia–
1- Nucleação, polimerização de HbS insolúvel, falcização das hemácias;
2- Após falcização, formação de radicais livres que podem
danificar membrana e causar hemólise;
3- Hemólise libera HbS (polimerizada ou livre);
4- HbS livre sequestra óxido nítrico (NO) da circulação;
5- [NO] prejudica vasodilatação (ou seja, ocorre vasoconstrição);
6- Vasoconstrição favorece novas hemólises (círculo vicioso);
7- Hidroxiuréia: síntese da subunidade , [HbF], a probabilidade↑ γ ↑ ↓
de nucleação HbS; 
Seu metabolismo gera NO, a [NO] e a vasodilatação; a degradação↑ ↓
 de Arg, [Arg] gera NO.↑
8- [NO] está relacionada a um melhor prognóstico.↑
Sintomas da Talassemia
 • Fadiga (anemia)
 • Fraqueza (anemia)
 • Pele pálida ou amarelada (anemia e bilirrubina)
 • Deformidades ósseas faciais 
(aumento na medula óssea)
 • Crescimento lento
 • Inchaço abdominal (esplenomegalia)
 • Infecções (baço defeituoso)
 • Urina escura (bilirrubina, Ferro)
Tratamento da Talessemia
 • Transfusão sanguínea frequentes;
 • Uso de medicações quelantes de Ferro:
excesso de ferro causa danos ao coração,
fígado e sistema endócrino;
 • Alimentação controlada:
 → Talassemia intermediária: consumir cálcio, 
ácido fólico e vitamina D;
 → Talassemia maior: não consumir ferro e sim
alimentos que diminuem o ferro.