Hemoglobina
A Hemoglobina é uma metaloproteína que contém ferro, presente nos glóbulos vermelhos (eritrócitos) e que permite o transporte de oxigénio pelo sistema circulatório.
A hemoglobina é um tetrâmero composto de dois tipos de cadeias de globina. Existem duas cadeias de cada tipo, sendo que um deles contém 141 aminoácidos e o outro contém 146 aminoácidos. Cada cadeia proteica está ligada a um grupo heme; estes possuem um íon de ferro no seu centro, que forma seis ligações coordenadas: quatro com átomos de azoto do grupo planar de porfirina, uma a um átomo de azoto da proteína e outras a uma molécula de oxigênio. É uma proteína alostérica, pois a ligação e a libertação do oxigénio é regulada por mudanças na estrutura provocadas pela própria ligação do oxigénio ao grupo heme. Esta proteína é quase esférica, tendo aproximadamente 55 Å de diâmetro e massa molecular de aproximadamente 64 000 Da, sendo que nos invertebrados pode variar de 23 600 Da em alguns equinodermes (Thyone sp) a 3 000 000 Da em alguns poliquetas (Arenicola sp e Serpula sp) (Schmidt-Nielsen, 1993).
Imagem: Jonatan Grijalva · BY-NC-SA · Openverse
A distribuição é feita através da interação do ferro da hemoglobina com o oxigênio do ar (O2, que pode ser inspirado ou absorvido, como na respiração cutânea) causando alteração na estrutura do tetrâmero, forma-se o complexo oxi-hemoglobina, ou hemoglobina oxigenada, representado pela notação HbO2 e tem como característica a cor vermelha brilhante. A alteração estrutural ocorre, pois ao ligar-se ao oxigênio, os contatos intermoleculares α1-β2 e α2-β1 se deslocam, alterando a estrutura quaternária.[carece de fontes?] Chegando às células do organismo, o oxigênio é libertado e o sangue arterial (vermelho) transforma-se em venoso (vermelho arroxeado). A hemoglobina livre pode ser reutilizada no transporte do dióxido de carbono - apesar de apenas 11% deste gás ser transportado por essa via - garantindo o equilíbrio ácido-base. A hemoglobina distribui o oxigênio para todas as partes do corpo irrigadas por vasos sanguíneos.
Oxihemoglobina e desoxihemoglobina
A oxi-hemoglobina HbO2 e a desoxi-hemoglobina são moléculas diferentes que absorvem e refletem luz de comprimentos diferentes, quando a oxi-hemoglobina transmite luz de comprimentos de onda do espectro vermelho, a desoxi-hemoglobina transmite luz de comprimento de onda do espectro infravermelho.
Ligação cooperativa (Cooperação)
A hemoglobina liga-se com eficiência ao oxigênio nos pulmões através da ligação cooperativa e libera-os nos tecidos. Esta eficiência ou afinidade depende do pH e da concentração de CO2 (tanto o íon H+ como o CO2 liberam o O2 ligado, e o inverso, O2 libera o H+ e CO2) Normalmente, uma proteína que se liga ao O2 com alta afinidade, e capta oxigênio de maneira eficiente nos pulmões, não o libera muito nos tecidos. Por sua vez, se a proteína se liga ao oxigênio com afinidade suficientemente baixa para liberá-lo nos tecidos, não o capta muito nos pulmões. A hemoglobina resolve esse problema passando por uma transição de um estado de baixa afinidade (o estado T) para um de alta afinidade (o estado R) à medida que mais moléculas de O2 vão sendo ligadas. A análise por raios X revelou duas conformações principais da hemoglobina: o estado R (relaxado) e o estado T (tenso). Embora o oxigênio se ligue à hemoglobina nos dois estados, ele tem muito mais afinidade pela proteína no estado R. A ligação do oxigênio estabiliza o estado R. Experimentalmente, quando o oxigênio não está presente, o estado T é mais estável, e é, assim, a conformação predominante da desoxiemoglobina.
Metemoglobina (metHb)
Geralmente, o ferro ligado ao heme permanece em seu estado ferroso (Fe2+) independentemente da ligação do oxigênio à molécula. A ligação do O2 ao ferro II leva a uma mudança eletrônica no átomo, partindo de uma orientação tetraédrica para uma octaédrica. No entanto, a oxidação do ferro a seu estado férrico (Fe3+) faz com que o átomo já esteja em sua orientação octaédrica, mesmo sem a ligação do oxigênio, com uma molécula de H2O ocupando a sexta posição de ligação. Por isso, hemoglobinas (Hb) e mioglobinas (Mb) que possuem hemes ligados a ferro III são incapazes (a princípio, temporariamente) de se ligar ao oxigênio. Hemoglobinas ou mioglobinas incapazes de transportar oxigênio são chamadas meta-hemoglobinas ou metemoglobinas (metHb) e metamioglobinas (metMb), respectivamente. Chamamos de metemoglobinemia o aumento da concentração de metHb nas hemácias. Para evitar danos e otimizar o transporte de oxigênio para os tecidos, os eritrócitos (ou hemácias) têm uma enzima chamada metemoglobina-redutase, que converte à forma ferrosa (Fe2+) a pequena quantidade de metHb que se forma espontaneamente.
Hemoglobinas mutantes
Existem mais de 1000 Hbs variantes, e mais de 90% destas resultam em substituições de um único aminoácido na cadeia polipeptídica da globina. A presença de Hb variantes que causam doenças podem ser chamadas de hemoglobinopatias. Existem diversos tipos de variações na hemoglobina, e, dependendo dos locais onde ocorrem, podem ser mais ou menos graves. As variações nas hemoglobinas que ocorrem por mudança de resíduos superficiais da molécula geralmente são inócuas, devido à falta de função específica de muitos deles (com exceção da anemia falciforme). Exemplo: HbE. Já mudanças em resíduos internos, com frequência desestabilizam a molécula de Hb. A anemia hemolítica, por exemplo, é causada por aumento da permeabilidade da membrana dos eritrócitos. Isso ocorre porque as Hb com resíduos internos desestabilizados são degradadas e formam precipitados, conhecidos como corpúsculos de Heinz, que aderem à membrana das hemácias, causando sua lise prematura.
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Alguns distúrbios hereditários afetam a hemoglobina, causando doenças chamadas de hemoglobinopatias, como por exemplo: anemia falciforme e talassemia.
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As hemoglobinas de animais mostram uma grande variedade de comportamentos funcionais decorrentes da gama de ajustes entre as necessidades fisiológicas e disponibilidade ambiental de oxigénio. Este aspecto adquire maior importância quando são analisados os grupos de animais que têm conquistado uma ampla variedade de nichos ecológicos, em particular os animais ectotérmicos, nos quais a temperatura ambiental influencia decisivamente no metabolismo e potencialmente nas propriedades de oxigenação (Smarra, 1997). Este é o caso dos répteis, entre os quais os ofídios por exemplo, ocupam desde o ambiente marinho até o desértico e apresentam hemoglobinas com comportamento peculiar entre vertebrados (Focesi, et al., 1992; Oyama, et al., 1993). A elevada afinidade das hemoglobinas de ofídios por ATP pode desempenhar um papel protetor contra mudanças significativas da afinidade por oxigénio (Bonilla, et al., 1994 a, b), devido à variação da temperatura ambiental.
