PREÂMBULO SOBRE A HEMOGLOBINA

SAIR

DEFINIÇÃO GERAL

Porquê é necessario esse capitulo?

O motivo é o seguinte: - ha muitas doenças com defeito de formação da hemoglobina. Antes de saber quais são os defeitos, é necessário saber tudo sobre a estrutura e a funcionalitate desta proteina complexa. Hb representa mais de 30 % do peso do eritrócito.

Valores normais:

Hemoglobina (varia conforme a altitude):


O que significam os resultados anormais:

Os valores baixos de hemoglobina podem indicar:

  • anemia (vários tipos)
  • deficiência de eritropoietina (secundária a doença renal)
  • hemólise (destruição dos glóbulos vermelhos) associada a reação transfusional
  • hemorragia (sangramento)
  • envenenamento por chumbo
  • desnutrição
  • deficiências nutricionais de ferro, folato, vitamina B12 e vitamina B6
  • hiper-hidratação

Os valores elevados de hemoglobina podem indicar:

  • doença cardíaca congênita
  • cor pulmonar
  • fibrose pulmonar
  • policitemia vera
  • aumento da formação glóbulos vermelhos por excesso de eritropoietina

ESTRUTURA QUIMICA

É uma proteína conjugada complexa de P.M. 64458 daltons.

Ela é uma molécula com estrutura de tipo CUATERNAR.

O que é isso?

Geralmente, a organização das proteinas começa com o principio basico que é: O AMINOÁCIDO.

Então o primeiro nível  estrutural de uma proteina é o AMINOACIDO.

Dois ou mais aminoácidos podem formar um peptidio (o segundo nivel, então) de organização proteica.

A estrutura POLIPETIDICA que resulta do conjunto de duas ou mais peptidios elementarios vai ser o terceiro nível, formando o que se chama de POLIPEPTÍDIO.

Enfim, quando o polipeptídio associa outros elementos quimicos (íonos, fragmentos lipidicos, etc.) formam-se estruturas de nível cuaternário, como é o caso da hemoglobina mesmo, que, junto com a estrutura proteica dela, contem o iono de ferro bivalente.

Vamos olhar a estrutura quimica da Hb:

Constituída por 4 núcleos pirrólicos que conferem com vermelha à hemoglobina, ligados a uma protoporfirina. Esta protoporfirina é o heme. Estes núcleos são ligados a uma cadeia polipeptídica (globina). 
Quatro  heme  e quatro cadeias de globina (que forma a globina) formam uma molécula de hemoglobina. 

O HEME

heme possui um átomo de ferro (que tem que ser ferroso (Fe2+) para exercer a função de ligação com o oxigênio). 

A SÍNTESE: O grupo heme é formado a partir da incorporação de um átomo de ferro pela protoporfirina III, originada pela condensação do porfobilinógeno que é o acido tricarboxílico, onde o acetato é transformado em succinil CoA e juntamente com a glicina dá início ao processo de formação da Hb enquanto a síntese da globina ocorre nos ribossomos dos eritroblastos, segundo determinado:

  1. 2 succinil-CoA + 2 glicina = pirrol
  2. 4 unidades pirrol = protoporfirina
  3. protoporfirina + Fe 2+ = heme
  4. 4 hemes + 4 cadeias globinicas = hemoglobina

Condensação de 2 moléculas (glicina e Succinil CoA).
Formação da ALA

NA MITOCÔNDRIA - ocorre a condensação de uma molécula de glicina e uma de succinil-CoA pela enzima δ - aminolevulinato sintetase (ALA sintetase). Gera α-amino-β-cetoadipato, que é então descarboxilado a δ-aminolevulinato.

Dimerização da ALA.
Produção de PORFOBILINOGÊNIO

O ALA mitocondrial é então transportado para o citosol onde a ALA desidratase (também chamada porfibilinogênio sintase ou hidroximetilbilano sintase) dimeriza duas moléculas de ALA para produzir porfobilinogênio.

Condensação de 4 moléculas de PORFOBILINOGÊNIO
Produção do HIDROXIMETILBILANO

O próximo passo envolve a condensação de 4 moléculas de porfobilinogênio para produzir o intermediário hidroximetilbilano (ou preuroporfirinogênio). A enzima para esta condensação é a porfobilinogênio desaminase (PBG desaminase), também chamada uroporfinogênio I sintetase.

O hidroximetilbilano formado vai ter dois principais destinos:

Formação do isomero III do UROPORFIRINOGÊNIO (UPG)

Os isomeros I e III do uroporfirinogênio (UPG). No entanto, o isômero I é não metabolizável, sendo preferido o isómero III. Este forma-se pela ação conjunta da uroporfirinogênio sintase e da uroporfirinogênio III cosintase.

Descarboxilase do UPG
Formação de CORPOPORFIRINOGÊNIO III

No citosol, o UPG é descarboxilado pela enzima uroporfirinogênio descarboxilase. Os produtos resultantes têm grupos metilo no lugar dos substituintes acetilo e são conhecidos como coproporfirinogênios (CPG), sendo o coproporfirinogênio III o intermediário mais comum na síntese do heme.

