Universidade Federal do Rio de Janeiro
Centro de Ciências da Saúde
Instituto de Bioquímica Médica
Curso: Enfermagem e Obstetrícia
P ROTEÍNAS GLOBULARES E
TRANSPORTE DE O 2
TRANSPORTE DE O 2
O2 é pouco solúvel em soluções aquosas o que dificulta seu transporte
na forma livre para os tecidos
Como O2 chega nos tecidos e em
órgãos e tecidos distantes (ex:
coração)?
MOLÉCULAS
TRANSPORTADORAS DE O 2
HEMOGLOBINA (eritrócitos do sangue - hemácias)
MIOGLOBINA (células musculares)
Heme
Por que hemácia não tem núcleo?
PROBLEMAS NO
TRANSPORTE DE O 2
Proteínas compostas apenas por aminoácidos
não podem realizar a função
Nenhum aminoácido se liga de maneira
reversível ao O2
Solução:
Presença de metais como Ferro que tornam a
proteína um ótimo transportador de O2
POR QUE NÃO UTILIZAR APENAS
O FERRO PARA TRANSPORTAR O 2 ?
1º Problema:
Ferro apenas se liga ao O2 (não carrega)
Necessidade de uma proteína
2º Problema:
Ferro livre favorece a formação de radicais livres
Danificam o DNA e às proteínas
Reação do peróxido de hidrogênio (H2O2) com ferro
forma radical hidroxila. O radical mais reativo de todos.
OH
OH
Timina
COMO O ORGANISMO EVITA A FORMAÇÃO
DE RADICAIS LIVRES?
HEME – grupo prostético da hemoglobina
Ferro usado pelas células está ligado a estruturas que o sequestram e
o tornam menos reativo
GRUPAMENTO HEME
HEME É UM GRUPAMENTO
PROSTÉTICO
Composto permanentemente associado com uma proteína que
contribui para a sua função
GRUPAMENTO HEME
Estrutura complexa em forma de anel (Protoporfirina) que está ligada a um átomo
de ferro
Ligações do Fe2+ impedem a conversão de estado ferroso para férrico (Fe3+)
Fe+2 - Hb liga-se ao O2 de
maneira reversível
Fe+3 - não se liga ao O2
POR QUE NÃO USAR HEME
LIVRE PARA TRANSPORTAR O 2 ?
Toxicidade do grupamento hidrofóbico do Heme
Membrana é lipídica e o Heme age como detergente rompendo a membrana
Hidrofóbico
Membrana Plasmática
OUTRA RAZÃO PARA
NÃO USAR HEME LIVRE
Heme livre tem maior afinidade pelo CO do que por O2 (20.000 vezes)
Solução:
“Enclausurar” o heme em uma proteína
↓ afinidade de 20.000 para 200 vezes devido ao impedimento estérico
Histidina distal e
Histidina proximal
EFEITO ESTÉRICO
O2 ligado ao Fe2+ forma um ângulo
CO é ligado ao Fe2+ em linha reta
Histidina
distal
Presença da Histidina distal forma
um “teto” e impede a ligação
linear do CO
LIGAÇÃO DO F E 2+
Além das 4 ligações com N o Fe2+ se liga na histidina proximal e ao O2
histidina
proximal
APESAR DO EFEITO ESTÉRICO
O MONÓXIDO DE CARBONO
PODE SE LIGAR AO F E 2+
Circunstâncias com
↓ [O2] e ↑ [CO]
DIFERENÇA DA COR DO
SANGUE VENOSO
E ARTERIAL
Quando O2 se liga ao heme muda o arranjo de seus elétrons
Provoca mudança de coloração do heme
Vermelho escuro (desoxigenada) → vermelho vivo (oxigenada)
VANTAGENS DA LIGAÇÃO
DO F E 2+ AO HEME
E À PROTEÍNA
• Não há conversão de Fe2+ a Fe3+, o que inviabilizaria o transporte
de O2
• Não há formação de radicais tóxicos que são danosos a outras
moléculas
• É possível limitar o acesso de determinadas moléculas ao heme
MIOGLOBINA
Armazena O2 nas células musculares
1 cadeia polipeptídica e 1 grupamento Heme
Estrutura terciária formada por 8 α-hélices (75% da molécula)
MIOGLOBINA
1 cadeia polipeptídica e 1 grupamento Heme
Histidina
proximal
Histidina
distal
MIOGLOBINA
Abundante nos músculos de mamíferos que mergulham – Exercício
aeróbico na “ausência” de oxigênio
Capaz de reter o O2 por longos períodos enquanto o animal está
submerso
Baleia, Foca e Boto
ESTRUTURA TERCIÁRIA:
MIOGLOBINA
A) Superfície da
Mioglobina
Hidrofóbicos
Polares
Carregados
B) Região interna da
Mioglobina
HEMOGLOBINA
Presente nos eritrócitos do sangue (hemácias)
Para desempenhar melhor seu papel de transportadoras de O2 as células
perderam suas organelas (núcleo, mitocôndria e retículo endoplasmático)
Sem núcleo são incapazes de se dividir (tempo vida ~4 meses)
HEMOGLOBINA
Proteína tetramérica (1 grupamento heme ligado a cada uma da 4 subunidades)
2 subunidades α (141 resíduos cada) e 2 β (146 resíduos cada)
HEMOGLOBINA
Capaz de transportar até 4 moléculas de O2
Sangue arterial a Hb está 96% saturada de O2
Sangue venoso que retorna para o coração apenas 64% de saturação
Cerca de 1/3 é liberado nos tecidos
MIOGLOBINA X HEMOGLOBINA
Função e estrutura tridimensional =
Estrutura 1ária 
Apenas 27 aminoácidos na mesma posição
HEMOGLOBINA É UMA
PROTEÍNA ALOSTÉRICA
A interação de um ligante em um sítio altera as propriedades de ligação de um
outro sítio na mesma proteína
Quando o 1º O2 se liga à hemoglobina causa uma mudança na conformação da
proteína aumentando a afinidade pelo 2º O2 e assim por diante
Ligação cooperativa
a ligação de um ligante coopera com a ligação do próximo ligante
HEMOGLOBINA
A ligação do Oxigênio provoca uma mudança conformacional do
grupo Heme, mudando a posição da histidina proximal, induzindo
com isso a mudança do estado T para o estado R
HEMOGLOBINA
Estado T e R
HEMOGLOBINA
A hemoglobina liga O2
eficientemente nos
pulmões e libera O2
eficientemente nos
tecidos
Como ela faz isso?
