Mioglobina e hemoglobina: comparação de estrutura e função
Mioglobina é uma proteína complexa do tecido muscular com estrutura terciária superior, composta por uma única cadeia polipeptídica e contendo um heme (um sítio ativo). A hemoglobina possui estrutura quaternária: quatro protômeros (duas cadeias α-globina e duas cadeias β-globina) e quatro hemes, ou seja, quatro sítios ativos.
A mioglobina possui alta afinidade pelo oxigênio e o retém firmemente, liberando-o apenas em casos de hipoxia tecidual acentuada. A hemoglobina tem menor afinidade e exerce função de transporte: transporta O₂ dos pulmões para os tecidos e CO₂ dos tecidos para os pulmões. A afinidade da hemoglobina pelo oxigênio é regulada, enquanto a da mioglobina não é.
A hemoglobina é uma proteína oligomérica de domínios: cada subunidade é chamada de protômero, e no centro da molécula localiza-se uma cavidade alostérica. A mioglobina é uma proteína não oligomérica.
Estrutura do heme e o papel das histidinas
A estrutura secundária da cadeia de globina é representada por oito α-hélice (A–H). O heme localiza-se em uma bolsa hidrofóbica entre as hélices F e E, fixado por duas histidinas fundamentais.
O heme em si é um anel porfirínico composto por quatro anéis pirrólicos, cujos átomos de nitrogênio estabelecem ligações de coordenação com o átomo central de ferro Fe²⁺. Os substituintes laterais do anel são grupos vinil, metil e propionil.
- His F8 (proximal) — forma uma ligação de coordenação com o ferro do heme, fixando-o na proteína.
- His E7 (distal) — garante a orientação correta da molécula de O₂ na bolsa e aumenta a afinidade do heme pelo oxigênio em relação ao monóxido de carbono (CO), reduzindo o risco de envenenamento.
O microambiente hidrofóbico do heme impede a entrada de água, o que evita a oxidação do Fe²⁺ a Fe³⁺ (metahemoglobina), incapaz de ligar oxigênio. Na ligação do O₂, a His F8 «puxa» o ferro de volta para o plano da porfirina — esse movimento desencadeia as alterações cooperativas.
Ligação cooperativa de oxigênio
A regulação da afinidade da hemoglobina pelo O₂ inicia-se com a alteração conformacional cooperativa dos protômeros. Ao ligar a primeira molécula de oxigênio, o protômero correspondente altera sua conformação e facilita a ligação do O₂ pelo protômero vizinho. Cada molécula subsequente liga-se com mais facilidade: a ligação da quarta molécula ocorre de forma aproximadamente 300 vezes mais fácil do que a da primeira.
De maneira análoga ocorre a liberação de oxigênio: quanto mais O₂ já estiver dissociado, mais fácil será a liberação da molécula seguinte. Isso resulta em uma curva de dissociação sigmoide característica e assegura a entrega eficiente de oxigênio aos tecidos.
Efeito Bohr e regulação pelo 2,3-BPG
Efeito Bohr: quanto mais protonada estiver a hemoglobina, mais facilmente ela libera oxigênio. Em tecidos com metabolismo ativo, forma-se CO₂, que com a água gera ácido carbônico, o qual dissocia-se em H⁺ e HCO₃⁻. O acúmulo de prótons e a acidificação do meio estabilizam a forma desoxi da hemoglobina e facilitam a liberação de O₂. O CO₂ liga-se adicionalmente aos grupos N-terminais dos protômeros, formando carbaminohemoglobina.
Na cavidade alostérica central da hemoglobina, fixa-se o 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) — um metabólito intermediário formado nos eritrócitos através da via de Rapoport-Luebering. Sob condições de hipoxia, sua síntese é intensificada. Ao ligar-se à cavidade central, o 2,3-BPG reduz a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e facilita a sua liberação para os tecidos.
A hemoglobina fetal (HbF) liga-se fracamente ao 2,3-BPG e, por isso, apresenta maior afinidade pelo O₂, o que é necessário para o transporte de oxigênio através da placenta, da mãe para o feto.
Desnaturação e chaperonas
A desnaturação é a ruptura das estruturas quaternária, terciária e, por vezes, secundária da proteína, com preservação da estrutura primária. Pode ser reversível (com possibilidade de retorno à conformação nativa) ou irreversível.
- Temperatura elevada — destrói as pontes de hidrogênio.
- Ácidos e álcalis — destroem as ligações de hidrogênio e iônicas.
- Álcoois, fenóis, ureia — destroem predominantemente as ligações de hidrogênio.
Nas células funcionam chaperonas, que impedem a desnaturação e auxiliam no dobramento correto (folding). Distinguem-se as chaperonas constitutivas (presentes de forma constante) e as induzíveis, como por exemplo as proteínas de choque térmico (HSP), cuja síntese é intensificada em resposta ao estresse.
Anemia falciforme
A anemia falciforme (HbS) é uma hemoglobinopatia hereditária decorrente de uma mutação pontual no gene da β-globina: na sexta posição da cadeia polipeptídica, o ácido glutâmico (com carga negativa, hidrofílico) é substituído pela valina (hidrofóbica, neutra).
O surgimento de um resíduo hidrofóbico na superfície da molécula cria sítios complementares através dos quais as moléculas desoxigenadas de HbS agregam-se em longas fibras. Isso deforma os eritrócitos, conferindo-lhes formato de foice, e compromete a elasticidade e a plasticidade da membrana.
- Os eritrócitos falciformes passam com dificuldade pelos capilares, provocando microtromboses e isquemia tecidual.
- Sua expectativa de vida está reduzida, o que conduz à anemia hemolítica e à hipoxia crônica.
- Designação das formas: HbA — hemoglobina adulta normal, HbF — fetal, HbS — falciforme.
A alta frequência da mutação em países africanos é explicada pela vantagem seletiva dos portadores heterozigotos em zonas endêmicas de malária: o plasmódio da malária multiplica-se com maior dificuldade nos eritrócitos falciformes, que sofrem lise mais rapidamente, impedindo que o parasita conclua seu ciclo de desenvolvimento.
Pontos-chave
- A mioglobina é um monômero com um heme e alta afinidade pelo O₂; a hemoglobina é um tetrâmero (2α + 2β) com quatro hemes e função de transporte.
- O heme é fixado na bolsa entre as hélices F e E; a His F8 liga-se ao Fe²⁺, e a His E7 orienta o O₂ e reduz a afinidade pelo CO.
- A ligação cooperativa do O₂ garante uma curva de dissociação sigmoide e a entrega eficiente de oxigênio aos tecidos.
- Efeito Bohr: H⁺ e CO₂ diminuem a afinidade da hemoglobina pelo O₂, facilitando sua liberação nos tecidos metabolicamente ativos.
- O 2,3-BPG liga-se na cavidade central e diminui a afinidade pelo O₂; seus níveis aumentam na hipoxia.
- A hemoglobina fetal HbF liga-se fracamente ao 2,3-BPG e possui maior afinidade pelo O₂.
- HbS — substituição Glu6→Val na cadeia β, que leva à agregação da hemoglobina e à deformação falciforme dos eritrócitos.
- A heterozigosidade para a HbS confere resistência à malária, o que explica a alta frequência dessa mutação na África.