Interacções Hemoglobina / Ligante

 

 

O Oxigénio liga-se a um grupo prostético heme


A capacidade da mioglobina ou da hemoglobina se ligar ao oxigénio depende de uma unidade não peptídica: um grupo heme .
Este grupo também dá à hemoglobina e à mioglobina a sua côr característica. Realmente muitas proteínas requerem unidades não peptídicas específicas. Tais unidades são chamadas de grupos prostéticos. Uma proteína sem o seu grupo prostético característico é denomidada apoproteína.
O grupo heme é constituído por uma parte orgânica e por um átomo de ferro. A parte orgânica, protoporfirina, é constituída por 4 anéis pirrólicos. Os quatro pirróis estão ligados por pontes de metano, para formar um anel tetrapirrólico.

Figura 9 - Átomo de ferro ligado aos 4 átomos de azoto
( http://it.wikipedia.org/wiki/EME )


O átomo de ferro no grupo heme liga-se aos 4 nitrogénios no centro do anel protoporfirínico. O ferro pode formar duas ligações adicionais, uma em cada lado do plano do grupo heme. Estes pontos de ligação são denominados de quinta e sexta posição de coordenação. O átomo de ferro pode estar no estado de oxidação ferroso (+2) ou no férrico (+3), e as formas correspondentes de hemoglobina são denominadas, respectivamente, ferro-hemoglobina e ferri-hemoglobina (também chamada meta-hemoglobina). Somente a ferro-hemoglobina, o estado de oxidação +2, pode ligar-se ao oxigénio. A mesma nomenclatura aplica-se à mioglobina.

 


 

 

Interacções alostéricas habilitam a hemoglobina a transportar O2, CO2 e H+ coordenadamente.

As subunidades α e β da hemoglobina têm o mesmo plano estrutural da hemoglobina. Contudo surgem novas propriedades de profunda importância biológica, quando diferentes subunidades se juntam para formar um tetrâmero.
A hemoglobina é uma molécula muito mais complexa e susceptível que a mioglobina.
A hemoglobina transporta H+ e CO2, para além do O2. As propriedades de ligação ao oxigénio da hemoglobina são reguladas por locais separados e não adjacentes. A hemoglobina é, portanto, uma proteína alostérica, ao contrário da mioglobina. Esta diferença é expressa de três maneiras: 

1. A ligação de O2 à hemoglobina promove a ligação de mais O2 à mesma molécula de hemoglobina. Por outras palavras, o O2 liga-se cooperativamente à hemoglobina, o que não acontece na mioglobina; 

2. A afinidade da hemoglobina para o oxigénio depende do pH e do CO2. Tanto o H+ como o CO2 promovem a libertação do O2 ligado. Reciprocamente o O2 promove a libertação de H+ e CO2

3. A afinidade entre o oxigénio e a hemoglobina é também regulado por fosfatos orgânicos, tais como o 2,3-bifosfoglicerato, o que resulta numa menor afinidade para o oxigénio da hemoglobina em relação à mioglobina.

 

O CO2 liga-se às aminas terminais da hemoglobina e a sua afinidade pelo oxigénio baixa

No metabolismo aeróbio por cada O2 consumido, cerca de 0,8, em proporção, de CO2 é produzido, . A maior parte do COé transportado como bicarbonato, o qual é formado dentro das células vermelhas, pela acção da anídrase carbónica.

 CO2 + H2O   <―>   HCO3- + H+ 

 A maioria dos H+  gerados por esta reacção é captada pela desoxi-hemoglobina, como parte do efeito de Bohr. O restante CO2  é carregado pela hemoglobina na forma de carbamato, porque a forma não ionizada das aminas ą da hemoglobina pode reagir reversivelmente com CO2.
Os carbamatos ligados formam pontes salinas que estabilizam a forma T. Daí,
a ligação do CO2 baixa a afinidade da hemoglobina pelo oxigénio.


 

Efeito de Bohr

 A mioglobina não mostra qualquer mudança na ligação do oxigénio e o CO2 produz um efeito pouco  apreciável. Na hemoglobina, contudo, a acidez aumenta a libertação de oxigénio. Fisiologicamente, baixando o pH há um deslocamento da curva de dissociação do oxigénio para a direita, de tal maneira que a afinidade pelo oxigénio fica diminuída. Aumentando a concentração de CO2 (a pH constante), diminui também a afinidade pelo oxigénio. Em tecidos em rápida metabolização, tais como o músculo em contracção, muito CO2 e ácido são produzidos. A presença de maiores níveis de CO2 e H+ nos capilares de tal tecido metabolicamente activo promove a libertação de O2 da oxi-hemoglobina. Este importante mecanismo para enfrentar a maior necessidade de oxigénio nos tecidos metabolicamnte activos foi descoberto por Christian Bohr, em 1904.

O efeito recíproco, descoberto 10 anos mais tarde por J. S. Haldane ocorre nos capilares alveolares dos pulmões. A alta concentração de O2 promove a libertação do H+ e o CO2 da hemoglobina, assim como as altas concentrações de H+ e de CO2 nos tecidos activos libertam o O2. Este elos entre a ligação do O2, H+ e CO2 são conhecidos como o efeito de Bohr.

Figura 10 - Efeito do pH e da concentração de CO2 na afinidade da hemoglobina ao oxigénio
O abaixamento do pH de 7.4 (curva vermelha) para 7.2 (curva azul) resulta em libertação de O2 pela oxi-hemoglobina. O aumento da pressão parcial de CO2 de 0 para 40 torr (curva violeta), também promove a libertação de O2

 

A Oxi-hemoglobina, do tecido muscular, é uma reserva de oxigénio

A mioglobina do tecido muscular armazena oxigénio. Quando há falta de oxigénio (p. ex., no exercício intenso), o oxigénio armazenado é libertado e será utilizado, na mitocôndria do músculo, para a síntese de ATP.