CAP_3_Proteinas Globulares

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1. VISÃO GERAL 
O capítulo anterior descreveu os tipos de estruturas secundária e terciária, 
que são como os tijolos e a argamassa da arquitetura proteica. Com o ar­
ranjo desses elementos estruturais básicos em diferentes combinações, é 
possível construir uma grande diversidade de proteínas capazes de desem­
penhar uma variedade de funções especial izadas. Este capítulo examina a 
relação entre a estrutura e a função de algumas proteínas globulares clinica­
mente importantes, as hemeproteínas. As proteínas estruturais fibrosas são 
discutidas no Capítulo 4. 
li. HEMEPROTEÍNAS GLOBULARES 
Hemeproteínas são um grupo de proteínas especializadas que contêm heme 
como grupo prostético f irmemente ligado. 0Jer pág. 54 para uma discussão 
a respeito de grupos prostéticos.) O papel do grupo heme é determinado 
pelo ambiente criado pela estrutura tridimensional da proteína. Por exemplo, 
o grupo heme de um citocromo funciona como um carreador de elétrons, 
sendo alternadamente oxidado e reduzido (ver pág. 75). Em contrapartida, o 
grupo heme da enzima cata/ase é parte do sítio ativo da enzima, a qual cata­
lisa a quebra do peróxido de hidrogênio (ver pág. 148). Na hemoglobina e na 
mioglobina, as duas hemeproteínas mais abundantes em humanos, o grupo 
heme serve para ligar, de forma reversível , o oxigênio (02) . 
A. Estrutura do heme 
O heme é um complexo de protoporfirina IX e íon ferroso (Fe2+) (Fig. 3.1 ). 
O ferro está ligado no centro da molécula do heme por meio de ligações 
aos quatro nit rogênios do anel porfi rínico. O Fe2
+ do heme pode formar 
duas ligações adicionais, uma de cada lado do plano do anel porfirínico. 
Na mioglobina e na hemoglobina, uma dessas posições estabelece uma 
interação coordenada com a cadeia lateral de um resíduo de histidina da 
molécula da globina, enquanto a outra posição fica disponível para ligar 
o 0 2 (Fig. 3.2). 0Jer págs. 278 e 282, respectivamente, para uma discus­
são acerca da síntese e da degradação do núcleo heme.) 
B. Estrutura e função da mioglobina 
A mioglobina, uma hemeproteína presente no coração e no músculo es­
quelético, funciona tanto como um reservatório quanto como um carre­
ador de oxigênio que aumenta a velocidade de transporte de oxigênio 
dentro da célula muscular. (Nota: surpreendentemente, a mioglobina de 
camundongo duplamente nocaute [ver pág. 502] apresenta um fenó-
O ferro (Fe) pode formar seis 
ligações: quatro com os nit rogênios 
porfirínicos, mais duas ligações 
adicionais, uma acima e outra 
abaixo do plano do anel porfirínico. 
Figura 3.1 
A. Hemeproteína (citocromo c). 
B. Estrutura do heme. 
26 Denise R. Ferrier 
"- Heme 
Figura 3.2 
Histid ina 
proximal 
(FB) 
Hélice F J Hélice E 1 
/ 
Molécula de 
oxigênio (OJ 
Hist idina 
distal 
(E7) 
A. Modelo da mioglobina, mostrando as hél ices a de A a H. B. Diagrama esquemático do sítio de ligação do oxigênio 
na mioglobina. 
t ipo aparentemente normal.) A mioglobina consiste em uma única ca­
deia polipeptídica, a qual é estruturalmente simi lar a uma das cadeias 
polipeptíd icas individuais que constituem as subunidades da molécula 
tetramérica da hemoglobina. Essa homologia torna a mioglobina um mo­
delo útil para interpretar algumas das propriedades mais complexas da 
hemoglobina. 
1. Conteúdo em hélice a . A mioglobina é uma molécula compacta, 
com aproximadamente 80% de sua cadeia pol ipeptídica dobrada 
em oito segmentos de hélice a. Essas regiões a-helicoidais, mar­
cadas de A a H na Figura 3.2A, são interrompidas pela presença de 
prolina, cujo anel de c inco membros não pode ser acomodado na 
hél ice a (ver pág. 16), ou por curvaturas f3 e alças estabi lizadas por 
ligações de hidrogênio e ligações iônicas (ver pág. 19). (Nota: liga­
ções iônicas são também denominadas interações eletrostáticas ou 
ligações salinas.) 
2. Localização dos resíduos de aminoácidos polares e apoia­
res. O interior da molécula globular de mioglobina é constituído 
quase que inteiramente por aminoácidos apoiares. Eles estão com­
pactados, formando uma estrutura estabi lizada por interações hi­
drofóbicas entre esses resíduos agrupados (ver pág. 19). Em contra­
partida, os aminoácidos com cadeia lateral polar estão local izados 
quase que exclusivamente na superfície da molécula, onde podem 
formar ligações de hidrogênio entre si e com a água. 
3. Ligação do grupo heme. O grupo heme da mioglobina se situa 
em uma fenda na molécula, a qual é revestida por aminoácidos 
apoiares. Exceções notáveis são dois resíduos de histidina (ver Fig. 
3.28). O primeiro, a histidina proximal (F8), liga-se d iretamente ao 
Fe2
+ do grupo heme. O segundo, a histidina distal (E7), não interage 
diretamente com o grupo heme, mas ajuda a estabil izar a ligação do 
0 2 ao Fe2
+. Assim, a porção proteica da mioglobina, ou globina, cria 
um microambiente especial para o grupo heme, permitindo a liga­
ção reversível de uma molécula de oxigênio (oxigenação). A perda 
simultânea de elétrons pelo Fe2+ (oxidação à forma íon férrico [Fe3+]) 
ocorre muito raramente. 
C. Estrutura e função da hemoglobina 
A hemoglobina é encontrada exclusivamente nos eritrócitos, e sua prin­
cipal função é transportar oxigênio (02) dos pulmões até os capilares dos 
Bioquímica Ilustrada 27 
11· 
·~ 
Figura 3.3 
A. Estrutura da hemoglobina, mostrando o esqueleto polipeptídico. B. Desenho simplificado, mostrando as hél ices a. 
tecidos. A hemoglobina A, a principal hemoglobina de adultos, é com­
posta por quatro cadeias polipeptídicas (duas cadeias a e duas cadeias 
í3) unidas por interações não covalentes (Fig. 3.3). Cada cadeia (subuni­
dade) contém segmentos de estrutura em hél ice a, além de uma fenda, 
ou bolso, revestida por grupos hidrofóbicos, onde se liga o grupo heme, 
de forma similar ao descrito para a mioglobina. A molécula tetramérica 
da hemoglobina, no entanto, é estrutural e funcionalmente mais comple­
xa do que a mioglobina. Por exemplo, a hemoglobina pode transportar 
prótons (H+) e dióxido de carbono (C02) dos tec idos até os pulmões e 
pode carregar quatro moléculas de 0 2 dos pulmões às células dos te­
cidos do corpo. Além disso, as propriedades de ligação do oxigênio na 
hemoglobina são reguladas por interações com efetores alostéricos (ver 
pág. 29). 
Obter 0 2 da atmosfera apenas por difusão limita enormemente o ta­
manho dos organismos. Sistemas circulatórios superam esse problema, 
porém são necessárias moléculas de transporte como a hemoglobina, 
pois o 0 2 é apenas fracamente solúvel em soluções aquosas como o 
sangue. 
1. Estrutura quaternária. Visualiza-se a hemoglobina tetramérica 
composta por dois dímeros idênticos (aí3)1 e (aí3)2 • As duas cadeias 
polipeptídicas em cada dímero são unidas firmemente, em especial 
por meio de interações hidrofóbicas (Fig. 3.4). (Nota: nesse caso, os 
resíduos de aminoácidos hidrofóbicos estão localizados não apenas 
no interior da molécula, mas também em uma região da superfíc ie 
na interface de cada subunidade. Múltiplas interações hidrofóbicas 
intercadeias formam fortes associações entre as subunidades a e 
as subunidades í3 nos dímeros.) Em contrapartida, os dois dímeros 
são mantidos unidos principalmente por ligações polares. As inte­
rações mais fracas entre os dímeros permitem que haja movimento 
de um em relação ao outro. Esse movimento resulta em posições 
diferentes desses dímeros um em relação ao outro na desoxiemo­
globina, quando comparado à oxiemoglobina (ver Fig. 3.4). 
28 Denise R. Ferrier 
Fracas ligações iônicas e de 
hidrogênio ocorrem entre os 
pares de dímeros af3 na forma 
desoxigenada. 
Interações fortes, 
principalmente 
hidrofóbicas, entre as 
cadeias a e 13 formam 
dímeros af3 estáveis. 
( 
) 
Algumas ligações iônicas 
e de hidrogênio entre 
dois dímeros af3 são 
rompidas no estado 
oxigenado. 