TRANSPORTE DE CO 2
O CO2, produzido pela respiração celular deve ser transportado até os
pulmões, onde será excretado.
Em solução
anidrase
carbônica
Bicarbonato
Uma das formas de transporte de CO2 no sangue é na forma do íon
bicarbonato. Essa reação é catalisada pela enzima anidrase
carbônica presente nas hemácias.
Tanto a pCO2 quanto o pH são importantes na regulação da liberação e
ligação de O2 na hemoglobina.
TRANSPORTE DE CO 2
Lembrando da ligação peptídica
O CO2 se liga às aminas terminais da hemoglobina, diminuindo sua
afinidade pelo O2.
O CO2 NÃO SE LIGA AO HEME!!!!!!!!
O CO (monóxido de carbono) se liga ao heme.
ligação peptídica
TRANSPORTE DE CO 2
O CO2 se liga às aminas terminais da hemoglobina, diminuindo sua
afinidade pelo O2.
O CO2 NÃO SE LIGA AO HEME!!!!!!!!
O CO (monóxido de carbono) se liga ao heme.
TRANSPORTE DE H+
A hemoglobina também se liga ao H+ produzidos no
metabolismo.
A diminuição do pH diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2.
HISTIDINA
EFEITO BOHR
EFEITO BOHR
Nos tecidos, o CO2 é produzido levando a acidificação
do meio.
[pH] e [CO2] – afinidade da hemoglobina pelo O2.
Facilita a liberação de O2 nos tecidos
Nos capilares do pulmão, o CO2 é excretado, portanto:
[CO2] e [pH] - afinidade da hemoglobina pelo O2.
Facilita a captação de O2.
BPG
Ligação do BPG diminui a
afinidade da hemoglobina por
oxigênio.
Em altas altitudes, [BPG] aumenta
e a afinidade da hemoglobina pelo
oxigênio diminui, facilitando a
liberação de oxigênio nos tecidos.
Hemoglobina fetal tem maior
afinidade pelo oxigênio que a
adulta porque possui uma
afinidade menor ao BPG.
Aumento da altitude
diminuição da quantidade de oxigénio disponível
Aumento de BPG na hemácia
Resposta altamente adaptativa a estados de maior
necessidade tecidual de O2
BPG
BPG se liga a grupamentos positivos das subunidades β
BPG
BPG
Maior [BPG] –
menor afinidade
por O2
HEMOGLOBINA FETAL
O BPG também desempenha uma função no suprimento de O2 para o feto em
crescimento. Ele obtém O2 da corrente sanguínea da mãe por meio da
placenta.
Hb fetal possui maior afinidade pelo O2 do que a Hb materna e dessa forma
permite a transferencia de O2 materno para o filho
Duas características presentes na Hb fetal contribuem para que isso aconteça:
1- Presença de duas cadeias polipeptídicas diferentes. Cadeias  são substituídas
por .
2- A HbF se liga mais fracamente ao BPG porque possui um número menor de
grupos carregados positivamente.
A menor afinidade de BPG pela Hemoglobina F se dá pela substituição de uma
histidina na posição H21 por uma Serina.
HbF menor afinidade por BPG- Maior afinidade por O2
HEMOGLOBINA FETAL
A NEMIA FALCIFORME
obstrução do fluxo
sangüíneo e hemólise
Anemia
ANEMIA FALCIFORME
Doença genética causada por uma única substituição de
aminoácidos (valina no lugar do glutamato 6 das cadeias ). Val é
apolar, o que reduz a solubilidade da HbS.
ANEMIA FALCIFORME
Hemoglobina das células falciformes (HbS)
quando desoxigenada tem uma solubilidade
baixa formando um precipitado, o que
deforma as células.
Pacientes com anemia falciforme são
homozigotos. Indivíduos heterozigotos são
geralmente assintomáticos.
A freqüência do gene falcêmico é de até 40% em
alguns lugares na África. Esta alta incidência é
devida à proteção contra a infecção por
Plasmodium sp. conferida aos heterozigotos,
o que causa uma forte pressão seletiva
positiva para se manter o alelo HbS na
população. Em regiôes com alta incidência de
malária, os indivíduos heterozigotos são os
que se encontram em melhor situação.
A NEMIA FALCIFORME X
M ALÁRIA
Hemácias frágeis e facilmente hemolisadas
Vida média curta
Impedimento do ciclo de vida completo do
parasita
Redução considerável da parasitemia
ANEMIA FALCIFORME X
MALÁRIA
Distribuição da Anemia Falciforme
Distribuição da Malaria