Transporte para o interior da mitocôndria
Descarboxilase por Coproporfirinogêneo oxidase

O coproporfirinogênio III é então transportado para o interior da mitocôndria, onde dois grupos propiônicos são descarboxilados em grupos vinílicos, por ação da coproporfirinogêneo oxidase.

Produção de Protoporfirinogêneo IX
Conversão em PROTOPORFIRINA IX

O produto incolor desta reação é o protoporfirinogênio IX. Nas mitocôndrias, este é convertido em protoporfirina IX pela protoporfirinogênio IX oxidase.

Ação da enzima Ferroquelatase
Inserção de um átomo de Fe no anel

A reação final na síntese do heme ocorre também nas mitocôndrias e envolve a inserção de um átomo de ferro no anel, gerando heme b. A enzima que catalisa esta reação é a ferroquelatase.

Enzima ALA sintetase, é inibida pela hemina (ferri-protoporfirina) e possui como co-fator a vitamina B6, piridoxal-fosfato.
Problemas de deficiência desta vitamina vão acarretar diminuição da síntese do grupo heme e da hemoglobina, e conseqüentemente anemia.

O Ferro no Heme pode estar como Fe2+ ou Fe3+, mas somente o Fe2+ pode ligar-se ao O2, que é uma ligação reversível, que forma oxihemoglobina (oximioglobina no caso da mioglobina). O ferro ferroso tem cor vermelha, ou seja, a oxihemoglobina vai ter também cor vermelha.

Fe3+ não permite a ligação do O2, formando meta-hemoglobina, cor castanha.

O fator de maturação eritrocitária atua na síntese de hemoglobina, a partir do reticulócito.

Os nutrientes responsáveis pela síntese de hemoglobina são:

  1. Ferro (na forma ferrosa);
  2. Cobre;
  3. vitamina B6 (piridoxina);
  4. molibdênio.

CATABÓLITOS DA REAÇÃO

  1. O ALA, porfobilinogênio e uroporfirina são solúveis em água e excretados pela urina
  2. A coproporfirina é excretada pela urina e bile.
  3. A protoporfirina é pouco solúvel em água, sendo excretada pela bile.

A GLOBINA

A globina é formada por 4 cadeias globínicas (polipeptídeos). São sempre 2 cadeias idênticas, sendo então, sempre de 2 tipos diferentes para cada tipo de globina.

A síntese de globina ocorre, sob controle genético. nos ribossomos citoplasmaticos dos eritrocitos imaturos.

Número de genes responsáveis pela produção de cada tipo de cadeia globínica (cromossomo 16 e 11)

O tipo e a predominância de hemoglobina varia em função de idade e periodo da vida:

  1. PERIODO EMBRIONÁRIO: Gower 1, Portland, Gower 2, Hb fetal
  2. PERIODO FETAL: Hb fetal, Hb A e Hb A2
  3. PERIODO APÓS 6 MESES DE VIDA: HbA, HbA2, Hb fetal

Durante seu desenvolvimento nos órgãos eritropoiéticos e no sangue, cada eritrócito sintetiza aproximadamente 30 pg (27 a 32 pg) de hemoglobina, valor conhecido com o nome de hemoglobina corpuscular média (HCM). A quantidade total de hemoglobina circulante, em um indivíduo adulto normal de 70 kg de peso corporal, chega a 750 g; a produção e a destruição diárias oscilam em torno de 0,5 g.

Os eritrócitos maduros não sintetizam Hb durante o restante de sua vida na circulação.

CATABOLISMO DA HEMOGLOBINA

NA HEMÓLISE:

A Hb é liberada na sua forma livre e é rapidamente retirada (1-7 horas) por:

  1. Oxidação (formas não úteis);
  2. Eliminação renal;
  3. Destruição pelo sistema monocítico fagocitário.

NA HEMOCATERESE (baço):

  1. Há liberação de Hb e separação da parte heme e globina.
  2. Os macrófagos reciclam o ferro da parte heme e aminoácidos da parte globina.
  3. Ocorre o armazenamento do ferro na medula óssea e baço na forma de ferretina e hemossiderina.

 

FISIOLOGIA DA HEMOGLOBINA

A fisiologia da hemoglobina consta EXCLUSIVAMENTE no transporte dos gasos respiratórios (O2, CO2 e outros elementos accidentais).

O2 apresenta solubilidade extremamente baixa no sangue. Somente 2% do total do oxigênio circula nativo, dissolvido mesmo na plasma.

O surgimento da hemoglobina no mundo vivo é uma expressão da evolução do reino animal. Os vertebrados desenvolveram proteínas que garantem o suprimento de O2:

  1. Mioglobina: localizada nos músculos, reserva de O2
  2. Hemoglobina: localizada nas hemácias , aumenta 70 vezes a capacidade de transporte de O2. Participa do transporte de CO2

O Oxigénio liga-se a um grupo prostético heme

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.