Estrutura "T", ou tensa, da desoxiemoglobina Estrutura "R", ou relaxada, da oxiemoglobina 
Figura 3.4 
Diagrama esquemático mostrando mudanças estruturais resu ltantes da oxigenação e desoxigenação da hemoglobina.Hélice F da 
HN _ C/ cadeia da g lobina 
/ \ • Histidina proximal 
e :::::.... e (His FB) 
~/ 
N 
1 
Fe
2
+ } 
N/ "---N Heme 
Hélice F da 
HN _ C/ cadeia da g lobina 
/ \ --• - Histidina proximal 
e e (His F8) 
~ 
~/ 
N 
1 
N - Fe2±...._ N } Heme 
1 
o 
\ o 
Figura 3.5 
Movimento do ferro (Fe) do núcleo 
heme. A. Para fora do plano do 
núcleo heme quando o oxigênio (02) 
não está ligado. 8 . Para dentro 
do plano do núcleo heme com 
a ligação do 0 2 . 
a. Forma T. A forma desoxi da hemoglobina é chamada de "T" 
ou forma tensa. Na forma T, os dois dímeros a[3 interagem por 
meio de uma rede de ligações iônicas e ligações de hidrogênio 
que restringem os movimentos das cadeias polipeptídicas. A 
conformação T é a forma da hemoglobina com baixa afinidade 
pelo oxigênio. 
b. Forma R. A ligação do 0 2 à hemoglobina causa a ruptura de 
algumas das ligações polares entre os dois dímeros a[3, permi­
tindo movimento desses dímeros. Especificamente, a ligação 
do 0 2 ao Fe2
+ do grupo heme empurra este ferro para dentro do 
p lano do grupo heme (Fig. 3.5). Uma vez que o ferro também 
está ligado à hist idina proximal (F8), o movimento resultante 
das cadeias de globina altera a interface entre os dímeros a[3, 
levando a uma estrutura chamada "R", ou forma relaxada (ver 
Fig. 3.4). A conformação R é a forma da hemoglobina de alta 
afinidade pelo oxigênio. 
D. A ligação do oxigênio à mioglobina e à hemoglobina 
A mioglobina pode ligar somente uma molécula de oxigênio (02), porque 
contém apenas um grupo heme. A hemoglobina, em contrapartida, pode 
ligar quatro moléculas de 0 2 , uma a cada um de seus quatro núcleos 
heme. O grau de saturação (Y) desses sítios de ligação ao oxigênio em 
todas as moléculas de mioglobina ou hemoglobina pode variar de zero 
(quando todos os sítios estão vazios) a 100% (quando todos os sítios 
estão preenchidos), como mostrado na Figura 3.6. (Nota: a oximetria de 
pulso é um método indireto e não invasivo de medir a saturação de oxi­
gênio no sangue arterial que se baseia em diferenças na absorção de luz 
entre a oxiemoglobina e a desoxiemoglobina.) 
1. Curva de dissociação do oxigênio. Uma curva da saturação (Y) 
medida em diferentes pressões parciais de oxigênio (p02) é chama­
da de curva de dissociação do oxigênio. (Nota: a p02 também pode 
ser representada como P02 .) As curvas para a mioglobina e para a 
hemoglobina apresentam diferenças importantes (ver Fig. 3.6). Esse 
gráfico ilustra que a mioglobina tem maior afinidade por oxigênio do 
que a hemoglobina, em todas as p02 • A pressão parcial de oxigênio 
necessária para obter metade da saturação dos sítios de ligação 
(P 50) é de aproximadamente 1 mmHg para a mioglobina e 26 mmHg 
para a hemoglobina. Quanto maior a afinidade por oxigênio (i.e., 
quanto mais fortemente a molécula liga-se ao 0 2), menor a P 50• 
a. Mioglobina. A curva de dissociação do oxigênio para a mio­
globina possui uma forma hiperból ica (ver Fig. 3.6). Isso reflete 
o fato de que a mioglobina se liga reversivelmente a apenas 
uma molécula de oxigênio. Assim, a mioglobina oxigenada 
(Mb02) e a desoxigenada (Mb) estão em um equilíbrio simples: 
Mb + 0 2 t=! Mb02 
O equilíbrio é deslocado para a direita ou para a esquerda à 
medida que o 0 2 é adicionado ou removido do sistema. (Nota: 
a mioglobina tem a função de ligar o 0 2 liberado pela hemoglo­
bina nas baixas p02 encontradas no músculo. A mioglobina, 
por sua vez, libera o 0 2 dentro da célula muscular em resposta 
à demanda de oxigênio.) 
b. Hemoglobina. A curva de dissociação do oxigênio para a he­
moglobina tem forma sigmoidal (ver Fig. 3.6), indicando que as 
subunidades cooperam na ligação do 0 2 . A ligação cooperativa 
do 0 2 pelas quatro subunidades da hemoglobina significa que 
a ligação de uma molécula de oxigênio a uma das subunidades 
aumenta a afinidade por oxigênio das subunidades restantes 
na mesma molécula de hemoglobina (Fig. 3. 7). Embora seja 
mais difícil para a primeira molécula de oxigênio ligar-se à he­
moglobina, as ligações subsequentes de outras moléculas de 
oxigênio ocorrem com alta afin idade, como demonstrado pela 
curva rapidamente ascendente na região de 20 a 30 mmHg (ver 
Fig. 3.6). 
E. Efetores alostéricos 
A capacidade da hemoglobina para ligar-se reversivelmente ao oxigê­
nio é afetada pela p02, pelo pH do meio, pela pressão parcial de dió­
xido de carbono (pC02) e pela disponibilidade de 2,3-bisfosfoglicerato 
(2,3-BPG). Esses são coletivamente chamados de efetores alostéricos 
("em outro sítio"), pois sua interação com um sítio na molécula tetramé­
rica da hemoglobina causa mudanças est ruturais que afetam a ligação 
do 0 2 ao ferro dos núcleos heme em outras regiões da molécula. (Nota: a 
ligação do 0 2 à mioglobina monomérica não é influenciada por efetores 
alostéricos.) 
1. Oxigênio. A curva sigmoidal de dissociação do oxigênio reflete 
mudanças estruturais específicas, as quais são inic iadas em uma 
subunidade e são transmitidas às outras subunidades da estrutura 
tetramérica da hemoglobina. O efeito líquido dessa cooperat ividade 
é que a afinidade da hemoglobina pela últ ima molécula de oxigênio 
a se ligar é aproximadamente 300 vezes maior do que a afin idade 
pela primeira molécula de oxigênio ligada. O oxigênio é, portanto, 
um efetor alostérico da hemoglobina. Ele estabiliza a forma R. 
a. Ligando e liberando o oxigênio. A ligação cooperativa do 0 2 
permite à hemoglobina liberar mais 0 2 aos tecidos em resposta 
a variações relativamente pequenas na p02 . Isso pode ser ob­
servado na Figura 3.6, na qual está indicada a p02 nos alvéolos 
pulmonares e nos capilares dos tecidos. Por exemplo, nos pul-
Bioquímica Ilustrada 29 
A curva de dissociação do oxigênio 
apresentada pela hemoglobina é acentuada 
em baixas concentrações de oxigênio, como 
ocorre nos tecidos. Isso permite que o 
oxigênio seja liberado em resposta a 
pequenas variações na p02" 
p02 nos p02 nos 
tec idos pulmões 
~ ('. Mlogloblna ~ 
ººt t 40 80 120 
Pressão parcial de oxigênio (p02) 
1 1 (mmHg) 
P50 :1 P50 =26 
Figura 3.6 
Curvas de dissociação do oxigênio 
para a mioglobina e para a 
hemoglobina (Hb). 
' / Hb 
/ ' 
' / Hb 
~ )! 
Figura 3.7 
A hemoglobina (Hb) liga sucessivas 
moléculas de oxigênio (02) com 
afinidade crescente. 
30 Denise R. Ferrier 
PULMÕES 
co2 é liberado 
pela hemoglobina. 
C02 liga à 
hemoglobina. 
0 2 liga-se à 
hem oglobina. 
'l. 
Oxiemoglobina 
"'Í 
0 2 é liberado 
pela hem oglobina. 
TECIDOS 
Figura 3.8 
Transporte de oxigênio e dióxido de 
carbono pela hemoglobina. Fe = ferro. 
A diminuição do pH resulta em decréscimo 
da afin idade da hemoglobina pelo oxigênio 
e, dessa form a, em um deslocamento para 
a direita da curva de dissociação do oxigênio. 
~ 100 
pH = 7,6 
"' '-- pH = 7,2 o 
E 
o 
Em um pH mais baixo, u 
o ' ' . 
ICU e necessana maior 
"' 50 p02 para atingir uma cu ... 
determinada saturação ::::J ... 
cu de oxigênio . VI 
Q) ,, 
':!!. o o 
o 40 80 120 
Pressão parcial de oxigênio (p02) 
(mmHg) 
Figura 3.9 
Efeito do pH sobre a afinidade 
da hemoglobina por oxigênio. 
