O grupo responsável pelo transporte de O 2 é uma porfirina lidada à cadeia proteica com um átomo de Fe 2+ quelado

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Diego Brian Andrade Pinhal
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1 Transporte de Oxigênio Shriver & Atikins, cap. 26 Mioglobina é uma proteína de baixa massa molar (17 kda) presente nos tecidos musculares de mamíferos que apresenta a função de transportar O 2 O grupo responsável pelo transporte de O 2 é uma porfirina lidada à cadeia proteica com um átomo de Fe 2+ quelado

2 Space-filling model of the heme pocket of wild-type sperm whale oxymyoglobin. Scott E E et al. J. Biol. Chem. 2001;276: by American Society for Biochemistry and Molecular Biology

3 Porfirina central onde ocorre o acoplamento de O 2 na Mioglobina

4 O sítio superior usualmente contém H 2 O como um ligante de campo fraco O 2 se acopla à molécula e atua como um ligante de campo forte, alterando a distribuição de elétrons do Fe 2+ de spin alto para spin baixo spin alto Fe 2+ (24 elétrons): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 0

5 A histidina da parte proteica superior ao anel porfirínico é fundamental para posicionar o O 2 no sítio de ligação, mas não é um ligante imediato do íon Ferro Pesquise: Porque o acoplamento de CO na Mioglobina é menos favorecido do que o de O 2? Cálculos de estabilidade mostram que os ângulos e são muito pequenos. O posicionamento do do CO não é auxiliado pela histidina J. Phys.: Condens. Matter 15 (2003) S1809 S1822

6 Oxidação do Fe 2+ por redução do O 2 Exemplo do dia a dia: As carnes frescas possuem a mioglobina com o Fe 2+ complexado com O 2 e isso é a origem da cor avermelhada das carnes A cocção ou mesmo o envelhecimento faz com que ocorra a oxidação de Fe 2+ à Fe 3+ e a com isso a alteração da cor de avemelhado para escuro Fe 2+ + O 2 + H + Fe 3+ + H-O-O. H-O-O. + Fe 2+ + H + H-O-O-H + Fe 3+ H-O-O-H + Fe 2+ + H + HO. + H 2 O + Fe 3+ Pense: a oxidação de íons Ferro gera radicais que podem ser um problema para a célula. Há algum mecanismo de defesa que possa remediar este problema?

7 Acoplamento de CO na Mioglobina Menos favorecido do que O 2, mas em alta pressão parcial de CO pode substituir o O 2 gás NO gerado por nitrito pode acoplar da mesma forma. SEM O 2, NÃO HÁ OXIDAÇÃO DO Fe 2+ >> CO é usado para preservar "frescor" da carne vermelha quando embalada Nitrito é usado em carnes curadas (presunto de parma, por exemplo) para manter a característica avermelhada

8 Hemoglobina é uma proteína de 68 kda presente nos eritrócitos (células presentes no sangue de maíferos). Ex.: No sangue a cerca de 150 g de hemoglobina/l Como na mioglobina apresenta a função de transportar O 2 Tetrâmero, cujas subunidades são similares à mioglobina Há 4 porfirinas / molécula proteica

9 Transferência de O 2 entre os dois tipos de proteína Comportamento sigmoidal na hemoglobina Primeira molécula de O 2 ligada ocorre com baixa afinidade >> Induz movimento no respectivo "monômero" >> afeta a estrutura dos outros monômeros, aumentando a afinidade por O 2

10 Movimento em dos 'monômeros" >> afeta a estrutura dos outros monômeros, aumentando a afinidade por O 2 Pesquise (estude e conclua você mesmo): Como é o movimento ocorrido na proteína (hemoglobina) que melhora a afinidade dos outros monômeros pelo O2? (procure na internet os vídeos que ilustram isso)

Efeiro do ph sobre a afinidade da Hb pelo O 2 Pense: Há uma forma simples de entender porque a afinidade da Hb pelo O 2 diminui em phs mais ácidos Afinidade depende do ph Considere um pka

11 Efeiro do ph sobre a afinidade da Hb pelo O 2 Pense: Há uma forma simples de entender porque a afinidade da Hb pelo O 2 diminui em phs mais ácidos Afinidade depende do ph Considere um pka aproximado para a histidina de 7,6. No artigo listado abaixo se percebe que a análise não deve ser tão simplista P gás em equilíbrio com a solução Pense: Porque os escaladores sofrem com a altitude?

12 Exemplo sobre afinidade pelo O 2 e pressão parcial do O 2 Mt Everest>> 8848m P total = P gás A + P gás B + P gás C Aprox.: P O2 0.21XPat 6 kpa A hemoglobina não chega ao nivel máximo de saturação com O 2

transferência de elétrons Met Neste caso, as reações redox são muito

13 Sistemas envolvidos na transferência de elétrons Citocromos >> Pigmentos celulares contendo uma porfirina e o par Fe 3+ /Fe 2+ como sistema de transferência de elétrons Met Neste caso, as reações redox são muito relevantes, pois representam uma forma de transferir elétrons em biomoléculas

14 O sítio superior contém Metionina como um ligante de campo forte (note que difere do grupo heme na desoxi-hemoglobina e desoxi-mioglobina) Met Há outros tipos de citocromos, nos quais a metionina é alterada por outro aminoácido: 2 histidinas é relativamente comum. Pense: A alteração dos AA pode alterar a distribuição de elétrons "d"? Fe 2+ (24 elétrons): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 0 spin baixo

15 Pense: 1) Se os aminoácidos (quelantes) do íon Ferro forem alterados por ligantes de campo mais fraco (menor capacidade de doar elétrons), pode haver estabilização diferenciada de íons Fe 2+ e íons Fe 3+? 2) Porque o citocromo não absorve O 2 se apresenta o mesmo glupo porfirínico da mioglobina e da hemoglobina?

peroxidase Qual seria a tividade catalítica da Citocromo C peroxidase?

16 Transferência de elétrons a partir de um citocromo A enzima citocromo C peroxidase Sítio ativo expandido de uma proteína denominada citocromo C peroxidase Qual seria a tividade catalítica da Citocromo C peroxidase? CCP + H 2 O ferrocytochrome c + 2H + CCP + 2H 2 O + 2 ferricytochrome c

17 Acoplamento da Citocromo C peroxidase com o citocromo C Citocromo C Citocromo C peroxidase Pense: Como funciona uma peroxidase?

18 Ciclo catalítico típico de uma peroxidase: Note que após a reação com o substrato H2O2, ocorre a formação de uma esécie deficiente em 2 elétrons

19 Nas diferentes peroxidases, há formas diferenciadas de distribuir a deficiência de elétrons causada pela reação com H2O2 The structures of the Compound I derivatives in (a) HRP, (b) CcP and (c) APX. The thick black line represents the haem ring and the axial histidine ligand is shown. For HRP, the second oxidising equivalent resides on the porphyrin ring (porphyrin π-cation radical); for CcP, an aromatic tryptophan residue, Trp191, adjacent to the haem is used (Trp + radical); for APX, a porphyrin π- cation radical is used despite APX containing the same Trp residue as is found in CcP. Dalton Trans., 2003,

20 Porque a transferência de elétrons é importante em sistemas biológicos? Pense: Num ser vivo evoluído, cuja fonte de energia básica depende de carboidratos, qual é a rota de conversão de um carboidrato no metabolismo celular? Quem fornece ou recebe elétrons? Próxima aula: Vamos verificar se as questões levantadas encontram boas respostas Também: Processos catalíticos Shriver e Atkins, cap 26

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