A
molécula de hemoglobina é estruturalmente composta
por duas globinas do tipo alfa e duas do tipo beta, compondo um
tetrâmero com formato globular (figura 3.14). As dimensões
espaciais do tetrâmero são as mesmas nas hemoglobinas
embrionárias (Gower-1, Gower-2 e Portland), e nas hemoglobinas
Fetal, A e A2, com diâmetro de aproximadamente 5,5nm configurando-lhes
um modelo globular e discretamente achatado. O peso molecular das
hemoglobinas humanas é próximo de 64.500 daltons,
com pequenas variações entre os diferentes tipos.
Todas as moléculas de hemoglobinas das fases embrionária,
fetal e pós-nascimento têm 574 aminoácidos,
dos quais 282 estão na composição das duas
globinas tipo alfa (141 aminoácidos por globina tipo alfa)
e 292 na composição das duas globinas tipo beta (146
aminoácidos por globina tipo beta). Os graus de semelhanças
estruturais, calculado com base na similaridade da composição
de aminoácidos entre os tipos de globina são variáveis
com maior identidade entre as globinas beta e delta (96% de semelhança),
seguida da beta e gama (71%), e com menores similitudes entre alfa
e beta (42%), e alfa e gama (39%). Essa identidade química
é possível ser explicada por meio da suposição
genética sobre a origem e evolução da hemoglobina,
apresentada no início desta página.
A estabilidade das moléculas de hemoglobinas,
quer sejam embrionárias, Fetal, A ou A2, é dependente
do arranjo estrutural que ocorre entre a composição
das globinas do tipo alfa com as do tipo beta. As estruturas tridimensionais
desses dois grupos de globinas são muito parecidas, apesar
de suas seqüências de aminoácidos serem diferentes,
conforme apresentado acima. A conformação globular
da molécula de hemoglobina se deve à extensa disposição
helicoidal dos polipeptídeos que compõe as globinas
dos tipos alfa e beta (figura 3.15), que representa 75% do total
da sua estrutura. Os trabalhos realizados por Perutz e Kendrew em
1959 utilizando o método de cristalografia de proteínas
por meio da difração de raio-X, mostraram algumas
particularidades físico-químicas da molécula
de hemoglobina definitiva ou adulta (Hb A). A Hb A possui um rearranjo
tetraédrico devido a conformação pareada de
duas globinas alfa (a 2) e duas
beta (b 2). Essa disposição
tetramérica a 2 b
2 somente é possível devido às ligações
físico-químicas de diferentes intensidades que possibilitam
a movimentação da molécula durante a oxigenação.
Para tornar mais fácil o entendimento dessas ligações
e das suas relações com a fisiologia da hemoglobina,
denominou-se o tetrâmero químico a
2 b 2 em a
1 a 2 / b
1 b 2 (figura 3.15), devido
aos contatos intermoleculares que ocorrem entre globinas alfa e
beta.
Pela disposição do tetrâmero
da hemoglobina observa-se que as globinas alfa e beta se situam
diagonalmente, de tal forma que os contatos entre os aminoácidos
da globina a 1 com a globina
b 2 (a
1 b 2) são iguais aos
que ocorrem entre as globinas a
2 b 1. Da mesma forma os contatos
intermoleculares entre a 1 b
1 são iguais aos a 2
b 2. Os contatos entre as globinas
a 1 b
2 e a 2 b
1 envolvem um total de 38 aminoácidos (6,6% do total de aminoácidos
da molécula). Esses contatos a1
b 2 e a
2 b 1, que se dispõe
na vertical do modelo molecular da figura 3.15, promovem movimentos
de deslizamento das globinas alfa e beta, fato que facilita a oxigenação
dos quatro grupos heme da molécula. Os contatos intermoleculares
entre as globinas a 1 b
1 e a 2 b
2 são mais extensos pois participam 68 aminoácidos
(11,8% do total de aminoácidos da molécula) que se
dispõe na horizontal do modelo molecular da figura 3.15.
Esses contatos a 1 b
1 e a 2 b
2 são os que mantém a integridade físico-química
do tetrâmero, dando-lhe estabilidade molecular. Os contatos
a 1 a
2 ocorrem somente na forma desoxigenada da hemoglobina, e tem influência
na interação entre os grupos heme, no efeito Bohr
e no transporte de CO2. Os contatos b
1 b 2 ocorrem nas formas oxi
e desoxigenadas, e são responsáveis pela acomodação
da molécula de 2,3 difosfoglicerato (2,3 DPG) durante a desoxigenação
da hemoglobina.
Os estudos seqüentes sobre a configuração
estrutural da molécula de hemoglobina demonstraram que as
globinas dos tipos alfa e beta tem duas regiões específicas,
a interna e a externa. As regiões internas são compostas
por aminoácidos não-polares e hidrofóbicos
localizados em 75% da molécula, incluindo os helicóides
e o grupo de aminoácidos que envolvem o grupo heme. As regiões
externas são bem menos extensas, pois compreendem apenas
25% do conteúdo molecular, e são formadas por aminoácidos
polares e hidrofílicos que se dispõe nas partes não
helicoidais da molécula, fazendo contato com a água.
A tabela 3.2 mostra os aminoácidos hidrofóbicos e
hidrofílicos.
|
Aminoácido |
Sigla |
Hidrofóbico |
pI |
Bases Nitrogenadas |
Glicina |
Gli |
Sim |
5,9 |
GGU-GGC-GGA-GGG |
Alanina |
Ala |
Sim |
6,0 |
GCU-GC-GCA-GCG |
Valina |
Val |
Sim |
5,9 |
GUU-GUC-GUA-GUG |
Leucina |
Leu |
Sim |
5,9 |
UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG |
Isoleucina |
Iso |
Sim |
6,0 |
AUU-AUC-AUA |
Prolina |
Pro |
Sim |
6,4 |
CCU-CCC-CCA-CCG |
Fenilalanina |
Fen |
Sim |
5,4 |
UUU-UUC |
Tirosina |
Tir |
Sim |
5,6 |
UAU-UAC |
Triptofano |
Trp |
Sim |
5,8 |
UGG |
Serina |
Ser |
Não |
5,6 |
UCU-UCC-UCA-UCG-AGU-AGC |
Treonina |
Tre |
Não |
5,8 |
ACU-ACC-ACA-ACG |
Cisteína |
Cis |
Não |
5,0 |
UGU-UGC |
Metionina |
Met |
Não |
5,7 |
AUG |
Asparagina |
Asn |
Não |
5,4 |
AAU-AAC |
Glutamina |
Gln |
Não |
5,6 |
CAA-VAG |
Aspartato |
Asp |
Não |
2,7 |
GUA-GAC |
Glutamato |
Glu |
Não |
3,2 |
GAA-GAG |
Lisina |
Lis |
Não |
9,7 |
AAA-AAG |
Arginina |
Arg |
Não |
10,7 |
CGU-CGC-CGA-CAG-AGA-AGG |
Histidina |
His |
Não |
7,5 |
CAU-CAC |
|