Hemoglobina e Mioglobina PDF

Aula 3 Relação entre estrutura e a função das proteínas: Hemoglobina e Mioglobina Ambas as proteínas pertencem a família das globinas: proteínas normalmente solúveis, com um grupo prostético heme ligado, não covalentemente, à proteína em si. HEMOGLOBINA É...

Aula 3 Relação entre estrutura e a função das proteínas: Hemoglobina e Mioglobina Ambas as proteínas pertencem a família das globinas: proteínas normalmente solúveis, com um grupo prostético heme ligado, não covalentemente, à proteína em si. HEMOGLOBINA É uma proteína globular e é composta por 4 cadeias polipeptídicas (2 alfa e 2 betas), sendo por isso um tetrâmero solúvel. A sua estrutura secundária é hélice alfa e a terciária é globular, ou seja, os aminoácidos hidrofílicos encontram-se no exterior e os hidrofóbicos no interior, formando pockets para a inserção do grupo heme. Este grupo é sintetizado nas células aeróbicas e forma-se quando um átomo de ferro é introduzido, ficando este ligado aos 4 átomos de N do anel porfírinico, à histidina proximal 87 (nas cadeias alfa) ou 92 (nas cadeias beta) a uma molécula de 02, sendo por isso, o responsável pela ligação da hemoglobina ao oxigénio. Assim, podemos concluir que a hemoglobina está presente em altas concentrações nos glóbulos vermelhos e tem como função: - Transportar oxigénio do aparelho respiratório para os tecidos periféricos, tendo por isso, uma afinidade variável com o oxigénio (4 moléculas de cada vez) Como assim tem uma afinidade variável? O átomo de ferro não se encontra no mesmo plano que o anel porfírinico, passando só a estar quando o oxigénio se liga à hemoglobina. Como tal, podemos afirmar que esta ligação promove uma distorção da proteína/alteração conformacional, que irá fazer com que a afinidade para o oxigénio aumente. Desta forma, podemos dizer que a hemoglobina possui 2 conformações principais: - T (Tenso)-> Estado desoxigenado -> subunidades encontram-se mais afastadas e a molécula está mais rígida e o que dificulta o acesso ao O2 - R (Relaxado)-> Estado oxigenado -> subunidades encontram-se mais próximas e graças, à ligação do O2, a molécula fica mais flexível, sendo mais fácil as outras moléculas de O2 se ligarem. A este efeito da ligação da primeira molécula de O2 facilitar a ligação das consequentes designa-se de cooperatividade e torna o O2 um modelador alostérico positivo. Catarina Cruz BCM Santa’s Nightmare 2022/2023 No entanto, é o facto da afinidade da hemoglobina também depender do ph que a torna tão eficaz. Isto porque, como a forma T é favorecida pela acidez, é nos tecidos/músculos, local onde existe maior quantidade de protões e CO2 e, portanto, maior acidez, que a hemoglobina irá libertar o oxigénio. Por outro lado, forma R é favorecida pela basicidade. A este processo de alteração da afinidade da hemoglobina pelo 02/CO2 na presença de H+, CO2 e O2 designa-se de efeito Bohr-Haldane. Apesar de os tecidos extrapulmonares já terem ph mais baixo e como tal, a hemoglobina já ter tendência para diminuir a afinidade com o oxigénio e por isso, a libertá-lo, estes também possuem 2,3-Bisfosfoglicerato, um componente que se liga à proteína (na cavidade central do tetrâmero) e aumenta substancialmente a libertação de oxigénio, pois tem a capacidade de estabilizar a forma T, tornando os pockets bem mais pequenos. Sem este componente, a hemoglobina teria bastante maior dificuldade em libertar o oxigénio, pois possuiria maior afinidade com o oxigénio. * Nas altitudes, o nosso corpo produz ainda mais esta substância, de forma que a oxigenação seja mais eficaz. Assim, podemos concluir que os protões, o CO2, o 2,3-Bisfosfoglicerato e o aumento da temperatura são os principais moderadores