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.
- His F8 (proximal) — forma uma ligação covalente com o Fe²⁺ e mantém o heme fixo.
- His E7 (distal) — garante a orientação correta do O₂, aumenta a afinidade do heme pelo oxigênio e, ao mesmo tempo, reduz a afinidade pelo monóxido de carbono (CO), que de outra forma se ligaria de maneira muito mais forte.
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⁻.
- Os prótons protonam resíduos específicos nos protômeros da hemoglobina, estabilizando a forma T, o que facilita a liberação de O₂ para os tecidos.
- O CO₂ liga-se aos grupamentos α-amino terminais das globinas, formando a carbaminohemoglobina.
- Nos pulmões, o processo é reversível: com baixa pCO₂ e pH mais elevado, a hemoglobina volta a se ligar ao O₂.
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.
- Os eritrócitos falciformes perdem a plasticidade, passam com dificuldade pelos capilares, causando microtromboses e hipóxia tecidual.
- O tempo de vida dos eritrócitos diminui — desenvolvendo-se anemia hemolítica.
- Os portadores heterozigotos apresentam resistência aumentada à malária: o Plasmodium falciparum multiplica-se com mais dificuldade nos eritrócitos falciformes, o que explica a alta frequência da mutação em regiões endêmicas de malária na África.
Pontos-chave
- A mioglobina é um monômero com curva de saturação hiperbólica; a hemoglobina é um tetrâmero (2α + 2β) com curva sigmoide e ligação cooperativa de O₂.
- A His F8 liga covalentemente o Fe²⁺ do heme, enquanto a His E7 orienta o O₂ e reduz a afinidade pelo CO.
- O ambiente hidrofóbico do heme evita a oxidação do Fe²⁺ a Fe³⁺ (metahemoglobina).
- Efeito Bohr: o aumento de [H⁺] e pCO₂ diminui a afinidade da hemoglobina pelo O₂, facilitando sua liberação para os tecidos.
- O 2,3-BPG liga-se na cavidade central do tetrâmero, estabiliza a forma desoxi e diminui a afinidade pelo O₂; a HbF liga fracamente o 2,3-BPG, tendo assim alta afinidade pelo oxigênio.
- As chaperonas (incluindo as proteínas de choque térmico) previnem a agregação e garantem o enovelamento correto das proteínas.
- A HbS surge com a substituição Glu6→Val na cadeia β; a valina hidrofóbica promove a polimerização da desoxi-HbS e a deformação falciforme dos eritrócitos.
- A anemia falciforme é acompanhada de hemólise, hipóxia e oclusões vasculares, mas em estado heterozigoto protege contra a malária.