HEMOGLOBINA - ESTRUTURA

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Hemoglobina 
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Oxigênio 
c Pressão parcial de um gás como medida 
de sua concentração específica em fluidos 
biológicos. 
c Liga-se as moléculas de metais como co-
bre e ferro que apresentam forte tenden-
cia de ligar-se ao oxigênio. 
c No sangue arterial (37°C, pH 7,4) a 
pressão de O2 é aproximadamente 100 
mmHg. 
c O2 transportada no sangue e armaze-
nada nos músculos está complexada com o 
ferro (ferroso, Fe2+) na hemoglobina e mi-
oglobinas. 
c Hemoglobina e hemoglobina represen-
tam a ligação reversível de um ligante a uma 
proteína. 
c É pouco solúvel em soluções aquosas. 
c A ligação reversível de uma proteína (P) 
a um ligante (L) pode ser descrita por uma 
expressão de equilíbrio simples. 
Hemácias 
 
Hemácias normais. A figura 
mostra a área de palidez 
central (seta) que ocupa um 
terço do tamanho da célula. 
 
 
Também chamada de eritrócitos ou glóbulos 
vermelhos, são células anucleadas, ricas em 
hemoglobina que transporta gases respirató-
rios 
O centro esbranquiçado da hemácia deve 
ocupar no máximo um terço do volume da cé-
lula. Quando ocupa mais de um terço, hipo-
cromia (característica morfológica). 
 
Célula bicôncava 
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A São transportadoras de proteínas, as he-
moglobinas. 
A Além disso, possui a enzima anidrase car-
bônica em seu interior, responsável por ca-
talisar a reação entre CO2 e água, for-
mando ácido carbônico. O ácido carbônico 
vai se dissociar em íon bicarbonato. 
CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3- 
O íon CO2 se restitui nos pulmões e é elimi-
nado pela respiração. 
A A hemoglobina é a Principal célula tampo-
nante do sangue, fazendo tamponamento 
ácido básico. 
Heme-proteínas 
Mioglobina, hemoglobina e citocromos. 
 
c Existem pelo menos 4 tipos de globinas: 
c A mioglobina monomérica → facilita a 
difusão do oxigênio no tecido muscular. 
c Mioglobina tetrâmero → responsável 
pelo transporte de oxigênio na corrente 
sanguínea. 
c Neuroglobina monomérica → expressa 
em neurônios. Protege o cérebro da hipoxia 
ou isquemia. 
c Citoglobina → monomérica, encontrada 
nas paredes dos vasos sanguíneos para re-
gular o oxido nítrico. 
A Possui um único sítio de ligação ao oxigênio 
→ reação reversível da Mb com o O2. 
A Liga o O2 liberado pela Hb nos capilares 
teciduais. 
A Localizado no citosol das células muscula-
res esqueléticas, cardíacas e algumas célu-
las do musculo liso. 
A Armazena O2 disponível para as organelas 
(mitocôndria). 
 
Em um gráfico de Y (saturação) contra pO2, a 
equação para a ligação do ligante na Mb des-
creve uma hipérbole com uma P50 de 4 mmHg. 
O baixo valor de P50 reflete alta afinidade 
pelo O2. Nos leitos capilares dos tecidos mus-
culares, os valores de pO2 estão na faixa de 
20-40 mmHg. 
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Os músculos em exercício exibem menores va-
lores de pO2 do que os músculos em repouso-
Polipeptídio com uma molécula de heme. 
 
A Formada por 8 segmentos α-hélice organi-
zadas em uma estrutura altamente “empa-
cotada” e quase esférica (dobras de glo-
bina). 
A Segmentos helicoidais: A e H. 
A Resíduo de Histidina: proximal e distal. 
A Curvas/inflexões são designadas: AB, CD, 
EF, FG. 
 
A Aa polares estão localizados quase exclu-
sivamente na superfície exterior dos po-
lipeptídios globina → alta solubilidade das 
proteínas. 
A AA hidrofóbicos e polares → voltado para 
o exterior. 
A Quando a cadeia polipeptídica se enovela, 
os resíduos hidrofóbicos estão voltados e 
acumulados no interior da globina, onde 
eles estabilizam a dobradura do polipep-
tídio e formam uma bolsa que acomoda o 
grupo prostético heme. 
Grupo heme 
J Grupo prostético: composto associado a 
uma proteína e contribui para a função da 
proteína. 
J Nos organismos multicelulares, o ferro é 
incorporado a um grupo protético ligado à 
proteína heme. 
Anel porfirínico + átomo de ferro (Fe2+) 
J É planar e hidrofóbico. 
J Responsável pela cor vermelho-purpura do 
sangue. 
 
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J Uma molécula de estrutura planar que tem 
seus 4 nitrogênios ligados ao Ferro. 
J Cada proteína é formada por uma parte 
proteica (polipeptídica) e não proteica, 
que seria o grupo heme. 
J Encontrado em proteínas transportadoras 
de oxigênio. 
J Existem 4 grupos heme em uma proteína. 
 
