A hemoglobina , comumente simbolizado Hb , por vezes Hgb é um pigmento respiratório (família molecular de metaloproteínas , aqui contendo ferro ) presentes principalmente no sangue do vertebrado , nas suas células vermelhas do sangue e nos tecidos alguns dos invertebrados . Sua função é transportar oxigênio O 2do sistema respiratório ( pulmões , guelras ) para o resto do corpo . A quantidade de hemoglobina é um parâmetro medido durante um hemograma .
A hemoglobina libera oxigênio nos tecidos para a respiração celular aeróbia , que, por meio do metabolismo , fornece energia para os processos biológicos essenciais à vida.
No ser humano , a hemoglobina é uma proteína hetero - tetramérica formado a partir de cadeias de péptidos são idênticas duas a duas. A hemoglobina A (HbA) representa aproximadamente 95% das moléculas de hemoglobina em adultos, consistindo em duas cadeias α e duas cadeias β; há também uma hemoglobina A 2 (HbA 2 ) de fórmula α 2 δ 2, e uma hemoglobina F (HbF, fetal) de fórmula α 2 γ 2. Cada um dos quatro canais está associado a um grupo protético denominado heme e consiste em um cátion de ferro complexado com uma porfirina . A hemoglobina é, portanto, uma hemoproteína .
Em mamíferos , a hemoglobina constitui quase 96% da massa de matéria seca dos glóbulos vermelhos e cerca de 35% de seu conteúdo total, incluindo água. Cada molécula de hemoglobina pode ligar até quatro moléculas de oxigênio O 2, e a hemoglobina no sangue pode transportar 1,34 mL de O 2por grama de proteína, o que permite transportar 70 vezes mais oxigênio do que a quantidade de O 2dissolvido em sangue. A hemoglobina também está envolvida no transporte de outros gases além do oxigênio. Em particular, garante o transporte de parte do dióxido de carbono CO 2produzido pela respiração celular, e também transporta óxido nítrico NO, que desempenha um papel significativo na sinalização celular de certos processos fisiológicos , e que é liberado junto com o oxigênio após ser transportado em um grupo tiol da apoproteína .
a maior parte da hemoglobina é encontrada nos glóbulos vermelhos, que são produzidos pela medula óssea. No entanto, nem toda a hemoglobina está concentrada nos glóbulos vermelhos. É assim encontrado, por exemplo, em neurônios dopaminérgicos do grupo A9 da substância negra , em macrófagos , em células alveolares e, nos rins , em células de mesângio . Nestes tecidos, a hemoglobina desempenha um papel antioxidante e regulador do metabolismo do ferro .
A hemoglobina e várias moléculas relacionadas também estão presentes em um grande número de invertebrados, fungos e plantas . Nestes organismos, a função da hemoglobina é transportar oxigênio O 2, mas também pode atuar como um transportador e regulador de outras espécies químicas , como o dióxido de carbono CO 2, monóxido de nitrogênio NO, sulfeto de hidrogênio HS e ânion sulfeto S 2– . Uma variante da hemoglobina, chamada leghemoglobina , remove o oxigênio dos sistemas anaeróbicos , por exemplo, nódulos de Rhizobium em fabaceae , antes de inativá -los.
A hemoglobina tem uma estrutura quaternária característica de muitas proteínas com subunidades globulares . A maioria de seus resíduos de aminoácidos está envolvida em hélices α unidas por segmentos não helicoidais. As seções helicoidais são estabilizadas por ligações de hidrogênio que dão à proteína sua estrutura tridimensional característica, chamada de dobramento de globina , pois também é encontrada em outras globinas com um grupo heme protético , como a mioglobina . Este dobramento característico possui uma cavidade na qual está firmemente inserida uma molécula heme que constitui o grupo protético da proteína. A hemoglobina, portanto, contém uma molécula heme por subunidade.
Representação genérica de uma molécula de hemoglobina, mostrando as quatro subunidades, idênticas em pares, cada uma com uma molécula heme inserida em cavidades dentro das subunidades.
