Post on 07-Apr-2016
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