 
GRUPO PROSTÉTICO 
J Aminoácidos modificados e componentes 
acessórios (por exemplo íons). 
PORFIRINA 
J Estrutura planar formada por 04 anéis pir-
rólicos interligados. 
J Cada anel pirrol é formado por 5 átomos e 
um deles é o nitrogênio. 
J Possuem ligantes. 
 
J Cada nitrogênio do anel pirrólico está li-
gado ao íon fe2+. 
 
 
Porfirina + Fe2+ (íon ferroso) + O2 da inspiração (não faz 
parte do grupo heme, só se liga). 
 
Anel pirrol 
Imidazol 
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J O grupo Fe II que dá a coloração vermelha 
para a hemoglobina. 
J Sendo assim, cada hemoglobina consegue 
transportar 4 moléculas de O2. Dessa 
forma, se a pessoa perde hemoglobinas, ela 
perde grupo heme e consequentemente, 
ferro no sangue, causando anemia. 
HISTIDINA 
As cadeias laterais dessas histidinas estão 
orientadas perpendicularmente e de cada lado 
do grupo prostético heme. Um dos nitrogênios 
do grupo imidazol da cadeia lateral da histi-
dina proximal não variável (HisF8) está pró-
ximo o suficiente para ligar-se diretamente ao 
átomo de Fe2+ pentacoordenado. No lado 
oposto do plano do heme, a histidina distal 
(HisE7), a qual está muito longe do ferro do 
heme para a ligação direta, funciona para es-
tabilizar o O2 ligado por ponte de hidrogênio. 
 
 
 
Na estrutura da globina oxigenada, o heme planar está posici-
onado entre as histidinas proximal e distal (HisF8 e HisE7, 
respectivamente); apenas a HisF8 tem um nitrogênio imidazó-
lico (esfera azul) próximo o suficiente para ligar ao ferro. As 
α-hélices que contêm essas histidinas são mostradas em rosa. 
Nas globinas desoxigenadas, a sexta posição permanece livre, 
deixando um ferro pentacoordenado. No estado oxigenado, o 
O2 ocupa a sexta posição. Os dois grupos propionato da por-
firina participam das interações eletrostáticas e por ponte de 
hidrogênio com as cadeias laterais da globina e o solvente. 
Cada globina interage com as outras 3. Região 
de contato entre 2 subunidades, onde existe 
ligações químicas fracas, ocorrendo a intera-
ção. 
Hemoglobina 
c Principal proteína transportadora de 
O2 do sangue humano. 
c Localizada nos eritrócitos. 
c Hb adulta (Hba) é um arranjo tetra-
édrico de 2 subunidades de α-globinas e 
β-globinas idênticas. 
c Dentro Hb cada subunidade está em 
contato com as outras três por meio de in-
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terações não covalentes (pontes de hidro-
gênio e interação eletrostática) entre cada 
par de subunidades α e β. 
c Entre as subunidades idênticas existem 
menos interações, e quando existem, são 
hidrofóbicas. 
c Essas interações entre as subunidades 
definem cooperatividade. 
 
 
Hemoglobina presente dentro dos alvéolos pul-
monar. Quando você inspira (O2) leva o ar para 
dentro dos alvéolos. Ao lado deles existem ca-
pilares sanguíneos, onde o oxigênio presente 
nos alvéolos proveniente da inspiração se di-
funde para dentro do capilar. Após essa difu-
são, o oxigênio vai para a hemoglobina. 
A hemácia é levada até os tecidos carregando 
a oxi-hemoglobina. 
A hemoglobina associada ao oxigênio é cha-
mada de oxi-hemoglobina. 
 
No caso dos tecidos, a hemácia contendo oxi-
gênio aproxima-se de um tecido qualquer. Com 
isso, o oxigênio se dissocia da hemoglobina, vai 
para o capilar, e se difunde nos tecidos. 
Com a separação do oxigênio da molécula de 
hemoglobina, tem-se a desoxi-hemoglobina 
A hemoglobina deve ter uma facilidade de li-
gação ao oxigênio nos pulmões da mesma forma 
que tem de dissociação. 
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Saturação de hemoglobina: sítios para ligação 
de oxigênio estão ocupados. Porcentagem de 
hemoglobina com os seus sítios de ligação ocu-
pados. 
No sangue arterial: a pressão de oxigênioé 
de 90 mmhg. Correspondente a isso, encontra-
se de 95 a 100% de hemoglobinas ligadas ao 
oxigênio (saturação das hemoglobinas). 
No sangue arterial tem-se maiores pressões 
de O2 (oxigenado nos pulmões) 
No sangue venoso: Quando a pressão do oxi-
gênio é menor, por volta de 40mmhg, a porcen-
tagem de saturação de hemoglobina, é de 70%, 
que significa que nem todos os sítios de hemo-
globinas estão ocupados com O2, já que está 
ocorrendo a troca de oxigênio com os tecidos 
do corpo. 
Coeficiente de Hill (n) 
É a medida de cooperatividade entre sítios de 
ligação do ligante, a extensão na qual a ligação 
de O2 com uma subunidade influência a afini-
dade de O2 com outras subunidades. 
Equação da curva de saturação pelo O2: 
 