alostéricos negativos. *Por definição, P50 é a pressão parcial do oxigénio na qual a Hb se encontra 50% saturada, padronizada a um nível de pH de 7,40. A P50 normal é de aproximadamente 27 mmHg. A hemoglobina possui também uma histidina distal que protege o ferro de se oxidar e impede o monóxido de carbono de se ligar ao ferro, já que este possuir maior afinidade com o CO do que com o 02. - Transportar algum dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões Ontogenia das hemoglobinas: Existem diferentes tipos de hemoglobinas consoante as diferentes condições respiratórias a que estamos expostos desde o ponto em que estamos dentro da barriga das nossas mães até nascermos. -> no início do desenvolvimento embrionário, possuímos 3 hemoglobinas: Gower I, Gower II e Portland I -> na fase fetal, estas deixam de ser produzidas e passam a ser produzidas as hemoglobinas F (possuem cadeias alfa e gama) e algumas A (possuem cadeias alfa e beta) -> no nascimento, a produção de F diminui gradualmente e a de A aumenta bastante. Porque é que principalmente no período fetal, as hemoglobinas F são tão importantes? Porque as cadeias gama, que possuem, não se ligam ao 2,3-BPG. E qual é a importância disto? Possibilita que a hemoglobina possua maior afinidade para o oxigénio, num meio (placenta) onde já há tão pouco. Hemoglobinopatias - Estruturais (erros na sequência de aminoácidos) -> Anemia Falciforme: este erro afeta a solubilidade da hemoglobina, que agora tem tendência a polimerizar quando desoxigenada. Isto, promove a formação de fibras na hemácia, deixando-a similar a uma “foice”. Há assim dificuldades de circulação e até obstrução vascular - Talassémias (erros na síntese de globina) - Variantes talassémias Catarina Cruz BCM Santa’s Nightmare 2022/2023 - Persistência hereditária de HbF - Adquiridas MIOGLOBINA É uma proteína citoplasmática e é composta por uma cadeia polipeptídica com 154 aminoácidos, 8 hélices e 1 grupo heme na bolsa hidrofóbica (entre 2 resíduos de histidina- 64 e 93). O ferro central deste grupo está ligado aos 4 átomos de N do anel de porfirina, à histamina 93 e a um oxigénio (6 ligandos no total). *A estrutura terciária da mioglobina é muito semelhante à subunidade beta da hemoglobina, pois ambas possuem o pocket formado pelos resíduos hidrofóbicos e virado para o exterior os resíduos hidrofílicos. A única diferença é que a mioglobina é formada por 8 segmentos alfa hélice enquanto a hemoglobina é por 7. Tem como função armazenar oxigénio e transportá-lo para as mitocôndrias quando há um esforço muscular intenso ou a privação de oxigénio por alguma razão, possuindo, por isso, uma grande afinidade com o oxigénio. Localiza-se principalmente (devido à sua função) no músculo estriado cardíaco e esquelético dos mamíferos. *A mioglobina ao contrário da hemoglobina não é alostérica, não tem efeito cooperativo nem é afetada por H+ e 2,3-BPG. *Comparando as 3 cadeias, podemos concluir que apesar do baixo grau de identidade das 3 estruturas primárias, existe semelhanças nas estruturas terciárias, já que as estruturas secundárias são formadas por 7/8 segmentos de hélice alfa que delimitam uma fenda, na qual se localiza o heme. Catarina Cruz BCM Santa’s Nightmare 2022/2023 Aula 4 Enzimas O que são? Catalisadores biológicos que permitem que as reações químicas se efetuem a uma velocidade elevada e com muita especificidade. No entanto, nunca são consumidas. Mas como é que as enzimas catalisam/aceleram as reações? Diminuindo a energia necessária para que estas aconteçam (tornam-se + fáceis/prováveis de ocorrer). No entanto, é importante relembrar que estas aceleram-nas em escalas de tempo muito variáveis e até amplas. *O funcionamento incorreto