Na maioria dos vertebrados, a molécula de hemoglobina é um conjunto de quatro subunidades globulares em um arranjo quase tetraédrico . Essas subunidades são mantidas juntas por ligações de hidrogênio, por ligações iônicas e por efeito hidrofóbico . Em humanos adultos, o tipo mais comum de hemoglobina é a hemoglobina A, que consiste em duas subunidades α e duas subunidades β, cada uma composta por 141 e 146 resíduos de aminoácidos, respectivamente. Esta estrutura é simbolizada por α 2 β 2. Essas subunidades são estruturalmente muito semelhantes e têm aproximadamente o mesmo tamanho. Cada um tem um peso molecular de cerca de 16 kDa , ou 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) para a proteína de comprimento total. Em crianças, a principal hemoglobina é chamada hemoglobina F (fetal), de fórmula α 2 γ 2, as cadeias γ sendo gradualmente substituídas por cadeias β durante o crescimento.
O heme é composto de um cátion de ferro ( II ) coordenado a quatro átomos de nitrogênio de uma porfirina , um tetrapirrol, a molécula é plana. Este cátion Fe 2+ também está covalentemente ligado ao resíduo de histidina F8 da globina na qual o heme está inserido; esse resíduo, denominado histidina proximal , está localizado abaixo do plano do heme. Fe 2+ também pode se ligar reversivelmente por meio de uma ligação covalente coordenada a uma molécula de oxigênio O 2acima do plano heme, oposto à histidina proximal, completando a geometria de coordenação octaédrica de seis ligantes do cátion ferro ( II ) na oxihemoglobina; na ausência de oxigênio, na desoxihemoglobina, esse sexto local é ocupado por uma molécula de água de ligação muito fraca.
O ferro ferroso da desoxihemoglobina encontra-se em estado de spin alto , ou seja, seus cinco orbitais d são ocupados, principalmente por elétrons individuais, daí um raio iônico da ordem de 92 pm , enquanto que, na oxiemoglobina, o ferro ferroso está estado de spin baixo , ou seja, seus orbitais d são ocupados por seis pares de elétrons que são limitados aos três orbitais de energia mais baixa, portanto, um raio iônico de apenas 75 pm . Por esta razão, o íon Fe 2+ é deslocado cerca de 40 µm do plano do heme na desoxihemoglobina, mas apenas 10 µm na oxiemoglobina. Essa variação está na base da alternância entre a forma tensa e a forma relaxada da hemoglobina.
(pt) Diagrama esquemático da ligação de uma molécula de oxigênio O 2no heme , simbolizado aqui por uma linha grossa. Superóxido íon O 2• - resultante está ligado em um lado ao cátion de ferro ( III ) por uma ligação covalente coordenada e o outro lado à histidina distal. O cátion Fe ( II ) da desoxihemoglobina está no estado de spin alto e deslocado do plano heme em direção à histidina proximal, mas é trazido de volta a este plano passando para o estado de spin baixo pela ligação ao oxigênio 1., que muda a histidina proximal ao heme e promove a mudança do resto da proteína da forma tensionada (T) para a forma relaxada (R).
O cátion ferro pode estar no estado de oxidação +2 ou +3: neste último caso, estamos lidando com a metemoglobina , que se liga ao oxigênio de forma menos reversível do que a hemoglobina, e com menor afinidade. Na verdade, quando se liga ao heme ferroso, a molécula de oxigênio O 2tende a ser reduzido a íon superóxido O 2• - enquanto o cátion Fe 2+ tende a ser oxidado a Fe 3+ , um mecanismo que é revertido durante a liberação de oxigênio; em contraste, a ligação do oxigênio ao heme férrico é essencialmente irreversível e tende a bloquear a proteína forma R, que impede a liberação de oxigênio e inibe sua funcionalidade de transportador de oxigênio. O citocromo b 5 redutase , ou metemoglobina redutase, é a enzima que garante a redução da hemoglobina funcional da metemoglobina por redução do cátion Fe 3+ a Fe 2+ , tornando-se uma enzima essencial na manutenção das propriedades do sangue.
A hemoglobina desoxigenada (desoxiemoglobina) tem a chamada conformação T, ou tensa , enquanto a hemoglobina oxigenada (oxihemoglobina) tem a chamada R, ou conformação relaxada . A forma T tem baixa afinidade pelo oxigênio e, portanto, tende a liberá-lo, enquanto a forma R tem alta afinidade pelo oxigênio e tende a ligá-lo. Vários fatores favorecem uma ou outra dessas conformações. Assim, a forma T é favorecida por um baixo pH ( ácido ), uma alta concentração de CO 2e um alto nível de 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG), que promove a liberação de oxigênio conforme o sangue circula pelos tecidos , enquanto a forma R é favorecida por um pH alto, uma pressão parcial baixa de CO 2e baixo nível de 2,3-BPG, que promove a captação de oxigênio quando o sangue circula no nível dos alvéolos pulmonares .
