Unidade 2 - Estrutura e função das proteínas parte II

Prévia do material em texto

Bioquímica
Unidade 2 – Parte II
Proteínas Globulares: papel da 
hemoglobina
Introdução
• O metabolismo das células aeróbicas depende do recebimento
contínuo de oxigênio, usado na oxidação de nutrientes.
• O CO2 produzido nessa oxidação deve ser removido
constantemente.
• Nos vertebrados, o transporte de O2 dos pulmões até os tecidos é
realizado pela hemoglobina presente nas hemácias (eritrócitos ou
glóbulos vermelhos).
• O CO2 liberado pelos tecidos é convertido em ácido carbônico
(H2CO3) que se ioniza em íon bicarbonato (HCO3-) e H+.
CO2 + H2O → H2CO3 ↔ HCO3- + H+
• O bicarbonato é transportado pelo sangue até os pulmões onde é
liberado como CO2.
HEMEPROTEÍNAS
• Hemeproteínas são um grupo de proteínas
especializadas, as quais contêm heme como grupo
prostético firmemente ligado.
• O papel do grupo heme é determinado pelo ambiente
criado pela estrutura tridimensional da proteína.
Exemplos de Hemeproteínas
• Citocromo: o grupo heme funciona como um
carreador de elétrons, sendo alternadamente
oxidado e reduzido.
• Enzima catalase: o grupo heme é parte do sítio
ativo da enzima, a qual catalisa a quebra do
peróxido de hidrogênio (H2O2).
• Hemoglobina e Mioglobina: (mais abundantes) o
grupo heme serve para ligar, de forma reversível,
o oxigênio para transportá-lo e/ou armazená-lo.
Estrutura do Heme
• O heme é um complexo de protoporfirina IX e íon ferroso (Fe2+)
Estrutura da Mioglobina (Mb)
• Estrutura: A mioglobina é uma molécula compacta que consiste em
uma ÚNICA CADEIA POLIPEPTÍDICA, com aproximadamente 80%
dessa cadeia polipeptídica dobrada em oito segmentos de hélice α.
• O grupo heme da mioglobina se situa em uma fenda na molécula, a
qual é revestida por aminoácidos apolares. Exceto os dois resíduos
de histidina que são polares.
Função 
da 
Mioglobina
• A mioglobina está presente no coração e no músculo esquelético.
• Função: funciona como um reservatório e como um carreador de
oxigênio, que aumenta a velocidade de transporte de oxigênio
dentro da célula muscular.
• O grupo heme da mioglobina se liga a uma única molécula de O2.
Estrutura da Hemoglobina (Hb)
• Formada por 2 dímeros idênticos: αβ1 e αβ2.
• As duas cadeias polipeptídicas em cada dímero são unidas
firmemente, em especial por meio de interações hidrofóbicas.
Hemoglobina A (HbA):
a principal hemoglobina 
em adultos.
Estrutura tetramérica:
4 CADEIAS 
POLIPEPTÍDICAS
- 2 cadeias α
- 2 cadeias β.
Estrutura da Hemoglobina
Os 2 dímeros são capazes de se mover um em relação ao outro, sendo
mantidos unidos principalmente por meio de ligações polares.
(baixa afinidade pelo oxigênio) (alta afinidade pelo oxigênio)
Função da Hemoglobina
Função: transportar oxigênio dos pulmões até os capilares dos
tecidos e pode transportar H+ e C02 dos tecidos até os pulmões.
A hemoglobina é encontrada exclusivamente nos eritrócitos
(hemácias).
A ligação do O2 à Mioglobina e à 
Hemoglobina
• Mioglobina se liga somente a uma molécula de 
02: tem 1 grupo heme.
• Hemoglobina se liga 4 moléculas de O2: tem 4 
grupos heme.
• O grau de saturação (Y) dos sítios de ligação de 
O2 na mioglobina e na hemoglobina pode variar:
– O%: todos os sítios estão vazios;
– 1OO%: todos os sítios estão preenchidos.
Curva de dissociação do O2
• Uma curva da saturação (Y) medida em diferentes
pressões parciais de oxigênio (p02) é chamada de curva de
dissociação do oxigênio.
• Curvas para a mioglobina e para a hemoglobina
apresentam diferenças importantes.
• A mioglobina tem maior afinidade por oxigênio do que a
hemoglobina, em todas as p02.
• P50 = é a pressão parcial de oxigênio necessária para obter
metade da saturação dos sítios de ligação.
• Quanto maior a afinidade por oxigênio menor a P50.
Curva de 
dissociação do O2
• Mioglobina: curva 
hiperbólica.
• Hemoglobina: curva 
sigmoide.
P50 = 1 mmHg para a mioglobina
P50 = 26 mmHg para a hemoglobina.
Afinidade da Hemoglobina por O2
Curva 
sigmóide
KPa
Grau 
de 
satura-
ção
Características da curva de dissociação 
do O2 da mioglobina
• A curva de dissociação do oxigênio da mioglobina
possui uma forma hiperbólica.