Para cada ligação cooperativa completa n é 
igual ao número de sítios (quatro da Hb). 
D O coeficiente de Hill da Hb do adulto é 
n=2,7. 
D O coeficiente de Hill na ausência de co-
operatividade é n=1. Nesse estado, a li-
gação de uma molécula de O2 não influ-
enciaria a ligação de outras moléculas. 
Esse caso é observado em Hb mutantes. 
 
Hb tem uma afinidade menor com o O2 do 
que a mioglobina 
Alterações pequenas na pO2 resulta em alte-
rações maiores na interação da Hb com o O2. 
Deslocamentos da curva em qualquer direção 
influenciarão bastante a afinidade pelo O2. 
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Cooperatividade 
A dualidade da função da hemoglobina de li-
gar-se ao O2 nos alvéolos pulmonares e liberá-
lo para o ambiente é alcançada pelas intera-
ções cooperativas entre as subunidades glo-
binas. 
Quando a Hb desoxigenada se torna oxige-
nada, alterações estruturais significantes se 
estendem por toda a molécula da proteína. Na 
bolsa do heme, como consequência da coorde-
nação do O2 com o ferro e uma nova orienta-
ção dos átomos na estrutura do heme, a histi-
dina proximal e a hélice F à qual ela pertence 
mudam suas posições. Essa mudança confor-
macional sutil desencadeia realinhamentos es-
truturais maiores em outros lugares na subu-
nidade globina. Em sequência, essas alterações 
estruturais terciárias são transmitidas, até 
amplificadas, na estrutura quaternária. Devido 
às alterações estruturais na hemoglobina, 
como resultado da ligação de oxigênio e outros 
efetores, a afinidade de ligação para as molé-
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culas subsequentes de oxigênio pode ser au-
mentada (cooperatividade positiva) ou diminu-
ída (cooperatividade negativa). 
Quando a pressão de O2 no sangue é baixa, a 
hemoglobina está desoxi, estando associada a 
menos O2. 
Quando a primeira molécula de oxigenio liga-
se ao grupo heme da globina alfa, ela passa a 
ser oxi-hemoglobina. Nesse momento, a 
estrutura da hemoglobina sofre uma mudança 
de conformação (alteração estrutural), que se 
espalha pelas subunidades vizinhas. Essa 
mudança conformacional aumenta da afinidade 
pelo oxigênio. Esse processo irá ocorrer com 
as globinas até que todas elas estejam ligadas 
ao oxigênio em 70%. 
 
O mecanismo que fundamenta a cooperativi-
dade na ligação do oxigênio pela hemoglobina 
envolve uma mudança entre dois estados con-
formacionais da molécula de hemoglobina, se 
diferenciando pela afinidade do oxigênio. 
D Estado T (tenso): interações entre os 
heterodímeros são mais fortes. A afini-
dade pelo O2 é menor → desoxi-hemo-
globina. 
 
No estado T, desoxigenado, a distância entre 
os resíduos de Asp e Trp favorecem a ponte 
de hidrogênio, enquanto a distância entre Asp 
e Asn é muito grande. 
Como resultado das mudanças conformacionais 
que acompanham a transição para o estado R, 
oxigenado, a distância entre Asp e Trp é agora 
muito grande, mas aquela entre Asp e Asn é 
compatível com a formação de uma nova ponte 
de hidrogênio 
D Estado R (relaxado): interações cova-
lentes são mais fracas. A afinidade pelo 
O2 é maior → oxi-hemoglobina. 
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Como resultado das mudanças conformacionais 
que acompanham a transição para o estado R, 
oxigenado, a distância entre Asp e Trp é agora 
muito grande, mas aquela entre Asp e Asn é 
compatível com a formação de uma nova ponte 
de hidrogênio 
 
O contato entre os α e β é estabilizado por 
pontes de hidrogênio e interações eletrostáti-
cas. 
É a proteína em que a interação com um ligante 
em um sítio afeta as propriedades de ligação 
de outro sítio na mesma proteína. 
Hemoglobina é uma proteína alostérica. 
Controle alostérico da he-
moglobina 
 
O efeito alostérico acontece quando uma ou-
tra molécula se liga em outro local da proteína 
(que não seja o sítio ativo), e essa ligação al-
tera a afinidade da proteína com o seu subs-
trato. 
A afinidade de ligação ao O2 da Hb é afetada 
positivamente pelo O2 e também vários efeto-
res alostéricos diferentes. 
 
 
Hemoglobina 
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