Prótons são efetores alostéricos 
da hemoglobina. 
mões, a concentração de oxigênio é alta, e a hemoglobina se 
torna praticamente saturada (ou "carregada") com oxigênio. 
Em contrapartida, nos tecidos periféricos, a oxiemoglobina li­
bera (ou "descarrega") a maior parte de seu 0 2 para uti lização 
no metabolismo oxidativo dos tecidos (Fig. 3.8). 
b. Significado da curva sigmoidal de dissociação do oxigê­
nio. A inclinação abrupta da curva de dissociação do oxigê­
nio na faixa de concentração de oxigênio que ocorre entre os 
pulmões e os tecidos permite que a hemoglobina transporte e 
libere o 0 2 de forma eficiente, desde os sítios de alta p02 até os 
sítios de baixa p02. Uma molécula com a curva de dissociação 
de oxigênio hiperbólica, como a mioglobina, não poderia apre­
sentar o mesmo grau de liberação de 0 2 nessa faixa de p02. 
Pelo contrário, ela teria afinidade máxima por 0 2 em toda essa 
faixa de pressãode oxigênio e, dessa forma, não o liberaria 
para os tecidos. 
2. Efeito Bohr. A liberação do 0 2 pela hemoglobina é aumentada 
quando o pH d iminui (quando a concentração de prótons [H+] au­
menta) ou q uando a hemoglobina está na presença de uma pC02 
aumentada. Nos dois casos, há redução da afinidade da hemoglo­
bina por oxigênio e, portanto, um deslocamento da curva de dis­
sociação do oxigênio para a direita (Fig. 3.9). Então, ambos estabi­
lizam o estado T (desoxi). Essa alteração na ligação do oxigênio é 
denominada efeito Bohr. Por sua vez, o aumento do pH e a redução 
da concentração de C02 resultam em maior afin idade por oxigênio 
e em um deslocamento da curva de dissociação do oxigênio para a 
esquerda, com estabilização do estado R (oxi). 
a. Origem dos prótons que diminuem o pH. A concentração 
de ambos, H+ e C02, nos capilares dos tecidos metabolicamen­
te ativos é maior do que aquela observada nos capi lares alveo­
lares dos pulmões, nos quais o C02 é liberado no ar expirado. 
Nos tecidos, o C02 é convertido em ácido carbônico pela ani­
drase carbônica, uma enzima contendo zinco: 
b. 
co2 + H20 ~ H2C03 
O ácido carbônico perde espontaneamente um próton, tornan­
do-se bicarbonato (o principal tampão do sangue): 
H2C03 ~ Hco; + H+ 
O H+ produzido por esse par de reações contribui para a redu­
ção do pH. Esse gradiente d iferencial de pH (os pulmões com 
pH mais alto e os tecidos com pH mais baixo) favorece a libe­
ração de 0 2 nos tecidos periféricos e a associação da hemo­
globina ao oxigênio no pulmão. Assim, a afinidade da molécula 
da hemoglobina por oxigênio responde a pequenas alterações 
no pH entre os pulmões e os tecidos que consomem oxigênio, 
tornando a hemoglobina um transportador de 0 2 mais eficiente. 
Mecanismo do efeito Bohr. O efeito Bohr reflete o fato de 
que a forma desoxi da hemoglobina possui maior afinidade por 
prótons que a oxiemoglobina. Esse efeito é causado por grupos 
ionizáveis, como cadeias laterais específicas de histidina, que 
possuem pKª (ver pág. 6) mais altos na desoxiemoglobina do 
que na oxiemoglobina. Assim, um aumento na concentração de 
H+ (resultando na diminuição do pH) faz com que esses grupos 
fiquem protonados (carregados) e capazes de formar ligações 
iônicas (também chamadas de pontes salinas). Essas ligações 
3. 
estabil izam preferencialmente a forma desoxi da hemoglobina, 
produzindo uma redução na afin idade por oxigênio. (Nota: a 
hemoglobina, portanto, é um importante tampão sanguíneo.) 
O efeito Bohr pode ser representado esquematicamente como: 
Hb0
2 
+ H+ 
Oxiemoglobina 
~ HbH + 0 2 
Desoxiemoglobina 
em q ue um aumento de H+ (ou uma redução da p02) deslo­
ca o equi líbrio para a d ireita (em favor da desoxiemoglobina), 
enquanto um aumento na p02 (ou redução de H+) desloca o 
equilíbrio para a esquerda. 
Efeito do 2,3-BPG sobre a afinidade pelo oxigênio. O 2,3-BPG 
é um regulador importante da ligação do 0 2 à hemoglobina. Ele é o 
composto orgânico contendo fosfato mais abundante nos eritróci­
tos, nos quais sua concentração é aproximadamente equivalente à 
da hemoglobina. O 2,3-BPG é sintetizado a partir de um interme­
diário da rota glicolítica (Fig. 3.1 O; ver pág. 101 para uma d iscussão 
acerca da síntese do 2,3-BPG na gl icólise). 
a. Ligação do 2,3-BPG à desoxiemoglobina. O 2,3-BPG di­
minui a afinidade da hemoglobina por oxigênio, por ligar-se 
à desoxiemoglobina, mas não à oxiemoglobina. Essa ligação 
preferencial estabiliza a conformação T da desoxiemoglobina. 
O efeito da ligação do 2,3-BPG pode ser representado esque­
maticamente como: 
Hb02 + 2,3-BPG ~ 
Oxiemoglobina 
Hb -2,3-BPG + 0 2 
Desoxiemoglobina 
b. Sítio de ligação para o 2,3-BPG. Uma molécula de 2,3-BPG 
liga-se a uma fenda formada pelas duas cadeias de í3-globina, 
no centro do tetrâmero da desoxiemoglobina (Fig. 3.11 ). Essa 
fenda contém vários aminoácidos carregados positivamente, 
que formam ligações iônicas com os grupos fosfato carrega­
dos negativamente do 2,3-BPG. (Nota: a substitu ição de um 
desses aminoácidos pode resu ltar em variantes da hemoglo­
bina com afinidade anormalmente alta pelo oxigênio, que pode 
ser compensada por um aumento da produção de eritrócitos 
[erit rocitose] .) A oxigenação da hemoglobina torna mais estreita 
a fenda e causa a liberação do 2,3-BPG. 
c. Deslocamento na curva de dissociação do oxigênio. A 
hemoglobina da qual foi removido o 2,3-BPG apresenta alta 
afinidade pelo oxigênio. Entretanto, conforme observado no 
eritrócito, a presença de 2,3-BPG reduz s ignificativamente a 
afinidade da hemoglobina por oxigênio, deslocando a curva de 
dissociação do oxigênio para a d ireita (Fig. 3.12). Essa afinida­
de reduzida permite que a hemoglobina libere o 0 2 de maneira 
eficiente nas pressões parc iais encontradas nos tecidos. 
d. Os níveis de 2,3-BPG na hipóxia ou na anemia crônicas. A 
concentração de 2,3-BPG no eritrócito aumenta em resposta 
à hipóxia crôn ica, como observado em doenças pulmonares 
obstrutivas crônicas (p. ex., no enfisema), ou em altitudes ele­
vadas, quando a hemoglobina c ircu lante pode ter dificuldade 
em receber 0 2 suficiente. Os níveis intracelulares de 2,3-BPG 
também estão elevados na anemia crôn ica, quando menos eri­
t rócitos que o normal estão d isponíveis para suprir as necessi­
dades de oxigênio do organismo. Níveis elevados de 2,3-BPG 
Bioquímica Ilustrada 31 
Glicólise 
Glicose 
1 3-, 
-Bisfosfog 1 icerato 
3-Fosfo­
glicerato 
t 
Piruvato 
t 
Lactato 
Figura 3.10 
o 
11 
e-o-
i 
H-c-o-® 
1 
H-c-o-® 
1 
H 
2,3-Bisfosfo­
glicerato 
~--
H20 
Síntese de 2,3-bisfosfoglicerato. 
(Nota: ® é um grupo fosfori la, 
P03 
2
· .) Na literatura mais antiga, 
o 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) 
pode ser encontrado com o nome 
2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG). 
Uma única molécula de 2,3-BPG 
liga-se a uma concavidade 
positivamente carregada, formada 
pelas cadeias J3 da desoxiemoglobina. 
Figura 3.11 
Ligação do 2,3-bisfosfogl icerato 
(2,3-BPG) à desoxiemoglobina. 