• Isso reflete o fato de que a mioglobina ligar-se
reversivelmente a apenas uma molécula de oxigênio.
• A mioglobina oxigenada (Mb02) e a desoxigenada (Mb)
estão em um equilíbrio simples: Mb02 ↔ Mb
• A mioglobina tem a função de ligar o oxigênio liberado
pela hemoglobina nas baixas p02 encontradas no
músculo.
• A mioglobina, por sua vez, libera o oxigênio dentro da
célula.
Características da curva de dissociação 
do O2 da hemoglobina
• A curva de dissociação do oxigênio da hemoglobina tem forma
sigmoidal.
• Isso indica que as subunidades cooperam na ligação do oxigênio.
• A ligação cooperativa do oxigênio às quatro subunidades da
hemoglobina significa que a ligação de uma molécula de oxigênio a
um dos grupos heme aumenta a afinidade por oxigênio dos grupos
heme restantes na mesma molécula de hemoglobina.
• Esse efeito é denominado interação heme-heme.
• Embora seja mais difícil para a primeira molécula de oxigênio ligar-
se à hemoglobina, a ligação subsequente de oxigênio ocorre com
alta afinidade, demonstrado pela curva rapidamente ascendente na
região de 20 a 30 mmHg.
Efeitos 
alostéricos
• Interações heme-heme:
mudanças estruturais
específicas em um dos
grupos heme são
transmitidas aos outros
grupos da estrutura
tetramérica da
hemoglobina.
Ligando e liberando 
o oxigênio
• A ligação cooperativa do
oxigênio permite à hemoglobina
liberar mais oxigênio aos tecidos
em resposta a variações
relativamente pequenas na
pressão parcial de oxigênio.
Ligação da Hemoglobina com CO
• A Hb pode-se ligar a outros gases além do O2.
• A ligação da Hb ao monóxido de carbono (CO), é muito
semelhante à que ocorre com o O2, mas possui uma
estabilidade de ligação de cerca de 250 vezes superior.
• A dissociação deste gás é muito difícil, o que explica a
sua toxicidade (liga-se fortemente, mas
reversivelmente).
• A Hb ligada ao CO é designada por carboxi-
hemoglobina (HbCO).
Fatores que podem diminuir a 
afinidade da hemoglobina pelo O2
• 2,3 bifosfoglicerato (2,3 BPG)
• pH (efeito Bohr)
2,3-bisfosfoglicerato
• 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) é, um importante regulador
da ligação do oxigênio à hemoglobina.
• A 2,3-BPG quando se liga a hemoglobina aprimora sua 
função.
• A 2,3-BPG é importante na adaptação fisiológica à pO2
mais baixa nas grandes altitudes, insuficiência 
cardiorrespiratórias e até mesmo nas anemias.
• É o fosfato orgânico mais abundante nos eritrócitos, onde 
sua concentração é aproximadamente equivalente à da 
hemoglobina.
Síntese de 
2,3-
bisfosfo-
glicerato.
2,3-BPG é sintetizado a partir 
de um intermediário da rota 
glicolítica.
• A 2,3-BPG liga-se a um sítio distante do sítio da 
ligação do O2 e regula a afinidade da 
hemoglobina pelo O2 em relação a pressão de O2
nos pulmões. 
• Diminuindo a afinidade da hemoglobina pelo O2
a 2,3-BPG faz com que ele libere mais facilmente 
esse O2 nos tecidos, suprindo a necessidade em 
pressões baixas de O2.
Efeito do 2,3-bisfosfoglicerato sobre a 
afinidade da Hemoglobina por O2
Ligação do 2,3-BPG à 
desoxiemoglobina
• O 2,3-BPG diminui a
afinidade da hemoglobina
por oxigênio, por ligar-se à
desoxiemoglobina, mas não
à oxiemoglobina.
• Essa ligação preferencial
estabiliza a conformação
tencionada da
desoxiemoglobina.
Resposta dos níveis de 2,3-BPG à 
hipoxia e anemia crônicas. 
A concentração de 2,3-BPG no eritrócito aumenta em resposta à hipoxia crônica (doenças 
pulmonares obstrutivas crônicas, como no enfisema, ou em altitudes elevadas) e na anemia 
crônica, permitindo descarga maior de oxigênio nos capilares dos tecidos.
Efeito Bohr
• Outro fator que altera a ligação e liberação de 
O2 é o pH, chamado de efeito Bohr.
• A hemoglobina se liga também ao CO2 e os H+
resultantes da respiração celular. 
• Em pH baixo, os íons H+ se ligam a Hb, 
diminuindo sua ligação com o O2.
Efeito Bohr 
• A forma 
desoxiemoglobinapossui maior 
afinidade por 
prótons H+ que a 
oxiemoglobina.
