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PROTEÍNAS GLOBULARES E TRANSPORTE DE O2

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Centro de Ciências da Saúde

Instituto de Bioquímica Médica

Curso: Enfermagem e Obstetrícia

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)?

TRANSPORTE DE O2

HEMOGLOBINA (eritrócitos do sangue - hemácias)

MIOGLOBINA (células musculares)

MOLÉCULAS TRANSPORTADORAS DE O2

Heme

Por que hemácia não tem núcleo?

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

PROBLEMAS NO TRANSPORTE DE O2

1º Problema:Ferro apenas se liga ao O2 (não carrega)Necessidade de uma proteína

OH OH O

OH OH O

Timina

2º Problema:Ferro livre favorece a formação de radicais livres

Danificam o DNA e às proteínasReação do peróxido de hidrogênio (H2O2) com ferro forma radical hidroxila. O radical mais reativo de todos.

POR QUE NÃO UTILIZAR APENAS O FERRO PARA

TRANSPORTAR O2?

HEME – grupo prostético da hemoglobinaFerro usado pelas células está ligado a estruturas que o sequestram e

o tornam menos reativoGRUPAMENTO HEME

COMO O ORGANISMO EVITA A FORMAÇÃO

DE RADICAIS LIVRES?

HEME É UM GRUPAMENTO

PROSTÉTICOComposto permanentemente associado com uma proteína que

contribui para a sua função

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

GRUPAMENTO HEME

Toxicidade do grupamento hidrofóbico do Heme

Hidrofóbico Membrana Plasmática

Membrana é lipídica e o Heme age como detergente rompendo a membrana

POR QUE NÃO USAR HEME LIVRE PARA TRANSPORTAR

O2?

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

OUTRA RAZÃO PARA NÃO USAR HEME LIVRE

Histidina distal e Histidina proximal

Presença da Histidina distal forma um “teto” e impede a ligação

linear do CO

O2 ligado ao Fe2+ forma um ângulo

CO é ligado ao Fe2+ em linha reta

EFEITO ESTÉRICO

Histidina distal

Além das 4 ligações com N o Fe2+ se liga na histidina proximal e ao O2

LIGAÇÃO DO FE2+

histidina proximal

Circunstâncias com ↓ [O2] e ↑ [CO]

APESAR DO EFEITO ESTÉRICO O MONÓXIDO

DE CARBONO PODE SE LIGAR AO FE2+

Quando O2 se liga ao heme muda o arranjo de seus elétronsProvoca mudança de coloração do heme Vermelho escuro (desoxigenada) → vermelho vivo (oxigenada)

DIFERENÇA DA COR DO SANGUE VENOSO

E ARTERIAL

• 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

VANTAGENS DA LIGAÇÃO DO FE2+ AO

HEME E À PROTEÍNA

Armazena O2 nas células musculares1 cadeia polipeptídica e 1 grupamento HemeEstrutura terciária formada por 8 α-hélices (75% da molécula)

MIOGLOBINA

1 cadeia polipeptídica e 1 grupamento Heme

MIOGLOBINA

Histidina distal

Histidina proximal

Abundante nos músculos de mamíferos que mergulham – Exercício aeróbico na “ausência” de oxigênioCapaz de reter o O2 por longos períodos enquanto o animal está submerso

Baleia, Foca e Boto

MIOGLOBINA

Hidrofóbicos

Polares

Carregados

B) Região interna daMioglobina

ESTRUTURA TERCIÁRIA: MIOGLOBINA

A) Superfície daMioglobina

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

Sangue arterial a Hb está 96% saturada de O2Sangue venoso que retorna para o coração apenas 64% de saturação

Cerca de 1/3 é liberado nos tecidos

Capaz de transportar até 4 moléculas de O2

HEMOGLOBINA

Função e estrutura tridimensional = Estrutura 1ária

Apenas 27 aminoácidos na mesma posição

MIOGLOBINA X HEMOGLOBINA

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 cooperativaa ligação de um ligante coopera com a ligação do próximo ligante

HEMOGLOBINA É UMA PROTEÍNA ALOSTÉRICA

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?

HEMOGLOBINA

TRANSPORTE DE CO2

O CO2, produzido pela respiração celular deve ser transportado até os pulmões, onde será excretado.

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.

anidrase carbônica

BicarbonatoEm solução

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.

Lembrando da ligação peptídica

TRANSPORTE DE CO2

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.

TRANSPORTE DE CO2

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

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.

EFEITO BOHR

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.

BPG

Aumento da altitude

diminuição da quantidade de oxigénio disponível

Aumento de BPG na hemácia

Resposta altamente adaptativa a estados de maiornecessidade tecidual de O2

BPG

BPG se liga a grupamentos positivos das subunidades β

BPG

BPG

Maior [BPG] – menor afinidade por O2

HEMOGLOBINA FETALO 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

ANEMIA FALCIFORME obstrução do fluxo

sangüíneo e hemólise

Anemia

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

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.

ANEMIA FALCIFORME X MALÁRIA

Hemácias frágeis e facilmente hemolisadas

Vida média curta

Impedimento do ciclo de vida completo do parasita

Redução considerável da parasitemia

Distribuição da Anemia Falciforme Distribuição da Malaria

ANEMIA FALCIFORME X MALÁRIA