32 Denise R. Ferrier 
2,3-BPG = O 
(Hemoglobina depletada 
de 2,3-BPG) 
E 1oo .. o 
E ,....__ 2,3-BPG = 5 mmol/L 
o 
u 
o 
llll 
"" E 
:::1 .. 
lll 
Ili 
CI> 
"C 
-;R 
o o 
o 
(sangue normal) 
2,3-BPG = 8 mmol/L 
(sangue de indivíduos 
adaptados a grandes altitudes) 
40 80 120 
Pressão parc ial de oxigênio (p02) 
(mmHg) 
Figura 3.12 
Efeito alostérico do 
2,3-bisfosfogl icerato (2,3-BPG) 
sobre a afinidade da hemoglobina 
. ~ . 
por ox1gen10. 
20 0°/o CO-Hb - \ CI> 
:::1 
.. C> 
O e 
CI> lll 
I "C CI> 
o "C 
~ ...1 10 
,CI> E 
g8 
(J ... 
:::i 
E - o 
o 40 80 120 
Pressão parc ial de oxigênio (p02) 
(mmHg) 
Figura 3.13 
Efeito do monóxido de carbono (CO) 
sobre a afinidade da hemoglobina 
por oxigênio. O CO compete com o 
0 2 pela ligação com o ferro do núcleo 
heme. CO-Hb = carboxiemoglobina 
(monóxido de carbono-hemoglobina). 
d iminuem a afin idade da hemoglobina por oxigênio, permitindo 
descarga maior de 0 2 nos capilares dos tecidos (ver Fig. 3.12). 
e. 2,3-BPG no sangue transfundido. O 2,3-BPG é essencial 
para a função normal da hemoglobina de transportar oxigênio. 
No entanto, o armazenamento do sangue nos meios atualmente 
disponíveis resulta em uma redução no 2,3-BPG. Consequente­
mente, o sangue armazenado manifesta uma afinidade por oxi­
gênio anormalmente elevada e apresenta dificuldade em liberá­
- lo de forma adequada para os tecidos. Assim, a hemoglobina 
deficiente em 2,3-BPG atua como uma espécie de "captador" 
para o oxigênio e não como seu sistema de transporte e libe­
ração. Eritrócitos transfundidos são capazes de restaurar seus 
suprimentos depletados de 2,3-BPG em 6 a 24 horas. Contudo, 
pacientes gravemente doentes podem ter problemas se trans­
fundidos com grandes quantidades de sangue depletado em 
2,3-BPG. Portanto, o sangue armazenado deve ser tratado com 
uma solução "rejuvenescedora", que restaura rapidamente o 
2,3-BPG. (Nota: esse processo de "rejuvenescimento" também 
restaura o ATP perdido durante o armazenamento.) 
4. Ligaçãoao C02• A maior parte do C02 produzido no metabolismo 
é hidratado e t ransportado como íon bicarbonato (ver Fig. 1.12, pág. 
9). Entretanto, algum C02 é carregado como carbamato, ligado a 
grupos amino N-terminais da hemoglobina (formando carbaminoe­
moglobina, como mostrado na Fig. 3.8), o que pode ser representa­
do esquematicamente como: 
5. 
Hb -NH2 +C02 ~ Hb-NH-coo- + H+ 
A ligação do C02 estabiliza a forma T (tensa), ou desoxi, da hemo­
globina, resu ltando em um decréscimo de sua afinidade por oxi­
gênio (ver pág. 28) e em um deslocamento para a direita na curva 
de dissociação do oxigênio. Nos pulmões, o C02 dissocia-se da 
hemoglobina e é liberado na respiração. 
Ligação ao CO. O monóxido de carbono (CO) liga-se fortemente 
(mas reversivelmente) ao ferro da hemoglobina, formando carboxie­
moglobina. Quando o monóxido de carbono se liga a um ou mais 
dos quatro grupos heme, a hemoglobina muda para a conforma­
ção R, de modo que os grupos remanescentes se ligam ao 0 2 com 
alta afinidade. Isso leva ao deslocamento da curva de saturação do 
oxigênio para a esquerda, mudando o formato sigmoidal normal da 
curva para o formato hiperbólico. Como resultado, a hemoglobina 
afetada é incapaz de liberar o oxigênio para os tecidos (Fig. 3.13). 
(Nota: a afinidade da hemoglobina por CO é 220 vezes maior do que 
por 0 2. Consequentemente, mesmo concentrações mínimas de mo­
nóxido de carbono no meio podem produzir concentrações tóxicas 
de carboxiemoglobina no sangue. Por exemplo, níveis aumentados 
de CO são encontrados no sangue de fumantes. A toxicidade do CO 
parece resultar da combinação de hipóxia tecidual e de dano celular 
d ireto mediado pelo monóxido de carbono.) O envenenamento por 
monóxido de carbono é tratado com terapia de 100% de 0 2 em alta 
pressão (terapia hiperbárica com oxigênio), que facilita a dissociação 
do CO da hemoglobina. (Nota: o CO inibe o Complexo IV da cadeia 
transportadora de elétrons [ver pág. 76].) A lém do 0 2, do C02 e do 
CO, outro gás, o óxido nítrico (NO), também é carregado pela hemo­
globina. O NO é um potente vasodilatador (ver pág. 151). Ele pode 
ser captado pelos eritrócitos ou deles liberado, modulando, assim, a 
disponibilidade de NO e influenciando o diâmetro dos vasos. 
F. Hemoglobinas de menor ocorrência 
É importante lembrar que a hemoglobina A humana (HbA) é apenas 
um membro de uma famíl ia de proteínas func ional e estruturalmente 
relacionadas, as hemoglobinas (Fig. 3.14). Cada uma dessas proteínas 
t ransportadoras de oxigênio é um tetrâmero, composto por dois poli­
peptídeos de u-globina (ou semelhantes à u-globina) e dois polipep­
tídeos 13-globina (ou semelhantes à 13-globina). Certas hemoglobinas, 
como a HbF, são sintetizadas normalmente apenas durante o desen­
volvimento fetal, enquanto outras, como a HbA2 , são sintet izadas no 
adulto, embora em baixos níveis quando comparadas com a HbA. A 
HbA também pode ser modificada pela adição covalente de uma hexo­
se (ver item 3, a seguir). 
1. Hemoglobina fetal. A HbF é um tetrâmero, consistindo em duas 
cadeias a idênticas àquelas encontradas na HbA mais duas cadeias 
gama ()') (a.2 -y2 ; ver Fig. 3.14). As cadeias 'Y são membros da família 
de genes das 13-globinas (ver pág. 34). 
a. Síntese de HbF durante o desenvolvimento. No primeiro 
mês após a concepção, hemoglobinas embrionárias, como a 
Hb Gower 1, composta por duas cadeias zeta (,), semelhantes 
às cadeias u , e duas cadeias épsilon (8), estas últ imas seme­
lhantes às cadeias 13, ou seja, ' 28 2, são sintetizadas pelo saco 
embrionário. Na quinta semana de gestação, o sítio de síntese 
da proteína globina é deslocado, inicialmente para o fígado e 
após para a medula óssea, e o principal produto é a HbF. A HbF 
é a principal hemoglobina encontrada em fetos e em recém­
-nascidos, perfazendo aproximadamente 60% de toda a hemo­
globina nos eritrócitos durante os últimos meses de vida fetal 
(Fig. 3.15). A síntese de HbA inicia na medula óssea por volta 
do oitavo mês de gestação, e gradualmente a HbF vai sendo 
substituída pela HbA. A Figura 3.15 mostra a produção relativa 
de cada tipo de cadeia da hemoglobina durante a vida fetal e 
pós-natal. (Nota: a HbF representa ,, 
UI 
Ili 
"i ,, 
Ili 
u 
UI 
Ili ,, 
E 
CI> 
Cl s 
Cadeias 
semelhantes 
à Jl-g lobina 
50 
e 25 
8 
E 
... 
o 
a. 
1 
o~c::::::::L:::-±:~~___J 
-9 -6 -3 o 3 6 9 
Meses antes e depois do nascimento 
Figura 3.15 
Alterações na produção de globinas 
durante o desenvolvimento. 
34 Denise R. Ferrier 
NH2 
Hemoglobina A HCO 
1 
HCOH 
1 
HOCH 
1 
HCOH 
1 
HCOH 
1 
CH20H 
Glicose 
NH 
1 
HCH 
1 
co 
' ' HOCH HOCH 
' ' HCOH HCOH 
' 1 HCOH HCOH 
' 1 
CH20H CH20H 
Hemoglobina A1c 
Figura 3.16 
Adição não enzimática de glicose 
à hemoglobina. A adição não 
enzimática de um açúcar a uma 
proteína é denominada gl icação. 
Genes da família da 
o-globina (cromossomo 16) ......_ __ 
3. Hemoglobina A1c. Em condições fisiológicas, a HbA é vagarosa­
mente glicada (condensada não enzimaticamente com uma hexase), 
sendo a extensão dessa glicação dependente da concentração plas­
mática da hexase. A forma mais abundante de hemoglobina glicada 
é a HbA1c . Ela possui resíduos de gl icose ligados predominantemente 
aos grupos NH2 das valinas N-terminais das cadeias de [3-globina (Fig. 