Representação esquemática da troca da hemoglobina entre as formas T (desoxi) e R (oxi). Os movimentos do heme e da histidina proximal são claramente visíveis nas subunidades α 1 e β 2 .
Taxa de saturação de O 2hemoglobina em função da pressão parcial de O 2 ; às vezes chamada de curva de Barcroft , é sigmóide devido ao efeito cooperativo que acompanha a ligação do oxigênio à hemoglobina.
A troca entre a forma T e a forma R da hemoglobina é um mecanismo denominado mecanismo cooperativo , ou seja , alostérico , porque a ligação de uma molécula de oxigênio à forma T induz uma mudança conformacional que se propaga parcialmente para as subunidades adjacentes , cuja afinidade pelo oxigênio aumenta gradualmente à medida que outras moléculas de oxigênio se ligam à hemoglobina, até que toda a proteína assuma a conformação R; inversamente, a liberação de uma molécula de oxigênio da forma R induz uma mudança conformacional que se propaga parcialmente para as subunidades adjacentes, cuja afinidade pelo oxigênio diminui gradualmente à medida que a hemoglobina libera oxigênio, até que toda a proteína adote a conformação T. Esta é a razão pela qual o A curva de ligação do oxigênio à hemoglobina em função da pressão parcial de oxigênio tem a forma sigmóide , ao passo que seria hiperbólica na ausência de alosteria.
É comum representar graficamente a taxa de saturação da hemoglobina no oxigênio O 2representado no eixo y em função da pressão parcial de oxigênio O 2, dado na abcissa . Nessa representação, a curva é sigmóide e tende a deslizar para a esquerda quando a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio aumenta e para a direita quando ela diminui. A pressão parcial de oxigênio na qual a hemoglobina está 50% saturada com oxigênio é chamada de p 50 : quanto menor seu valor, maior a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. A título de orientação, o p50 da hemoglobina de um adulto saudável é tipicamente 3,5 kPa , frequentemente representado por 26,6 mmHg , enquanto o da mioglobina é tipicamente 130 Pa .
Vários fatores aumentam o p 50 e, portanto, deslizam esta curva para a direita:
Esses efeitos são reversíveis e a reversão da direção da variação desses fatores faz com que a curva deslize para a esquerda.
Além de oxigênio O 2, que se liga à hemoglobina em um chamado mecanismo cooperativo , essa proteína também transporta outros ligantes , alguns dos quais são inibidores competitivos , como o monóxido de carbono CO, e outros são ligantes alostéricos , como o dióxido de carbono CO 2e monóxido de nitrogênio NO. CO 2se liga reversivelmente a grupos amina na apoproteína para formar carbaminohemoglobina , que se acredita fornecer cerca de 10% do transporte de CO 2em mamíferos , o resto sendo transportado principalmente na forma de íons de bicarbonato de HCO 3- . O óxido nítrico se liga reversivelmente aos grupos tiol da apoproteína para formar um S- nitrosotiol . O transporte de óxido nítrico pode mediar indiretamente o transporte de oxigênio pela hemoglobina, agindo como um vasodilatador em tecidos onde a pressão parcial de oxigênio é baixa.
Inibidores por competição com oxigênioA ligação do oxigênio à hemoglobina é efetivamente bloqueada pelo monóxido de carbono CO, por exemplo, da fumaça do cigarro , escapamentos ou combustão incompleta por uma caldeira . O monóxido de carbono compete com o oxigênio no local de ligação deste último no heme. A afinidade da hemoglobina pelo monóxido de carbono é cerca de 230 vezes a da hemoglobina pelo oxigênio, então pequenas quantidades de monóxido de carbono são suficientes para reduzir significativamente a oxigenação da hemoglobina durante a hematose e, portanto, a capacidade do sangue de oxigenar o corpo. A hipóxia que resulta da exposição contínua a 0,16% de CO no ar causa tontura , náusea , cefaléia e taquicardia em 20 minutos e leva à morte em duas horas; 1,28% de CO no ar causa inconsciência após apenas duas a três respirações e morte em menos de três minutos. Quando combinada com o monóxido de carbono, a hemoglobina é uma proteína chamada carboxihemoglobina cuja cor vermelha muito brilhante tende a colorir a pele de rosa de vítimas que morreram de envenenamento por monóxido de carbono , que de outra forma teriam a pele pálida ou azulada.
