hemoglobina e mioglobina

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INTRODUO

1. INTRODUO 1.1 MIOGLOBINA E HEMOGLOBINA

A Mioglobina (Mb) e a Hemoglobina (Hb) so hemeprotenas e fazem parte da famlia das protenas globulares. Estas protenas so caracterizadas por terem a cadeia polipeptdica enrolada de forma esfrica ou globular possuindo vrios tipos de estruturas secundrias. Outro aspecto importante que caracteriza as protenas globulares, o posicionamento das cadeias aminoacdicas laterais, que se reflecte na estrutura e estabilidade das interaces hidrfobas. A maior parte dos seus grupos laterais hidrfobos est localizada no interior das molculas, ficando distantes da exposio gua, e grande parte dos grupos laterais hidrfilos (polares) fica superfcie das molculas (Nelson e Cox, 2004). As hemeprotenas so constitudas por um grupo prosttico, o heme e por uma parte proteica, a globina. So responsveis por diversos tipos de actividade cataltica e desempenham vrias funes nos sistemas biolgicos. Apresentam um mximo de absoro a 400-440 nm (banda de Sort), caractersticos das porfirinas (Alface, 1997 e Ozaki et al., 2000). A Mb e a Hb consideradas hemeprotenas respiratrias so responsveis pelo transporte de oxignio molecular e possuem uma sequncia aminoacdica semelhante entre si. Neste trabalho foram utilizadas a Mioglobina de corao de cavalo (Mb c) e a Hemoglobina humana (Hb A).

1.1.1 Grupo HemeO grupo prosttico heme confere a estas protenas uma cor caracterstica, e constitudo por uma parte orgnica e um tomo de ferro, no estado ferroso [Fe(II)].Grupo Heme

Mioglobina

Subunidade da Hemoglobina

Figura 1.1 Grupo heme na mioglobina e na subunidade da hemoglobina.(Adaptado de Nelson e Cox, 2004)

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INTRODUO

O heme consiste numa estrutura tetrapirrlica, na qual os quatro anis pirrlicos se encontram ligados por pontes de metano tendo periferia 4 radicais metilo, 2 radicais vinilo e 2 radicais proprionilo em arranjos diferentes, dos quais a protoporfirina IX um dos ismeros. O Fe(II) encontra-se no centro da protoporfirina IX coordenado por 4 ligaes ao azoto de cada anel pirrlico (Stryer, 1988).

Figura 1.2 Representaes da estrutura do grupo prosttico heme (Fe-protoporfirina IX).(Adaptado de Nelson e Cox, 2004)

A sua frmula molecular C34H32FeN4O4 e tem uma massa molecular de 616,487 g/mol. Este grupo essencialmente plano, ligeiramente dobrado. A 5 e a 6 ligao coordenadas do Fe(II) esto estabelecidas com dois ligandos adicionais, localizados acima e abaixo do plano do heme. A 5 ligao est ligada ao azoto imidazlico do resduo de histidina (His) proximal (F8 ou 8 resduo da sexta hlice ou F nomenclatura de Perutz) da cadea polipeptdica. A 6 ligao coordenada est livre no estado no oxidado ou Desoxi, e ocupada pelo oxignio no estado oxigenado ou Oxi, que se situa entre o Fe(II) e o grupo imidazol da His distal (E7) (Stryer, 1988, Zubay et al., 1995 e Lehninger et al., 1993).

Fe

His F8

O2

Figura 1.3 Representaes do heme, que permitem observar que a 5 posio de coordenao do Fe(II), est associado a um aminocidos (resduo de His F8) da cadeia polipeptdica e a 6 posio permite a associao ao oxignio molecular (estado oxigenado ou Oxi). (Adaptado de Nelson e Cox, 2004)

O tomo de ferro pode estar no estado de oxidao ferroso (II) ou no frrico (III), e as formas correspondentes quer da mioglobina quer da hemoglobina so denominadas, respectivamente, ferro- e ferri- (ou meta-). Somente os que se encontram no estado de oxidao (II), podem ligar-se ao oxignio (Stryer, 1988).

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INTRODUO

1.1.2 Mioglobina - Estrutura e FunesA mioglobina uma protena extremamente compacta, que se encontra nas clulas dos msculos dos animais vertebrados, tendo como funo principal armazenar e facilitar o transporte de oxignio nos msculos. O prefixo Mio (Myo) deriva da palavra grega que significa msculo, sendo muitas vezes abreviada por Mb. Esta protena encontra-se no msculo cardaco e msculo esqueltico dos mamferos e aumenta a solubilidade efectiva do oxignio no msculo, actuando como um reservatrio de oxignio e facilitando a difuso de O2 dos capilares sanguneos at aos mitocndria (Evans e Brayer, 1988 e Roncone et al., 2004). particularmente abundante nos mamferos aquticos, como as baleias, os golfinhos e as focas, cujos msculos apresentam uma cor acastanhada devido grande presena desta protena, permitindo que permaneam submersos por longos perodos, j que quando a disponibilidade de oxignio limitada, a oximioglobina liberta o oxignio necessrio contraco muscular facilitando a difuso do oxignio no msculo cardaco (Stryer, 1988, Anderson, 1999 e Nelson e Cox, 2004). Esta hemeprotena teve uma grande importncia no conhecimento da estrutura das protenas. Em 1957 aps longos anos de trabalho, Jonh C. Kendrew e a sua equipa, em Inglaterra, conseguiram visualizar pela primeira vez a estrutura tridimensional de uma protena a da mioglobina, atravs de uma tcnica bastante complexa de difraco de raios-X. Deste modo, foi possvel a construo do modelo tridimensional da mioglobina de esperma de baleia. Esta descoberta permitiu a Jonh Kendrew partilhar com Max Perutz, o prmio Nobel da Qumica em 1962 (Kendrew, 1962, Anderson, 1999 e Garry et al., 2003).