3.1 6). Quantidades aumentadas de HbA1c são encontradas nos eritró­
citos de pacientes com diabetes melito, pois a HbA desses pacientes 
está em contato com concentrações mais altas de glicose durante os 
120 dias de vida de seus eritrócitos. 0Jer pág. 340 para uma discussão 
acerca da uti lização dos níveis de HbA1c para a avaliação dos níveis 
sanguíneos médios de glicose em pacientes diabéticos.) 
-Ili. ORGANIZAÇAO DOS GENES DE GLOBINAS 
Para entender as doenças resultantes de modificações genét icas na estru­
tura ou síntese da hemoglobina, é necessário compreender como os genes 
da hemoglobina, os quais direcionam a síntese das d iferentes cadeias de 
globinas, são organizados estruturalmente em famílias de genes e também 
como eles são expressos. 
A. A família dos genes a 
Os genes q ue codificam as subunidades do tipo a-globina e do tipo 
[3-globina das cadeias da hemoglobina ocorrem em dois agrupamen­
tos (ou famíl ias) de genes, localizados em dois cromossomos diferentes 
(Fig. 3.17). O grupo de genesa no cromossomo 16 contém dois genes 
para as cadeias de a-globina. Ele também contém o gene zeta (,),que é 
expresso precocemente no desenvolvimento como um componente do 
tipo a-globina da hemoglobina embrionária. (Nota: as famílias de genes 
das globinas também contêm genes semelhantes aos das globinas que 
não são expressos [isto é, sua informação genética não é usada para 
produzir cadeias de globinas] e são denominados pseudogenes.) 
B. A família dos genes (l 
Um único gene para a cadeia de [3-globina está local izado no cromos­
somo 11 (ver Fig. 3.17). Existem ainda outros quatro genes semelhantes 
aos da [3-g lobina: o gene épsi lon (s) (o q ual, de modo semelhante ao 
gene ,, é expresso no início do desenvolvimento embrionário), dois ge­
nes 'Y (G'Y e A"f, que são expressos na HbF) e o gene ô, que codifica a 
cadeia de globina encontrada na hemoglobina que aparece minoritaria­
mente em adultos, a HbA2 • 
i.~Cl~ 
Duas cópias do gene o-globina são 
designadas 0 1 e o2• Cada uma 
pode fornecer cadeias de o -globina 
que se combinam com cadeias 
Hemoglobinas são 
formadas pela 
combinação de cadeias 
de cada família de genes. 
HbGower 1 HbF HbA2 HbA 
de !l-globina. 
Genes da família da 
!l-globina (cromossomo 11) 
Figura 3.17 
G.,. A.,. 
02Ô2 º2'12 
t ' 
Organização das famílias de genes das globinas. Hb = hemoglobina. 
C. Etapas da síntese das cadeias das globinas 
A expressão de um gene de globina inicia no núcleo de precursores dos 
eritrócitos, onde a sequência de DNA que codifica o gene é transcrita. 
O RNA produzido pela transcrição é, na verdade, um precursor do RNA 
mensageiro (RNAm), que é usado como um molde para a síntese de 
uma cadeia de globina. Antes de o RNA estar apto a cumprir essa fun­
ção, dois segmentos de RNA não codificante (íntrons) devem ser remo­
vidos da sequência do RNAm precursor, e os três fragmentos restantes 
(éxons) devem ser ligados novamente de forma linear. O RNAm maduro 
resultante penetra no citosol, onde sua informação genética é traduzida, 
produzindo uma cadeia de globina. (Um resumo desse processo é mos­
trado na Fig. 3.18. Uma descrição mais detalhada da expressão gênica é 
apresentada na Unidade VII, Capítulos 30-32.) 
IV. HEMOGLOBINOPATIAS 
As hemoglobinopatias são definidas como um grupo de doenças genéti­
cas causadas pela produção de uma molécula de hemoglobina estrutural­
mente anormal, pela síntese de quantidades insuficientes de hemoglobina 
normal ou, raramente, por ambas. A anemia falciforme (HbS), a doença 
da hemoglobina C (HbC), a doença da hemoglobina SC (HbS + HbC = 
HbSC) e as talassemias são hemoglobinopatias típicas, que podem ter 
consequências clínicas graves. As três primeiras condições resu ltam da 
produção de hemoglobinas com sequências alteradas de aminoácidos 
(hemoglobinopatias qualitativas), ao passo que as talassemias são devi­
das a uma produção diminuída de hemoglobina normal (hemoglobinopa­
tias quant itativas). 
A. Anemia falciforme {doença da hemoglobina S) 
A anemia falciforme, a mais comum das doenças falciformes dos eri­
t rócitos, é uma doença genética causada pela subst ituição de um úni­
co nucleotídeo (mutação pontual; ver pág. 449) no gene da cadeia da , 
f3-g lobina. E a doença hereditária do sangue mais comum nos Estados 
Unidos, afetando cerca de 50.000 norte-americanos. Ela ocorre prin­
cipalmente na população de afro-americanos, afetando 1 a cada 500 
recém-nascidos afro-americanos. A anemia falciforme é uma doença 
autossômica recessiva. Ela ocorre em pessoas que herdaram dois ge­
nes mutantes (um de cada um dos genitores) que codificam a síntese 
das cadeias í3 das moléculas de globina. (Nota: a cadeia da f3-globina 
mutante é chamada f35
, e a hemoglobina resu ltante, a 2 f35
2, é denomi­
nada HbS.) Um bebê não demonstra sintomas da doença até que uma 
quantidade suficiente de HbF tenha sido subst ituída por HbS, de modo 
que possa ocorrer a alteração no formato dos erit rócitos, que passam 
a mostrar-se falciformes (ver pág. 36). A anemia falciforme caracteriza­
-se por episódios dolorosos (crises) que ocorrem durante toda a vida, 
por uma anemia hemolít ica crônica com hiperbil irrubinemia associa­
da (ver pág. 284) e pelo aumento da suscetibilidade a infecções, que 
começam, em geral, no início da infância. (Nota: a vida média de um 
eritrócito na anemia falciforme é menor que 20 dias, comparada com 
os 120 dias para eritrócitos normais; daí a anemia.) Outros sintomas in­
cluem síndrome aguda do peito, acidentes vasculares cerebrais (AVC), 
d isfunção esplênica e renal e alterações ósseas devido à hiperplasia da 
medula óssea. Há redução da expectativa de vida. Os heterozigotos, 
representando um em cada doze afro-americanos, possuem um gene 
normal e um gene falciforme. Os eritrócitos desses heterozigotos con­
têm tanto HbS quanto HbA, e diz-se que esses indivíduos apresentam 
5 ' 
Bioquímica Ilustrada 35 
As famílias dos genes de globinas 
°' e 13 contêm t rês éxons (regiões de 
codif icação) separados por dois 
ínt rons (sequências intervenientes) 
não codificadores. 
Gene da 
globina 
lntron 2 
Transcrição 
t 
3 ' 
Éxon 3 
RNAm 
precursor 
Corte-junção 
-.t NÚCLEO 
RNAm 
Tradução CITOSOL 
~+-
Hemoglobina 
Figura 3.18 
Síntese de globinas. RNAm = ácido 
ribonucleico mensageiro. 
36 Denise R. Ferrier 
-
Vai · His · Leu · Thr · Pro · Glu · Glu · Lys ~ 
1 2345 6 78 
HbA 
-
Vai · His · Leu · Thr · Pro · Vai · Glu · Lys ~ 
1 23 45 6 78 
HbS 
Vai · His · Leu · Thr · Pro · Lys · Glu · Lys ~ 
1 23 45 6 78 
HbC 
Figura 3.19 
Subst ituições de aminoácidos 
na hemoglobina S (HbS) e na 
hemoglobina C (HbC). 
Posições 
no iníc io da 
Fonte de 
energia 
eletroforese.,_ _____ __, 
As hemoglobinas estão 
carregadas negativamente 
e migram em d ireção ao ânodo. 
Figura 3.20 
Diagrama das hemoglobinas (HbA), 
(HbS) e (HbC) após eletroforese. 
traço de anemia falci forme. Eles normalmente não apresentam sinto­
mas clínicos (mas podem apresentar, quando sob condições de exer­
cício físico intenso com desidratação) e podem ter uma expectativa de 
vida normal. 
1. Substituição de aminoácidos nas cadeias f3 da HbS. Uma 
molécula de HbS contém duas cadeias de a-globina normais e 
duas cadeias de [3-globina mutantes ([35
), nas quais o ácido glutâ­
mico da posição 6 é substituído pela valina (Fig. 3.19). Assim sen­
do, durante uma eletroforese em pH alcalino, a HbS migra mais 
lentamente em d ireção ao ânodo (eletrodo positivo) do que a HbA 
(Fig. 3.20). Essa alteração na mobilidade da HbS é o resu ltado 
da ausência dos resíduos de glutamato negativamente carrega­
dos nas duas cadeias [3, tornando, assim, a HbS menos negativa 
que a HbA. (Nota: a eletroforese da hemoglobina obtida a partir 
de eritrócitos lisados é ut ilizada rotineiramente no diagnóst ico da 
doença e do traço falciforme. A anál ise do DNA também é ut iliza­
da [ver pág. 493].) 