de enzimas está frequentemente associado a patologias. Tipos principais de reações químicas catalisadas por enzimas: - Degradação: substrato mais complexo é dividido em componentes mais simples - Síntese: origem de um novo composto resultante da união dos diferentes substratos - Modificação: substrato é ligeiramente alterado No entanto, é importante notar que uma reação enzimática raramente acontece isoladamente, mas sim de forma sequencial. No entanto, pode não ser assim tão linear. O mais comum é que depois determinados produtos desencadeiem outras reações que inibem essas mesmas reações, sendo isto um mecanismo de retro inibição. Exemplos de enzimas: DNA polimerase, RNA polimerase, tRNA sintetase, cinase e fosfatase Componentes das enzimas: - holoenzima: totalidade dos componentes do enzima necessários para a função - apoenzima: componente proteica do enzima - centro catalítico: local onde se ligam os substratos e acontece a reação enzimática - cofator: substâncias inorgânicas cuja presença é essencial para que ocorra catálise (ex: metais) - coenzimas: substâncias orgânicas cuja presença é essencial para que ocorra catálise Como é a enzima se liga ao substrato/ promove a catálise? Qual acontece? Depende do tipo de enzima - Teoria da “Chave-Fechadura”: afirma que a enzima possui uma estrutura rígida e o substrato encaixa nela, estabelecendo-se assim as condições necessárias para que a reação aconteça - Teoria do “Encaixe Induzido”: afirma que o substrato ao entrar em contacto com a enzima, modifica-a e acaba por se encaixar, ou seja, afirma que é o substrato que induz o encaixe, estabelecendo-se assim as condições necessárias para que a reação aconteça. Catarina Cruz BCM Santa’s Nightmare 2022/2023 Mas como é que com esta ligação se reúnem as condições necessárias para a catalisação? Qual acontece? Depende da reação. - enzima liga-se a dois substratos e só o facto de estes estarem mais próximos, faz com que a reação entre eles seja mais provável e assim seja catalisada - depois da ligação do substrato com a enzima, existem trocas de cargas positivas e negativas entre eles, de forma que a reação seja catalisada - a ligação do substrato com a enzima, leva a alterações conformacionais do substrato, o que leva a que a reação seja catalisada. Exemplo: Invertase ou Sacarase: 1. Enzima encontra-se livre; 2. Substrato (sucrose) liga-se à enzima; 3. Enzima altera a sua forma; 4. Substrato (sucrose) é convertido no produto (glucose e frutose), pois fica mais exposto à hidrólise; 5. Produto (frutose e glucose) é libertado Ativadores e Inibidores das enzimas: - Ativadores: fatores que aceleram a reação (mais produto formado por unidade de tempo) -> efeito alostérico positivo - Inibidores: fatores que retardam a reação Irreversíveis: destroem a enzima através de uma ligação covalente irreversível ao centro catalítico ou através da degradação de parte da enzima essencial à sua função Reversíveis: Competitivos: estruturalmente semelhantes ao substrato e competem com o mesmo pelo sítio ativo da enzima (o excesso de um deles favorece ou não a reação) Não competitivos: não se assemelham ao substrato, mas provocam uma distorção do sítio ativo da enzima, fazendo com que o mesmo seja inativado -> efeito alostérico negativo Cinética enzimática-> formulação matemática de reações catalisadas por enzimas Importante porque permite fazer previsões Catarina Cruz BCM Santa’s Nightmare 2022/2023 Para além disso, a curva gráfica permite ver se os inibidores presentes são competitivos ou não competitivos. Competitivos: não têm efeito no Vmáx mas também um maior Km. Já os não competitivos: não têm efeito no Km mas diminuem o Vmáx. Catarina Cruz BCM Santa’s Nightmare 2022/2023