Figura 1.4 Estrutura tridimensional da mioglobina, de esperma de baleia - disponvel na PDB com o cdigo 1MBN, citada pela primeira vez por Kendrew et al. (1958) e posteriormente por Watson (1969).

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INTRODUO

A mioglobina constituda por uma nica cadeia polipetdica com 153 aminocidos, dos quais 121 em hlices, e combinada com um grupo heme. A molcula constituda por aproximadamente 1200 tomos (excluindo os de hidrognio), apresentam-se como um esferide achatado de dimenses aproximadas 453525 . constituda por oito troos de hlices ligados uns aos outros. As hlices so designadas a partir da extremidade terminal N pelas letras A a H. No possui pontes de dissulfureto ou grupos livres SH (Stryer, 1988 e Nelson e Cox, 2004).

(a)

(b)

Figura 1.5 Modelos da estrutura terciria da mioglobina. (a) Salientando o grupo heme a vermelho (Adaptado de Ordway e Garry, 2004); (b) Representao com a identificao das cadeias hlice , de A a H. (http://kinemage.biochem.duke.edu/gallery/2Dindex.php)

A sua estrutura primria, secundria e terciria conhecida para um elevado nmero de espcies, sendo muito semelhantes entre si. de salientar que esta protena no possui estrutura quaternria, e o seu contedo em histidina (His) e lisina (Lys) relativamente elevado (Anderson, 1999). O seu interior e exterior esto bem definidos. O interior constitudo basicamente por resduos aminoacdicos no polares, como leucina (Leu), valina (Val), metionina (Met) e fenilalanina (Phe). Os resduos polares como cido asprtico (Asp), cido glutmico (Glu), Lys e arginina (Arg), esto ausentes do interior da protena. De facto, apenas os dois resduos de His, que participam na ligao do oxignio ao grupo heme, so os nicos resduos polares existentes no seu interior. Quanto ao exterior, constitudo por resduos aminoacidcos polares e no polares (Stryer, 1988 e Campbell, 1999). De um modo geral, no interior esto inseridos predominantemente os aminocidos de carcter hidrfobo e sua superfcie, os de carcter hidrfilo, tornando a molcula solvel em gua (Nelson e Cox, 2004).

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INTRODUO

O grupo heme fica incorporado numa concavidade interior hidrfoba da molcula proteica, no entanto as suas cadeias laterais de proprionato muito polares, dispemse superfcie da protena. Assim, a um valor de pH fisiolgico, estes grupos carboxlicos esto ionizados (Takano, 1977). A capacidade da Mb se ligar ao oxignio, depende da presena do heme. Na mioglobina oxigenada, uma molcula de oxignio ocupa a 6 posio do tomo de ferro. Na Mb o grupo heme muito menos susceptvel oxidao, porque duas molculas de mioglobina no se conseguem associar para formar um complexo heme-O2-heme. A formao deste complexo est estereoqumicamente impedida pela His E7 e por outros resduos circundantes da 6 posio de coordenao (Goto et al., 1990). A Mb apresenta trs conformaes fisiolgicas muito semelhantes, variando apenas na 6 posio de coordenao do tomo de ferro do grupo prosttico: desoximioglobina (vazio), oximioglobia (ligao com O2) e ferrimioglobina (ligao com H2O). O tomo de Fe(II) do grupo heme, quando exposto ao oxignio oxidado de um modo irreversvel a Fe(III). A parte proteica da Mb impede essa oxidao e torna possvel a ligao reversvel do O2 ao heme. A oxigenao leva a mudana de colorao da molcula de Mb. No modelo estrutural da Mb desnaturada, a ferrimioglobina oxida e perde o grupo heme, transformando-se em apomioglobina. O grupo heme dissocia-se da protena apenas a pH muito baixo. No entanto, quando este grupo de novo adicionado apomioglobina desnaturada, esta recupera a sua conformao activa. A informao estrutural primria, implcita na apomioglobina, assim suficiente para determinar as estruturas secundria e terciria (Postnikova et al., 1991 e Henry, 1993). Outras molculas que tambm se podem coordenar com o tomo de ferro do heme, so as de monxido de carbono, dixido de carbono, xido ntrico e ies cianeto. A afinidade por estas molculas (com excepo do CO2) bastante maior do que pelo o oxignio, sendo responsvel pela asfixia e envenenamento dos animais. Estudos recentes revelaram tambm a importncia da Mb como moduladora das funes cardacas. Sendo produzida nos cardiomicitos (clulas do msculo cardaco) e nas fibras oxidativas dos msculos esquelticos, estes estudos colocam a Mb como uma hemeprotena multifuncional (Figura 1.6) que participa em diversas funes fisiolgicas, nomeadamente como mediadora do transporte do oxignio, como participante na regulao da biodisponibilidade do xido ntrico nos

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cardiomicitos e sua inactivao e, como j foi referido, como reservatrio de O2 (Garry et al., 2003 e Ordway e Garry, 2004).

Figura 1.6 Possveis funes da Mb. (Adaptado

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