Da mesma forma, as exibições de hemoglobina, no seu local de ligação de oxigénio, um de afinidade competitivo para o cianeto de iões CN - , monóxido de enxofre SO, e sulfureto de iões S 2- , como com o sulfureto de hidrogénio H 2 S. Estes se ligam ao cátion de ferro do heme sem modificar seu estado de oxidação, mas, no entanto, inibem a ligação do oxigênio ao heme, daí sua alta toxicidade.
Ligantes de hemoglobina alostéricaO dióxido de carbono CO 2liga-se mais facilmente à desoxihemoglobina, o que facilita sua eliminação do corpo. Isso é chamado de efeito Haldane .
Além disso, CO 2dissolvido no sangue é convertido em ânion bicarbonato HCO 3- por anidrase carbônica , dependendo da reação:
CO 2+ H 2 S→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Conclui-se que o sangue rico em CO 2também é mais ácido , ou seja, seu pH é reduzido pelo efeito do ácido carbônico . A ligação de prótons H + e moléculas de CO 2a hemoglobina induz uma mudança conformacional que favorece a forma T e, portanto, a liberação de oxigênio. Os prótons se ligam a diferentes locais na hemoglobina, enquanto o dióxido de carbono se liga aos grupos α- amino para formar a carbaminohemoglobina . A diminuição da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio na presença de CO 2e o pH ácido é chamado de efeito Bohr .
Pessoas aclimatadas a grandes altitudes têm um nível sanguíneo aumentado de 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Este último é um efetor heteroalostérico que tem o efeito de reduzir a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio ao estabilizar a forma T: sob uma pressão parcial de oxigênio mais baixa do que no nível do mar, uma queda na afinidade da hemoglobina pelo oxigênio tem o efeito de aumentar o eficiência geral do transporte de oxigênio pela hemoglobina. Mais geralmente, um aumento no nível de 2,3-BPG é observado quando a pressão parcial de oxigênio diminui nos tecidos periféricos, por exemplo, no caso de hipoxemia , doença respiratória crônica, anemia ou mesmo insuficiência cardíaca . Por outro lado , o nível de 2,3-BPG diminui no caso de choque séptico e hipofosfatemia (in) .
A biossíntese da hemoglobina envolve um conjunto complexo de etapas. O heme é proveniente de uma série de reações que se iniciam na mitocôndria e continuam no citosol dos eritrócitos imaturos, enquanto a apoproteína é produzida no citosol dos ribossomos . A produção de hemoglobina ocorre nos estágios iniciais da eritropoiese , desde o estágio de pró - eritroblasto até o estágio de reticulócitos na medula óssea . É aqui que os eritrócitos de mamíferos perdem seu núcleo , enquanto o núcleo permanece nos eritrócitos de pássaros e de muitas outras espécies . A biossíntese da apoproteína, entretanto, continua após a perda do núcleo, pois resta do RNA mensageiro na célula, que pode ser traduzido pelos ribossomos do citosol até a ativação do eritrócito no aparelho cardiovascular .
Em vertebrados , os eritrócitos que atingiram o fim de sua vida devido à senescência ou deterioração são removidos do sangue por fagocitose por macrófagos no baço e no fígado . No caso de hemólise na corrente sanguínea , a hemoglobina liga-se à haptoglobina , enquanto o heme livre é ligado à hemopexina , o que limita o efeito oxidativo. A hemoglobina não completamente degradada ou liberada em grandes quantidades pelos glóbulos vermelhos danificados pode obstruir os vasos sanguíneos , como os capilares dos rins , o que pode causar doença renal . A hemoglobina liberada é eliminada do sangue pela proteína CD163 , que é expressa exclusivamente em monócitos e macrófagos. A hemoglobina é quebrada nessas células e o ferro heme é reciclado, enquanto uma molécula de monóxido de carbono é liberada por molécula heme degradada: a quebra do heme é um dos poucos processos naturais. Produzindo monóxido de carbono no corpo humano e é responsável pela presença de CO no sangue de pessoas que respiram até o ar mais puro. Esse processo forma a biliverdina e depois a bilirrubina , que é de cor amarela. Insolúvel, é liberado pelos macrófagos no plasma sanguíneo , onde se liga à albumina sérica , que a transporta para os hepatócitos . Este último o solubiliza por conjugação com ácido glucurônico e o secretam nos intestinos com a bile . Os intestinos metabolizam a bilirrubina em urobilinogênio , que é excretado nas fezes como estercobilina e também na urina . Quando a bilirrubina não pode ser excretada, sua concentração no sangue aumenta e é eliminada principalmente pela urina, que escurece enquanto as fezes perdem a cor.