2. Alterações falciformes e anóxia tecidual. A substituição de 
um resíduo de glutamato carregado por uma valina apoiar forma 
uma saliência na cadeia f3 a qual se associa de forma complemen­
tar com a cadeia f3 de outra molécula de hemoglobina na célula 
(Fig. 3.21 ). Em condições de baixa pressão de oxigênio, a deso­
xiemoglobina S polimeriza dentro dos eritrócitos, formando uma 
rede de polímeros fibrosos insolúveis que enrijece e distorce as 
células, produzindo eritrócitos rígidos e deformados. Essas célu­
las falciformes frequentemente bloqueiam o fluxo sanguíneo nos 
capi lares de pequeno diâmetro. Essa interrupção no suprimen­
to de oxigênio leva à anóxia (privação de oxigênio) localizada no 
tecido, causando dor e, por fim, a morte isquêmica (infarto) das 
células na vizinhança da área do bloqueio. A anóxia também leva 
a um aumento na HbS desoxigenada. (Nota: o diâmetro médio 
dos eritrócitos é 7,5 µm, enquanto o da microvasculatura é de 3 a 
4 µm. Comparados aos erit róc itos normais, os eritrócitos falcifor­
mes apresentam uma capacidade reduzida de se deformarem e 
uma tendência aumentada de aderência àsparedes do vaso. Isso 
d ificulta o movimento por meio dos vasos pequenos, causando 
então oclusão microvascular.) 
3. Variáveis que aumentam a indução de células falciformes. A 
intensidade dessa morfologia anormal e, portanto, da gravidade da 
doença é aumentada por qualquer variável que eleve a proporção 
de HbS no estado desoxigenado (i.e., que reduza a af inidade da 
HbS por oxigênio). Essas variáveis incluem redução na p02, aumen­
to na pC02, diminuição do pH, desidratação e um aumento na con­
centração de 2,3-BPG nos eritrócitos. 
4. Tratamento. O tratamento envolve adequada hidratação, analgé­
sicos, ant ibioticoterapia agressiva (em caso de infecção) e transfu­
sões em pacientes que apresentem alto risco de oclusão fatal de 
vasos. Transfusões intermitentes com concentrados de eritrócitos 
reduzem o risco de acidentes vasculares, mas os benefícios devem 
ser bem avaliados devido às complicações que podem ocorrer, as 
quais incluem sobrecarga de ferro, que pode resultar em hemossi­
derose (ver pág. 404), infecções sanguíneas e complicações imuno­
lógicas. A hidroxiureia (hidroxicarbamida), um fármaco antitumoral, 
é terapeuticamente úti l, pois aumenta os níveis ci rculantes de HbF, 
D Uma m utação pontual 
no DNA codifica a HbS, 
estruturalmente alterada. 
EI No estado desoxigenado, 
U a 13-6-valina ent ra na 
cavidade hidrofóbica de 
outra cadeia 13, causando 
a polimerização da HbS 
em fibras longas e rígidas. 
Cavidade 
hidrofóbica 
\ 
Val·His·Leu·Thr·Pro·Glu·Glu·Lys -.Al'V 
t 
Val·His·Leu·Thr·Pro·Yal·Glu·Lys -.Al'V I 
5. 
Cadeia 13 
6-p-Valina 
Fibras 
o que diminui a indução de células falc iformes. Isso leva a uma di­
minuição na frequência de crises dolorosas e reduz a mortal idade. 
Transplante de células-tronco é uma possibilidade. (Nota: a mor­
bidade e a mortal idade associadas à anemia falciforme levaram à 
sua inclusão nos testes de triagem em recém-nascidos, para que 
indivíduos afetados possam iniciar a antibioticoterapia profi lática 
logo após o nascimento.) 
Possível vantagem seletiva do estado heterozigoto. A elevada 
frequência da mutação [35 entre africanos negros, apesar de seus 
efeitos lesivos no estado homozigoto, sugere que exista uma van­
tagem seletiva para indivíduos heterozigotos. Por exemplo, os hete­
rozigotos para o gene da anemia falciforme são menos suscetíveis 
à malária, causada pelo parasita P/asmodium falciparum. Esse mi­
crorganismo desenvolve uma parte obrigatória de seu ciclo vital no 
eritrócito. Uma teoria sustenta que, uma vez que em indivíduos he­
terozigotos, assim como nos homozigotos para HbS, essas células 
apresentam um tempo de vida menor do que o normal, o parasita 
não pode completar seu estágio intracelular de desenvolvimento. 
Esse fato pode oferecer uma vantagem seletiva aos heterozigotos 
que vivem em reg iões onde a malária é uma das maiores causas de , 
morte. Por exemplo, na Africa, a distribuição geográfica da anemia 
falciforme é similar à da malária. 
B. Doença da hemoglobina C 
Assim como a HbS, a HbC é uma variante de hemoglobina com uma 
substituição de um único aminoácido na posição seis da cadeia de 
[3-globina (ver Fig. 3.19). Nesse caso, entretanto, uma lisina substitui o 
glutamato (em vez da substituição por uma val ina na HbS). (Nota: com 
essa substituição, a HbC move-se mais lentamente em direção ao âno­
do do que a HbA ou a HbS [ver Fig. 3.20].) Os raros pacientes homozi­
gotos para a HbC geralmente apresentam anemia hemolítica crônica, 
relativamente leve. Esses pacientes não sofrem crises de infarto e não 
necessitam de qualquer terapia específica. 
Bioquímica Ilustrada 37 
1:11 Fibras intracelulares 
1:1 de HbS distorcem 
os eritrócitos. 
Os eritrócitos rígidos 
obstruem o f luxo 
sanguíneo nos capi lares. 
Microinfartos provocados 
pela anóxia do tecido, 
resultando em forte dor. 
Figura 3.21 
Eventos celulares e moleculares 
que levam a uma crise falciforme. 
HbS = hemoglobina S. 
38 Denise R. Ferrier 
Fármacos 
Oxidantes 
endógenos 
Hemoglobina 
(Fe21 
Metemoglobina 
(Fe3+) 
Figura 3.22 
NAD• 
NADH 
Formação de metemoglobina e sua 
redução à hemoglobina pela 
NAOH-citocromo b5 redutase. 
a Cada cópia do cromossomo 11 tem apenas 
um gene para as cadeias da ~-globina. 
r 
~ .............• --- --- . ê . - -. . . . . . . . . ..... " 
--- :·····ê .. ···: :··· · ·~···· ·: - - - -. . . . . . . . . . . ..... " ............. " 
Normal Jl-Talassemia Jl-Talassemia 
menor maior 
m a a al3 a cx õ a ªa a 13 a ô a 
1313 
a HbA HbAi a ... 
13 13 13 ô ª 'Y ªªª 
ô 'Y ª cxacfi 
'Y 'Y õ HbF Precipitado 
de cadeia a 
Figura 3.23 
A. Mutações no gene da 13-globina 
nas 13-talassemias. B. Tetrâmeros 
de hemoglobina (Hb) formados 
nas 13-talassemias. 
C. Doença da hemoglobina SC 
A doença da hemoglobina SC (HbSC) é outra das doenças que indu­
zem o formato de foice nos eritrócitos. Nessa doença, algumas cadeias 
de 13-globina possuem a mutação falciforme, enquanto outras cadeias 
13 possuem a mutação encontrada na doença da HbC. (Nota: pacientes 
com a doença da HbSC são duplamente heterozigotos. São chamados 
de heterozigotos compostos, pois ambos os genes para a cadeia da 
13-globina são anormais, embora diferentes um do outro.) Os níveis de 
hemoglobina tendem a ser mais altos na doença da HbSC do que na 
anemia falciforme, podendo estar no limite inferior da faixa normal. O 
curso c lín ico da doença em adultos com a anemia HbSC difere daquele 
da anemia falci forme, pois os s intomas, como as crises dolorosas, são 
menos frequentes e menos graves. Existe, no entanto, considerável va­
riabil idade clínica. 
D. Metemoglobinemias 
A oxidação do átomo de ferro de Fe2+ para Fe3+ no núcleo heme da he­
moglobina produz a metemoglobina, que é incapaz de ligar 0 2 . Essa 
oxidação pode ser causada pela ação de certas substâncias, como os 
nitratos, ou por produtos endógenos, como espécies reativas do oxigênio 
(ver pág. 148). A oxidação pode também resultar de defeitos congênitos. 
