PROTEÍNAS GLOBULARES E

Transcrição

1 Universidade Federal do Rio de Janeiro Centro de Ciências da Saúde Instituto de Bioquímica Médica Curso: Enfermagem e Obstetrícia PROTEÍNAS GLOBULARES E TRANSPORTE DE O 2

2 TRANSPORTE DE O 2 O 2 é pouco solúvel em soluções aquosas o que dificulta seu transporte na forma livre para os tecidos Como O 2 chega nos tecidos e em órgãos e tecidos distantes (ex: coração)?

3 MOLÉCULAS TRANSPORTADORES DE O 2 HEMOGLOBINA (eritrócitos do sangue - hemácias) MIOGLOBINA (células musculares)

4 PROBLEMAS NO TRANSPORTE DE O 2 Proteínas compostas apenas por aminoácidos não podem realizar a função Nenhum aminoácido se liga de maneira reversível ao O 2 Solução: Presença de metais como Ferro que são ótimos transportadores de O 2

5 POR QUE NÃO UTILIZAR APENAS O FERRO PARA TRANSPORTAR O 2? Ferro apenas se liga ao O 2 (não carrega) Necessidade de uma proteína 2º Problema: Ferro livre favorece a formação de radicais livres Danificam o DNA e às proteínas OH OH O Timina

6 COMO O ORGANISMO EVITA A FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES? HEME grupo prostético da hemoglobina Ferro usado pelas células está ligado a estruturas que o sequestram e o tornam menos reativo GRUPAMENTO HEME

7 HEME É UM GRUPAMENTO PROSTÉTICO Composto permanentemente associado com uma proteína que contribui para a sua função

8 GRUPAMENTO HEME Estrutura complexa em forma de anel (Protoporfirina) que está ligada a um átomo de ferro Ligações do Fe 2+ impedem a conversão de estado ferroso para férrico (Fe 3+ ) Fe +2 - Hb liga-se ao O 2 de maneira reversível Fe +3 - não se liga ao O 2

9 POR QUE NÃO USAR HEME LIVRE PARA TRANSPORTAR O 2? Toxicidade do grupamento hidrofóbico do Heme Membrana é lipídica e o Heme age como detergente rompendo a membrana Hidrofóbico Membrana Plasmática

10 Heme livre tem afinidade pelo CO do que por O 2 ( vezes) Solução: OUTRA RAZÃO PARA NÃO USAR HEME LIVRE Enclausurar o heme em uma proteína afinidade de para 200 vezes devido ao impedimento estérico

11 EFEITO ESTÉRICO O 2 ligado ao Fe 2+ forma um ângulo CO é ligado ao Fe 2+ em linha reta Presença da Histidina distal impede a ligação linear do CO

12 LIGAÇÃO DO FE 2+ Além das 4 ligações com N o Fe 2+ se liga na histidina proximal e ao O 2

13 APESAR DO EFEITO ESTÉRICO O MONÓXIDO DE CARBONO PODE SE LIGAR AO FE 2+ Circunstâncias com [O 2 ] e [CO]

14 DIFERENÇA DA COR DO SANGUE VENOSO Quando O 2 se liga ao heme muda o arranjo de seus elétrons Provoca mudança de coloração do heme Vermelho escuro (desoxigenada) vermelho vivo (oxigenada) E ARTERIAL

15 VANTAGENS DA LIGAÇÃO DO FE 2+ AO HEME E À PROTEÍNA Não há conversão de Fe 2+ a Fe 3+, o que inviabilizaria o transporte de O 2 Não há formação de radicais tóxicos que são danosos a outras moléculas É possível limitar o acesso de determinadas moléculas ao heme

16 MIOGLOBINA Armazena O 2 nas células musculares 1 cadeia polipeptídica (153 aminoácidos) e 1 grupamento Heme Estrutura terciária formada por 8 α-hélices (75% da molécula)

17 MIOGLOBINA 1 cadeia polipeptídica (153 aminoácidos) e 1 grupamento Heme

18 MIOGLOBINA Abundante nos músculos de mamíferos que mergulham Capaz de reter o O2 por longos períodos enquanto o animal está submerso Baleia, Foca e Boto

19 ESTRUTURA TERCIÁRIA: MIOGLOBINA Hidrofóbicos Polares B) Região interna da Mioglobina Carregados

20 HEMOGLOBINA Presente nos eritrócitos do sangue (hemácias) Para desempenhar melhor seu papel de transportadoras de O 2 as células perderam suas organelas (núcleo, mitocôndria e retículo endoplasmático) Sem núcleo são incapazes de se dividir (tempo vida ~4 meses)

21 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)

22 HEMOGLOBINA Capaz de transportar até 4 moléculas de O 2 Sangue arterial a Hb está 96% saturada de O2 Sangue venoso que retorna para o coração apenas 64% de saturação Cerca de 1/3 é liberado nos tecidos

23 MIOGLOBINA X HEMOGLOBINA Função e estrutura tridimensional = Estrutura 1 ária Apenas 27 aminoácidos na mesma posição

24 HEMOGLOBINA É UMA PROTEÍNA ALOSTÉRICA A interação de um ligante em um sítio altera as propriedades de ligação de um outro sítio na mesma proteína Quando o 1º O 2 se liga à hemoglobina causa uma mudança na conformação da proteína aumentando a afinidade pelo 2º O 2 e assim por diante Ligação cooperativa a ligação de um ligante coopera com a ligação do próximo ligante

25 HEMOGLOBINA 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

26 Estado T e R HEMOGLOBINA

27 HEMOGLOBINA A hemoglobina liga O2 eficientemente nos pulmões e libera O2 eficientemente nos tecidos Como ela faz isso?

28 TRANSPORTE DE CO 2 O CO2, produzido pela respiração celular deve ser transportado até os pulmões, onde será excretado. anidrase carbônica 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.

29 TRANSPORTE DE CO 2 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.

30 TRANSPORTE DE H+ A hemoglobina também se liga ao H+ produzidos no metabolismo. A diminuição do ph diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2.

31 EFEITO BOHR

32 EFEITO BOHR Nos tecidos, o CO2 é produzido levando a acidificação do meio. [ph] e [CO 2 ] afinidade da hemoglobina pelo O2. Facilita a liberação de O2 nos tecidos Nos capilares do pulmão, o CO 2 é excretado, portanto: [CO 2 ] e [ph] - afinidade da hemoglobina pelo O2. Facilita a captação de O2.

33 BPG 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.

34 BPG

35 BPG

36 BPG

37 HEMOGLOBINA FETAL O BPG também desempenha uma função no suprimento de O2 para o feto em crescimento. Ele obtem 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 substituidas 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.

38 HEMOGLOBINA FETAL

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40 ANEMIA FALCIFORME

41 ANEMIA FALCIFORME 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.

42 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.

43 ANEMIA FALCIFORME X MALÁRIA Distribuição da Anemia Falciforme Distribuição da Malaria