UFABC
Bacharelado em Ciência & Tecnologia
Transformações Bioquímicas
(BC0308)
Prof Luciano Puzer
http://professor.ufabc.edu.br/~luciano.puzer/
Propriedades e funções de proteínas:
Mioglobina / Hemoglobina
Mioglobina (Mb)
Em 1957, John Kendrew apresentou a estrutura
tridimensional da Mb
(primeira proteína cristalizada!!)
Ø Proteína globular solúvel: uma
única cadeia polipeptídica de
151 resíduos (17600 Da)
Ø Grupo heme: liga O2
Ø M o l é c u l a c o m p a c t a : a l t a
proporção de
α-helices: 75%
dos aminoácidos associados em
8 α-helices (A-H)
Mioglobina x Heme: um ambiente
protegido
His distal
ü 
His
proximal
Modificado de Watson HC, Prog. Stereochem, 1969
Formação do grupo Heme
A capacidade da Mb e da Hb fixar O2 depende do
grupo prostético HEME
Estrutura básica das
porfirinas
Protoporfirina IX+Fe2+=Heme
Ligação do O2 ao Fe2
Histidina
Plano do anel
da porfirina
Heme
O Ferro no Heme pode estar como Fe2+ ou Fe3+
Ø  Somente o Fe2+ pode ligar-se ao O2
•  ligação reversível
Ø  Oxihemoglobina ou Oximioglobina
•  cor vermelha
Ø O Fe3+ não permite a ligação do O2
•  meta-hemoglobina, cor castanha
Características da Mioglobina
Ø O interior da molécula consiste quase que
exclusivamente de resíduos apolares
Ø O exterior da molécula contém resíduos
polares e apolares
Ø O grupo Heme está localizado em um
bolsão apolar, que protege o Fe2+ da
oxidação
Hemoglobina : uma proteína
alostérica
Molécula de Hb quase esférica:
quatro cadeias formando arranjo
tetraédrico (68000 Da).
Ø 
Duas regiões tem seqüências
altamente conservadas: bolsões do
heme e as interfaces α/β. Mutações
nestas regiões interferem na ligação
normal do O2.
Ø 
Os grupos heme das 4 unidades não
têm comunicação direta
Ø 
Estrutura tridimensional da
Hemoglobina
Químico e biólogo austríaco,
elucidou a estrutura
tridimensional da hemoglobina
por difração do raio-X
Iniciou a determinação da
estrutura em 1936 e
concluiu
em 1959
Max Ferdinand Perutz
(1914-2002)
Ganhou o Prêmio Nobel de
Química (1962), por essa
descoberta.
Cadeias de Hemoglobina
Humana
Ø 
Cadeias α= 141 resíduos
Ø 
Cadeia β= 146 resíduos
Ø 
Hb A: predominante nos adultos, α2β2
Ø 
Hb F: hemoglobina fetal , α2γ2
Hemoglobina: as várias faces de uma
proteína alósterica
Hemoglobina: o paradigma da relação
estrutura-função
Ø Qual a sua função ou funções além de
transportar O2?
Ø Como ela desempenha sua(s) funçõ(es)?
Mioglobina e cadeia β da
Hemoglobina
HEME
Mioglobina
Cadeia β da hemoglobina
Modificado de Purutz, Sci. Amer. 239: 6, 1978
Estrutura da HbH (T) e da HbO2 (R)
Desoxihemoglobina
Conformação T
Oxihemoglobina
Conformação R
Interação do O2 com o heme
Hélice F
Conformação T
Conformação R
A HisF8 proximal desloca a Hélice F
HbO2
HbH
“Comparado com a molécula de hemoglobina, o oxigênio
parece uma pulga que faz dançar um elefante” - Perutz
Adaptado de Baldwin e Chothia J. Mol. Biol. 129:192, 1979
Propriedades Alostéricas da Hb
Ø  A ligação de um O2 facilita a ligação de mais O2 (efeito
cooperativo)
Ø  A afinidade da Hb por O2 depende do pH e da pCO2
(efeito Bohr)
Ø  A afinidade da Hb por O2 é regulada por fosfatos
orgânicos (BPG)
IMPORTANTE: a Mioglobina não apresenta nenhuma
destas propriedades
Curva de saturação Mb e da Hb
Para qualquer pO2,
Mioglobina
do que para a Hb
P50 Mb= 2.8 torrs
Saturação
Y é maior para a Mb
Hemoglobina
P50 Hb =26 torrs
pO2pressão (torrs)
P50= pressão parcial de O2 na qual 50% dos sítios estão ocupados
Sistema Circulatório: Trocas gasosas da
Ar expirado
Ar inspirado
Alvéolo
Sangue deixando os
capilares alveolares
Sangue entrando nos
capilares alveolares
veias pulmonares
artérias pulmonares
Artérias sistêmicas
coração
veias sistêmicas
tecido
Fatores que afetam a afinidade da Hb pelo O2
Aumento de H+ ou CO2 e aumento de temperatura diminuem a
afinidade da Hb pelo O2
Diminuem a afinidade
• ⇑ temperatura
• ⇑ H+ (⇓ pH)
•  ⇑ CO2
•  ⇑ 2,3 BPG
Efeito Bohr
Relações alostéricas entre H+, CO2 e O2
Ø  Nos tecidos, o pH mais baixo e o
pCO2 mais alta resulta na
conversão da forma R para T
Ø  Isto causa a liberação do O2
porque a forma T tem menor
afinidade por O2 do que a R.
pulmões
tecidos
Efeito Haldane
A: HbH liga melhor o CO2
B: HbO2 tem menor
afinidade pelo CO2
alta pO2 → liberação
de CO2 e H+ da Hb.
Efeito alostérico do BPG
2,3-Bisphosphoglyceric acid
Ø  Sabia-se que o 2,3-BPG estava presente nas hemácias antes de sua
função ser conhecida
Ø  Em 1967, Ruth and Reinhold Benesch descobriram que o BPG se liga a
Hb e reduz sua afinidade por O2
Sitio de interação do BPG na
desoxihemoglobina
Hb-BPG+4O2
Hb(O2)4+ BPG
(cargas positivas em azul)
Doença moleculares: Hemoglobinas
mutantes
Ø  A analise das mutações que afetam o transporte de O2 mostraram
que mudança de um único aminoácido em uma proteína pode
causar uma doença.
Ø  Há mais de 400 hemoglobinas mutantes documentadas.
Ø  Mutação de genes que resultam na substituição de
aminoácido: Anemia falciforme.
um único
Ø  Ausência ou deficiência de uma molécula de globina: Talassemias.
Anemia falciforme
Vernon Ingram, descreveu a diferença entre a Hb normal (HbA) e a
falciforme (HbS) (1957)
Ø  A cadeia β da HbS tem um resíduo de Val na posição 6 onde a Hb
A tem um Glu
Ø  A mutação reduz a solubilidade da HbS desoxigenada mas tem
pouco efeito sobre a HbS oxigenada
Ø  HbS forma precipitados fibrosos
Hemoglobina S
J. Mol. Biol, 175: 159, 1984
Hemoglobina S
Glu6 à Val na cadeia beta resulta numa superfície hidrofóbica
que promove associação entre
moléculas para formar filamentos e
fibras