Por exemplo, uma deficiênc ia na NAOH-citocromo b5-redutase (também 
chamada de NAOH-metemoglobina-redutase), a enzima responsável pela 
conversão da metemoglobina (Fe3+) em hemoglobina (Fe2+), leva ao acú­
mulo de metemoglobina (Fig. 3.22). (Nota: os eritrócitos de recém-nasci­
dos apresentam aproximadamente metade da capacidade dos eritrócitos 
de adultos em reduzir a metemoglobina.) A lém disso, mutações raras nas 
cadeias das a- ou 13-globinas podem levar à produção de HbM, uma 
hemoglobina anormal, resistente à redutase. As metemoglobinemias são 
caracterizadas por "cianose chocolate" (uma coloração marrom-azulada 
da pele e das membranas de mucosas) e sangue cor de chocolate, como 
resultado da coloração escura da metemoglobina. Os sintomas estão re­
lacionados com o grau de hipóxia tecidual, e incluem ansiedade, dor de 
cabeça e dispneia. Em casos raros, podem ocorrer coma e morte. O tra­
tamento usa azul de metileno, o qual se oxida ao reduzir o Fe3+. 
E. Talassemias 
As talassemias são doenças hemolíticas hereditárias, nas quais ocorre 
um desequilíbrio na síntese das cadeias de globinas. Como um grupo, 
são os distúrbios mais comuns de um único gene em humanos. Nor­
malmente, a síntese das cadeias de a- e 13-globinas é coordenada de 
modo que cada cadeia a tenha uma cadeia 13 correspondente. Isso leva 
à formação de cx.2132 (HbA). Nas talassemias, a síntese da cadeia a ou 
da 13 é defeituosa, e a concentração de hemoglobina é reduzida. Uma 
talassemia pode ser causada por uma série de mutações, incluindo de­
leções de todo o gene, ou ainda substituições ou deleções de um ou 
vários nucleotídeos no DNA. (Nota: cada talassemia pode ser c lassifica­
da como um distúrbio em que não são produzidas cadeias de globinas 
[aº- ou 13°-talassemia], ou como um distúrbio em que algumas cadeias 
são sintetizadas, porém em níveis reduzidos [a+- ou 13+-talassemia].). 
1. jl-Talassemias. Nessas doenças, a síntese de cadeias de j3-globi­
na é diminuída ou ausente, geralmente como resultado de uma muta­
ção pontualque afeta a produção de um RNAm funcional. A síntese 
da cadeia de a-globina, contudo, é normal. Cadeias de a-globina em 
excesso não podem formar tetrâmeros estáveis e, assim, precipitam, 
causando a morte prematura de células inicialmente destinadas a 
2. 
tornarem-se eritrócitos maduros. Também pode ocorrer aumento em 
a.202 (Hb~) e em a 2-y2 (HbF). Ex istem apenas duas cópias do gene 
da [3-globina em cada célula (uma em cada cromossomo 11). As­
sim sendo, indivíduos com defeitos no gene da cadeia de [3-g lobina 
apresentam o traço de [3-talassemia ([3-talassemia menor) se t iverem 
apenas um dos genes defeituoso, ou [3-talassemia maior (anemia de 
Cooley) se ambos os genes para a cadeia de [3-globina forem defei­
tuosos (Fig. 3.23). Uma vez que o gene da [3-g lobina somente é ex­
presso no final da gestação, as manifestações físicas das [3-talasse­
mias só aparecem diversos meses após o nascimento. Os indivíduos 
com [3-talassemia menor produzem algumas cadeias f3 e geralmente 
não necessitam de tratamento específico. Entretanto, os bebês que 
nascem com [3-talassemia maior parecem saudáveis ao nascimen­
to, tornando-se gravemente anêmicos, em geral durante o primeiro 
ou segundo ano de vida, devido à eritropoiese ineficiente. São tam­
bém observadas alterações esqueléticas, como resultado da hema­
topoiese extramedular. Esses pacientes necessitam de transfusões 
regulares de sangue. (Nota: embora esse tratamento salve a vida dos 
pacientes, o efeito cumulativo das transfusões é uma sobrecarga de 
ferro. A utilização de terap ia com quelantes de ferro tem reduzido a 
morbidade e a mortalidade.) A única opção disponível com potencial 
de cura é o transplante de células-tronco hematopoiéticas. 
a-Talassemias. Nessas doenças, a síntese das cadeias de a-glo­
bina está d iminuída ou ausente, geralmente como resultado de muta­
ções por deleção. Uma vez que o genoma de cada indivíduo contém 
quatro cópias do gene de a-globina (duas em cada cromossomo 16), 
existem d iversos níveis de deficiência de cadeias de a-globina (Fig. 
3.24). Se um dos quatro genes é defeituoso, o indivíduo é chamado 
de portador silencioso de a-talassemia, pois não apresenta qualquer 
das manifestações físicas da doença. Se dois genes da a-globina 
são defeituosos, o indivíduo é denominado como possuidor do traço 
de a-talassemia. Se três genes de a-globina são defeituosos, o in­
divíduo tem a doença da hemoglobina H ([34), uma anemia hemolítica 
de gravidade variável. Se todos os quatro genes de a-glob ina são 
defeituosos, isso resulta na doença da Hb de Bart (-y4), com hidropisia 
fetal e morte do feto, pois as cadeias de a-globina são necessárias 
para a síntese de HbF. (Nota: vantagens dos heterozigotos contra a 
malária são observadas tanto na a- quanto na [3-talassemias.) 
V. RESUMO DO CAPÍTULO 
A hemoglobina A (HbA), a principal hemoglobina de adultos, é composta por 
quatro cadeias polipeptídicas (duas cadeias a e duas 13 , a 2 j32) unidas por inte­
rações não covalentes (Fig. 3.25). As subunidades ocupam posições diferentes 
uma em relação à outra na desoxiemoglobina, se comparadas com a oxiemo­
globina. A forma desoxi da Hb é chamada de "T" ou conformação tensa. Ela 
apresenta restrições estruturais que limitam o movimento das cadeias polipep­
tídicas. A forma T é a forma da hemoglobina de baixa afinidade por oxigênio. 
A ligação do oxigênio (02) ao ferro do núcleo heme causa a ruptura de algumas 
ligações iônicas e de hidrogênio e movimento dos dímeros. Isso leva a uma es­
trutura chamada "R,'' ou conformação relaxada. A forma R é a forma da hemo­
globina de alta afinidade pelo oxigênio . A curva de dissociação do oxigênio 
da hemoglobina tem forma sigmoidal (ao contrário da mioglobina, que é hiper­
bólica), indicando que as subunidades ligam-se ao 0 2 de forma cooperativa. 
A ligação de uma molécula de oxigênio a um grupo heme aumenta a afinidade 
pelo oxigênio dos demais grupos heme na mesma molécula de Hb (cooperati-
Bioquímica Ilustrada 39 
Legendas 
Gene normal para 
cadeia de or-globina 
\ ---- ~ Par de 
.............. . . 
••• ••••• • ••• • # 
I 
Gene deletado da 
cadeia da or-g lobina 
.,.......-Cromossomos 16 
Cada cópia do cromossomo 16 possui dois 
genes adjacentes para cadeias de or-glob ina. 
Indivíduos 
normais 
............. Hl!ll-. 1 . ~ O'. • • 
r o ••• • ••• • •• • • 
Traço de a-talassemia 
(forma heterozigota) 
······· ~····· •....... .....• 
-i ex 1 i--i cx2 i-•·· ········ ··• •.....••.....• 
Traço de or-talassemia 
(forma heterozigota) 
. . . . . . . . . . . . . . . ............ . . 1 . . 2 . 
~ ex r----c a !----
ro •••o •••••• o' •o•• • o•• • o•• •• 
Doença da 
hemoglobina H 
(clinicamente grave) 
............. Hl!ll-. . 
-liga-se fortemente (porém reversivelmente) ao 
ferro da hemoglobina, formando carboxiemoglobina. Hemoglobinopatias são 
distúrbios causados basicamente por produção de moléculas de Hb estrutural­
mente anormais, como na anemia falciforme, ou por síntese de quantidades 
insuficientes de subunidades da Hb normal, como nas talassemias (Fig. 3.26). 
Bioquímica Ilustrada 41 
Hemoglobinopatias 
1 
t 
Síntese de hemoglobinas Síntese de quantidades insuficientes 
Outras estruturalmente anormais de hemoglobina normal 
• ' ' 
1 
por exemplo por exemplo por exemplo por exemplo por exemplo 
t t t t t por exemplo 
[ HbS l [ HbC l [ HbSC l [ o-Talassemias l [ 13-Talassemias l 
' ' ' ' 
causada por causada por causada por causadas por causadas por 
y f f .. .. 
