Hemoglobina: cooperatividade, efeito Bohr, 2,3-BPF, anemia falciforme

Hemoglobina (Hb) — tetrâmero (2α2β no HbA), transporta O₂ dos pulmões aos tecidos. Ligação cooperativa de O₂ — curva sigmoide. Efeito Bohr: ↓pH e ↑CO₂ nos tecidos diminuem a afinidade da Hb pelo O₂ (liberação de O₂ para os tecidos). O 2,3-BPG (sintetizado nos eritrócitos) estabiliza a forma T da Hb, reduzindo a afinidade pelo O₂ (adaptação à hipóxia e grandes altitudes). Mioglobina — monômero, armazena O₂ nos músculos. Anemia falciforme: mutação pontual na cadeia β (Glu→Val na posição 6), a HbS polimeriza em hipóxia → eritrócitos falciformes, hemólise, vaso-oclusão.

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Características comparativas da mioglobina e da hemoglobina

Mioglobina — proteína dos músculos vermelhos que atua como depósito de oxigênio. Sua estrutura superior é a terciária; a molécula consiste em uma única cadeia polipeptídica e um heme (grupo prostético), ou seja, possui um único centro ativo. A afinidade da mioglobina pelo oxigênio é alta, por isso ela libera O₂ apenas em caso de déficit severo de oxigênio no tecido.

Hemoglobina — proteína oligomérica complexa com estrutura quaternária. É composta por quatro protômeros: duas cadeias α-globina e duas cadeias β-globina, cada uma ligada a um grupo heme. Assim, a molécula de hemoglobina possui quatro centros ativos. Sua função é o transporte de O₂ dos pulmões aos tecidos e de CO₂ (além de prótons) dos tecidos aos pulmões. A afinidade pelo oxigênio é menor que a da mioglobina, o que é necessário para a liberação eficiente de O₂ aos tecidos.

Estrutura do heme e o papel dos resíduos de histidina

O heme é representado pela protoporfirina IX — quatro anéis pirrólicos unidos por pontes metínicas, com grupos laterais vinil, metil e propionil. Os átomos de nitrogênio dos anéis pirrólicos formam quatro ligações coordenadas com o íon Fe²⁺. A quinta ligação coordenada do ferro vai para a histidina proximal His F8, e a sexta para a molécula de O₂.

A estrutura secundária da globina é representada por oito α-hélices, designadas pelas letras A–H. O heme está localizado em um bolso hidrofóbico entre as hélices E e F.

O ambiente hidrofóbico do heme impede a entrada de água e evita a oxidação do Fe²⁺ a Fe³⁺ (formação de metahemoglobina, incapaz de transportar oxigênio).

Ligação cooperativa de oxigênio

A fixação da primeira molécula de O₂ a um dos protômeros induz uma transição conformacional do estado T (baixa afinidade) para o estado R (alta afinidade). Isso facilita a ligação do O₂ pelos protômeros seguintes: a quarta molécula de oxigênio liga-se cerca de 300 vezes mais facilmente que a primeira. O processo inverso funciona de maneira semelhante — a liberação de O₂ tem caráter cooperativo. A cooperatividade manifesta-se na curva de dissociação da oxihemoglobina em forma de S (sigmoide), enquanto na mioglobina a curva é hiperbólica.

Efeito Bohr

Efeito Bohr — redução da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio durante a acidificação do meio e o aumento da pressão parcial de CO₂. Nos tecidos em atividade, acumula-se dióxido de carbono que, ao reagir com a água na presença de anidrase carbônica, forma ácido carbônico, que se dissocia em H⁺ e HCO₃⁻.

Regulação pelo 2,3-bifosfoglicerato

Na cavidade central do tetrâmero da hemoglobina, localiza-se um sítio alostérico que se liga ao 2,3-bifosfoglicerato (2,3-BPG) — um metabólito intermediário da glicólise eritrocitária (desvio de Rapoport–Luebering). Em condições de hipóxia, a concentração de 2,3-BPG aumenta; ele se liga à desoxihemoglobina, estabilizando a forma T e diminuindo a afinidade pelo O₂, o que facilita a liberação de oxigênio para os tecidos.

A hemoglobina fetal (HbF), composta por duas cadeias α e duas cadeias γ, liga-se menos fortemente ao 2,3-BPG, apresentando assim maior afinidade pelo O₂ e «capturando» eficientemente o oxigênio da HbA materna através da placenta.

Desnaturação e chaperonas

Desnaturação — perturbação das estruturas quaternária, terciária e secundária da proteína, com preservação da primária. Pode ser reversível (a renaturação é possível) e irreversível. Fatores desnaturantes: temperatura elevada, valores extremos de pH, metais pesados, solventes orgânicos e detergentes — eles destroem interações de hidrogênio, iônicas, hidrofóbicas e ligações dissulfeto.

Chaperonas — proteínas que asseguram o dobramento correto dos polipeptídeos e evitam a agregação de moléculas desnaturadas. Distinguem-se chaperonas constitutivas (presentes na célula permanentemente) e induzíveis (por exemplo, proteínas de choque térmico, cuja síntese é intensificada em resposta a estresses).

Anemia falciforme

Anemia falciforme — hemoglobinopatia hereditária causada por uma mutação pontual no gene da β-globina: na 6ª posição da cadeia polipeptídica, o ácido glutâmico (polar, carregado negativamente) é substituído pela valina (hidrofóbica, sem carga). A hemoglobina anômala é designada HbS; a normal de adulto é a HbA, e a fetal é a HbF.

O aparecimento de um resíduo hidrofóbico na superfície da cadeia β cria uma região «pegajosa» complementar. Sob condições de hipóxia, as moléculas de HbS desoxigenadas polimerizam-se, formando longas fibras que deformam o eritrócito, conferindo-lhe uma forma em foice.

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