A capacidade da mioglobina ou da hemoglobina se ligar ao oxigénio depende de uma unidade não peptídica: um grupo heme, aquele mesmo que dá à hemoglobina e à mioglobina a sua côr característica


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.

O componente mais importante é o Fe2+

Na estrutura dita, 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:

  1. oxidação ferrosa (+2) = ferro-hemoglobina
  2. oxidação férrica (+3) = ferri-hemoglobina (também chamada meta-hemoglobina)

A mesma nomenclatura aplica-se à mioglobina. Contudo, a hemoglobina é uma molécula muito mais complexa e susceptível que a mioglobina.

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.

O que pode transportar a hemoglobina?

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: 

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; 

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

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 CO2  é 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 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.

O QUE É O EFEITO DO 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,

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 metabolicamente 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.

PATOLOGIA - AS HEMOGLOBINOPATIAS

Em alguns casos de substituição de um aminoácido na cadeia de globina não há significante alteração na sua função e outros casos há comprometimento fisiológico da integridade da hemoglobina. A hemoglobina instável pode gerar:

Hemoglobinopatias são doenças genéticas decorrentes de anormalidades na estrutura ou na produção da hemoglobina, molécula presente nos glóbulos vermelhos e responsável pelo transporte do oxigênio para os tecidos.

Mais de 300 defeitos estruturais da hemoglobina já foram identificados, sendo a anemia falciforme a hemoglobinopatia mais conhecida. Os defeitos na taxa de produção das cadeias de hemoglobina são as talassemias (alfa ou beta-talassemias, de acordo com a cadeia cuja síntese está prejudicada).

A hemoglobina do ser humano adulto (hemoglobina A) é uma proteína formada por duas cadeias alfa e por duas cadeias beta, codificadas por genes diferentes.

As hemoglobinopatias são causadas por uma alteração em um desses genes, afetando a estrutura da molécula (hemoglobinopatia estrutural) ou sua taxa de produção (talassemia).

A ANEMIA FALCIFORME (VEJA O CAPITULO)

É uma das doenças hereditárias mais comuns no Brasil e apresenta, já nos primeiros anos de vida, manifestações clínicas importantes, o que representa um sério problema de saúde pública no país, atingindo principalmente a população negra.

A doença falciforme é resultante de alteração genética caracterizada pela presença de um tipo anormal de hemoglobina denominada Hemoglobina S (HbS). Esta faz com que as hemácias adquiram a forma de foice (daí o nome falciforme) em ambiente de baixa oxigenação, dificultando sua circulação e provocando obstrução vascular.

As hemácias têm a função de carregar oxigênio para os tecidos, principal combustível para os órgãos. No caso da doença falciforme, elas são destruídas (hemolisadas), porque, como são em forma de foice, se agregam e diminuem a circulação do sangue nos pequenos vasos do corpo. Com isso, ocorre lesão nos órgão atingidos, causando dor, destruição dos glóbulos vermelhos, icterícia e anemia.

A forma mais freqüente da doença, e também a mais grave, é a homozigótica, que é denominada Anemia Falciforme ou Drepanocitose (Hb SS) e ocorre quando a criança herda de ambos os pais o gene S.

TALASSEMIA (VEJA O CAPUITULO)

Talassemia deriva da combinação das palavras gregas thalassa = mar, e haemas = sangue. Com esta palavra, os médicos queriam descrever uma doença do sangue cuja origem está nos países banhados pelo mar, e mais precisamente no Mediterrâneo, como Itália e Grécia.

Talassemia é uma anemia hereditária causada pelo mau funcionamento da medula óssea, o tecido que produz as células do sangue.

A medula do talassêmico produz os glóbulos vermelhos menores e com menos hemoglobina (componente dos glóbulos vermelhos responsável pelo transporte de oxigênio no nosso corpo), o que causa a anemia. A Talassemia não é contagiosa e não é causada por deficiência na dieta, carência de vitaminas ou sais minerais.

Hoje a doença atinge praticamente o mundo todo, por causa das migrações. Percentagens relevantes de portadores de Talassemia são registrados no Canadá, Estados Unidos, Brasil e Argentina, bem como na Índia e Austrália.

 

BIBLIOGRAFIA:

  1. GRACIELE TIMM: ANEMIAS: CAUSAS E IMPLICAÇÕES DAS ALTERAÇÕES ERITROCÍTICAS MONOGRAFIA apresentada ao Instituto de Biologia da UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel e Licenciado em Ciências Biológicas
  2. PROFESSOR: WELLERSON MOREIRA: SÍNTESE DAS HEMOGLOBINAS
  3. A. S. Tanaka (Bioquímica 2008): ESTRUTURA QUATERNÁRIA - HEMOGLOBINA
  4. Carolina Berkman, Diana Leizinara: BIOSSÍNTESE DA MOLÉCULA DE HEMOGLOBINA