Mutações pontuais em Mutações pontuais em Mutações pontuais 
Mutações por deleção Mutações pontuais 
• • 
ambos os genes que ambos os genes que diferentes em cada gene resultando em resultando em 
codificam a cadeia 13 codificam a cadeia 13 que codifica a cadeia 13 t t 
1 1 1 Síntese diminuída Síntese diminuída 
consistindo de substituição consistindo de substituição consistindo de substituição 
das cadeias o das cadeias 13 
! ! t ' ' [ 136 Glu-Val l [ 136 Glu- Lys l 136 Glu- Val levando à levando à 
t t 1 1 136 Glu- Lys leva à leva à [ Anemia l [ Anemia l t t ' leva à 1 ' levando ao levando ao 
Solubilidade reduzida Anemia hemolítica t t t 
na forma desoxi moderada Fenótipo mais 
Acúmulo de -y4 Acúmulo de o2-y2 grave que HbC 1 (Hb de Bart) e de (HbF) e de o2õ2 (Hb~) resultando em 1 
caracterizado por 134 (HbH) e precipitação e precipitação 
• t de cadeias 13 da cadeia o 
Formação de polímeros Solubilidade reduzida 
1 
na forma desoxi [ Metemoglobinemia l resultando em 
t 
. 
resultando em caracterizada por 
't t Oclusão vascular 
[ Formação de polímeros J [ Fe2+ - Fe3+ l 1 
resultando em ' • 
resultando em resultando em 
t 't t 
[ Dor ("crises") l [ Oclusão vascular l [ Incapacidade de ligar 0 2 J 
• • 
resultando em resultando em 
t t 
[ Dor ("crises") l [ Cianose chocolate l 
Figura 3.26 
Mapa de conceitos-chaves para hemoglobinopatias. Hb = hemoglobina; Fe = ferro; 0 2 = oxigênio. 
Questões para estudo 
Escolha a MELHOR resposta. 
3.1 Qual das afirmações a segui r sobre as hemoglobinas 
está correta? 
A. A HbA é a hemoglobina mais abundante em adultos 
normais. 
B. O sangue fetal apresenta afinidade mais baixa por 
oxigênio do que o sangue de adulto, pois a HbF tem 
maior afinidade pelo 2,3-bisfosfogl icerato. 
C. A composição de cadeias de globina para a HbF é 
C:X2Õ2. 
D. A HbA1c difere da HbA por uma única substituição de 
aminoácido, determinada geneticamente. 
E. A Hb~ aparece precocemente na vida fetal. 
Resposta correta = A. A HbA perfaz mais de 90% da hemoglobi­
na em um adulto normal. Se a HbA10 for incluída, a porcentagem 
aumenta para cerca de 97%. Uma vez que o 2,3-bisfosfoglicerato 
(2,3-BPG) reduz a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, a inte­
ração mais fraca entre o 2,3-BPG e a HbF resulta em uma afinidade 
maior pelo oxigênio para a HbF, quando comparada com a HbA. A 
HbF consiste em a 2-y2 • A HbA10 é uma forma glicada da HbA, pro­
duzida via reações não enzimáticas nos eritrócitos. A HbA2 é um 
componente menor da hemoglobina normal do adulto, aparecendo 
inicialmente logo após o nascimento e aumentando até atingir os ní­
veis encontrados nos adultos (cerca de 2% do total da hemoglobina) 
por volta dos 6 meses de idade. 
42 Denise R. Ferrier 
3.2 Qual das seguintes afirmações sobre a possibilidade da 
acidose em induzir uma crise na anemia falciforme está 
correta? 
A. A acidose diminui a solubilidade da HbS. 
B. A acidose aumenta a afinidade da hemoglobina pelo 
• A • 
ox1gen10. 
e. A acidose favorece a conversão da hemoglobina da 
forma tensa para a forma relaxada. 
D. A acidose desloca a curva de dissociação do oxigê­
nio para a esquerda. 
E. A acidose diminui a capacidade do 2,3-bisfosfoglice­
rato de ligar-se à hemoglobina. 
3.3 Qual das afirmações a seguir a respeito da ligação do 
oxigênio à hemoglobina está correta? 
A. O efeito Bohr resulta em uma menor afin idade por 
oxigênio em valores mais altos de pH. 
B. O dióxido de carbono aumenta a afinidade da he­
moglobina por oxigênio ao ligar-se aos grupos e­
-terminais das cadeias polipeptídicas. 
e. A afinidade da hemoglobina por oxigênio aumenta à 
medida que a porcentagem de saturação aumenta. 
D. O tetrâmero de hemoglobina liga quatro moléculas 
de 2,3-bisfosfoglicerato. 
E. A oxiemoglobina e a desoxiemoglobina apresentam 
a mesma afinidade por prótons. 
3.4 A 13-lisina 82 na hemoglobina A é importante para a li­
gação do 2,3-bisfosfoglicerato. Na Hb Helsinki, esse 
aminoácido é substituído por uma metionina. Qual das 
seguintes alternativas a respeito da Hb Helsinki deve ser 
verdadeira? 
A. Ela é estabilizada na forma tensa e não na forma re­
laxada. 
B. Ela deve apresentar aumento na afinidade por oxigê­
nio e, consequentemente, redução na liberação de 
oxigênio aos tecidos. 
e. Sua curva de dissociação do oxigênio deve estar 
deslocada para a direita em relação à HbA. 
D. Sua presença resulta em anemia. 
3.5 Um homem com 67 anos de idade se apresentou no se­
tor de emergência com um histórico de uma semana de 
ang ina e respiração curta. Ele reclamou que seu rosto e 
suas extremidades apresentavam "coloração azu lada". 
Sua história médica inclui angina crônica estável, tratada 
com dinitrato de isossorbida e nit roglicerina. O sangue 
coletado para análise apresentou coloração chocolate. 
Qual dos diagnósticos a seguir seria o mais provável? 
A. earboxiemoglobinemia. 
B. Doença da hemoglobina Se. 
e. Metemoglobinemia. 
D. Anemia falciforme. 
E. 13-Talassemia. 
3.6 Por que a doença da hemoglobina e é uma doença não 
falciforme? 
3. 7 O que seria verdadeiro acerca do grau de formas falcifor­
mes em eritrócitos em indivíduos com HbS e persistência 
hereditária da HbF? 
Resposta correta = A. A HbS é significativamente menos solúvel na 
forma desoxigenada, comparada à oxiemoglobina S. Uma diminui­
ção do pH (acidose) desloca a curva de dissociação do oxigênio 
para a direita, indicando menor afinidade por oxigênio (com aumento 
na sua liberação). Isso favorece a formação da hemoglobina na for­
ma desoxi, ou tensa, podendo desencadear uma crise falciforme. A 
ligação do 2,3-bisfosfoglicerato é aumentada, pois ele liga-se ape­
nas à forma desoxi da hemoglobina. 
Resposta correta = C. A ligação do oxigênio a um dos grupos heme 
aumenta a afinidade por oxigênio dos demais grupos heme na mes­
ma molécula. Um aumento no pH resulta em maior afinidade pelo 
oxigênio. O dióxido de carbono reduz a afinidade pelo oxigênio, pois 
diminui o pH. Além disso, a ligação do dióxido de carbono à porção 
N-terminal estabiliza a forma tensa, ou desoxi. A hemoglobina liga 
uma molécula de 2,3-bisfosfoglicerato. A desoxiemoglobina apre­
senta maior afinidade por prótons que a oxiemoglobina. 
Resposta correta = B. A substituição da lisina por uma metionina 
diminui a capacidade dos grupos fosfato negativamente carregados 
do 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) ligarem-se às subunidades 13 da 
hemoglobina. Uma vez que o 2,3-BPG diminui a afinidade da he­
moglobina por 0 2, uma redução no 2,3-BPG deve resultar em au­
mento na afinidade pelo oxigênio (02) e redução em sua liberação 
para os tecidos. A forma relaxada é a forma da hemoglobina de alta 
afinidade pelo oxigênio. Aumento na afinidade por 0 2 (redução na 
liberação) resulta em um deslocamento para a esquerda na curva de 
dissociação do oxigênio. A redução na liberação de 0 2 é compensa­
da pelo aumento na produção de eritrócitos. 
Resposta correta = C. A oxidação do íon ferroso (Fe2
) produzindo o 
íon férrico (Fe3
• ) no grupo prostético heme da hemoglobina forma a 
metemoglobina. Isso pode ser causado pela ação de certas subs­
tâncias, como os nitratos. As metemoglobinemias são caracteriza­
das por c ianose chocolate (coloração marrom-azulada da pele e das 
membranas demucosas) e sangue de coloração chocolate, como 
resultado da coloração escura da metemoglobina. Os sintomas es­
tão relacionados com hipóxia tecidual e incluem ansiedade, dor de 
cabeça e dispneia. Em casos raros, podem ocorrer coma e morte. 
(Nota: benzocaína, uma amina aromática utilizada como anestésico 
tópico, é uma causa para a metemoglobinemia adquirida.) 
Na HbC, o glutamato polar é substituído pela lisina polar, em vez de 
o ser pela valina não polar, como na HbS. 
Diminuiria, pois a HbF reduz a concentração de HbS. Ela também 
inibe a polimerização da desoxi-HbS.