HbO2 + H+ ↔HbH+ + O2
Efeito Bohr (pH)
• Quando o pH diminui (ou pO2 reduz), a 
hemoglobina libera o O2 mais facilmente. 
pH↓ → liberação de O2 ↑
• Quando a pressão parcial de C02 aumenta, a 
hemoglobina libera o O2 mais facilmente. pC02
↑ → liberação de O2 ↑
• A desoxihemoglobina é estabilizada → menor 
afinidade da Hb por O2. 
Efeito Bohr (pH)
• Quando o pH aumenta (ou pO2 aumenta): 
resultam em maior afinidade da Hb por O2.
• A redução da pC02: resultam em maior 
afinidade por O2.
• A desoxihemoglobina é desestabilizada → 
maior afinidade da Hb por O2. 
Mecanismo do efeito Bohr
• A forma desoxi da hemoglobina possui maior afinidade por
prótons H+ que a oxiemoglobina.
• Esse efeito é causado por grupos ionizáveis, como cadeias
laterais específicas de histidina, que possuem pKa mais
altos na desoxiemoglobina do que na oxiemoglobina.
• Assim, um aumento na concentração de prótons (pH
menor) faz com que esses grupos fiquem protonados
(carregados) e capazes de formar ligações iônicas.
• Essas ligações estabilizam preferencialmente a forma
desoxi da hemoglobina, produzindo uma redução na
afinidade por oxigênio.
Saturação da hemoglobina em relação 
à pressão de O2 e a pH do meio
HEMOGLOBINOPATIAS
• As hemoglobinopatias é uma família de doenças
genéticas causadas pela produção de
hemoglobina estruturalmente anormal, pela
síntese de quantidades insuficientes de
hemoglobina normal ou, raramente, por ambas.
• Talassemias: produção diminuída de
hemoglobina normal.
• Metemoglobinemias: causada pela presença de
Fe3+ (causando a doença cianose chocolate).
• Hemoglobinopatias
causadas por sequências
alteradas de aminoácidos:
– Anemia falciforme (doença 
da hemoglobina S)
– Doença da hemoglobina C
– Doença da hemoglobina SC
Anemia falciforme (doença da 
hemoglobina S)
• A anemia falciforme, a mais comum das doenças
falciformes, é uma doença genética do sangue causada
pela alteração de um único nucleotídeo (mutação
pontual) no gene da cadeia de β-globina.
• A anemia falciforme caracteriza-se por episódios
dolorosos (crises) que ocorrem durante toda a vida,
por uma anemia hemolítica crônica com
hiperbilirrubinemia associada e pelo aumento da
suscetibilidade a infecções, que começam, em geral, no
início da infância.
Anemia falciforme
Hemoglobinas de menor ocorrência
• Hemoglobina fetal (Hb F): sintetizada somente
durante o desenvolvimento fetal.
• Hemoglobina A2 (Hb A2): sintetizada no adulto,
embora em baixos níveis (2-5%).
• Hemoglobina A1c (Hb A1c): é formada pela
modificação da Hb A pela adição covalente de
uma glicose (derivado glicosilado).
Hemoglobina A1c
Sob condições fisiológicas, de
forma lenta e não enzimática, a
Hb A é glicosilada.
Alterações na 
hemoglobina 
durante o
desenvolvimento.
Curvas de 
dissociação do 
O2 em 
situações 
anormais: 
	Bioquímica
	Introdução
	HEMEPROTEÍNAS
	Exemplos de Hemeproteínas
	Estrutura do Heme
	Estrutura da Mioglobina (Mb)
	Função �da �Mioglobina
	Estrutura da Hemoglobina (Hb)
	Estrutura da Hemoglobina
	Função da Hemoglobina
	A ligação do O2 à Mioglobina e à Hemoglobina
	Curva de dissociação do O2
	Curva de dissociação do O2
	Afinidade da Hemoglobina por O2
	Características da curva de dissociação do O2 da mioglobina
	Características da curva de dissociação do O2 da hemoglobina
	Efeitos alostéricos
	Ligando e liberando o oxigênio
	Ligação da Hemoglobina com CO
	Fatores que podem diminuir a afinidade da hemoglobina pelo O2
	2,3-bisfosfoglicerato
	Síntese de 2,3-�bisfosfo-glicerato.
	Efeito do 2,3-bisfosfoglicerato sobre a afinidade da Hemoglobina por O2
	Ligação do 2,3-BPG à desoxiemoglobina
	Resposta dos níveis de 2,3-BPG à hipoxia e anemia crônicas. 
	Efeito Bohr
	Efeito Bohr 
	Efeito Bohr (pH)
	Efeito Bohr (pH)
	Mecanismo do efeito Bohr
	Saturação da hemoglobina em relação à pressão de O2 e a pH do meio
	HEMOGLOBINOPATIAS
	Número do slide 33
	Anemia falciforme (doença da hemoglobina S)
	Anemia falciforme
	Hemoglobinas de menor ocorrência
	Hemoglobina A1c
	Alterações na hemoglobina durante o�desenvolvimento.
	Curvas de dissociação do O2 em situações anormais: 
	Número do slide 40
	Número do slide 41