O ferro produzido pela degradação do heme é armazenado nas ferritinas dos tecidos e transportado no plasma sanguíneo por β-globulinas como as transferrinas .
As moléculas de hemoglobina consistem em subunidades do tipo globina, cuja sequência difere dependendo da espécie . Existem também variantes de hemoglobinas dentro da mesma espécie, embora uma dessas variantes seja geralmente predominante sobre as outras. Em humanos , a forma predominante de hemoglobina é chamada de hemoglobina A; é codificado pelos genes HBA1 , HBA2 e HBB localizados no cromossomo 16 para os dois primeiros e no cromossomo 11 para o último.
É geralmente aceito que a diferença entre hemoglobina e mioglobina é subsequente à separação dos gnatostomos ( vertebrados até a mandíbula ) da lampreia . A mioglobina tem sido direcionada para o armazenamento de oxigênio, enquanto a hemoglobina é especializada no transporte de oxigênio. As subunidades da proteína são codificadas por genes do tipo α e β globina . Os predecessores desses genes surgiram durante uma duplicação ocorrida após o surgimento dos gnatóstomos, há cerca de 450 a 500 milhões de anos. O surgimento dos genes α e β abriu caminho para a polimerização dessas globinas e, portanto, para a formação de uma proteína maior composta por subunidades distintas. O fato de a hemoglobina ser uma proteína polimérica é a base do mecanismo alostérico que está, notadamente, na base da natureza cooperativa da ligação do oxigênio à hemoglobina. O gene α foi subsequentemente submetido a uma segunda duplicação que conduz à formação dos hba1 e HbA2 genes . Essas múltiplas duplicações e divergências criaram todo um conjunto de genes relacionados às globinas α e β, cuja regulação leva a que se expressem em diferentes estágios de desenvolvimento.
Alinhamento das sequências das cadeias α, β e δ da hemoglobina humana (fonte UniProt ).
As mutações dos genes da hemoglobina podem levar a variantes da hemoglobina. A maioria dessas variantes é funcional e não tem efeito sobre a saúde. Algumas mutações na hemoglobina, por outro lado, podem causar doenças genéticas chamadas hemoglobinopatias . A mais conhecida dessas condições é a anemia falciforme , que foi a primeira doença humana cujo mecanismo foi elucidado em nível molecular. As talassemias são outro grupo de hemoglobinopatias envolvendo uma alteração da regulação gênica do componente globina da hemoglobina. Todas essas doenças resultam em anemia .
Alterar a sequência de aminoácidos da hemoglobina pode ser adaptativo. Foi assim possível mostrar que a hemoglobina se adapta à queda da pressão parcial de oxigênio observada em grandes altitudes. A hemoglobina deve então ser capaz de se ligar ao oxigênio a uma pressão mais baixa, o que pode ser manifestado por uma mudança na sequência no nível de aminoácidos envolvidos na afinidade da hemoglobina pelo oxigênio., Como foi observado, por exemplo, em beija-flores de Cordilheira dos Andes : assim, em espécies do gênero Oreotrochilus , no colibri Castelneau , no inca violifera ou mesmo no colibri gigante , essas mutações reduzem a afinidade da hemoglobina pelo ácido fítico , que nessas aves desempenha o mesmo papel que 2, 3-bisfospoglicerato em humanos; esta diminuição da afinidade tem o efeito de aumentar a eficiência do transporte de oxigênio quando a pressão parcial deste é reduzida.
A adaptação da hemoglobina a grandes altitudes também afeta os humanos. Assim, identificamos um grupo de mulheres tibetanas cujo genótipo codifica uma hemoglobina cuja afinidade pelo oxigênio aumenta com pressão parcial baixa. Isso tem o efeito de reduzir a mortalidade infantil sob essas condições extremas, o que oferece uma vantagem seletiva favorecendo os indivíduos portadores dessas mutações de hemoglobina.
Em adultos, a principal variante da hemoglobina é a hemoglobina A , ou HbA , de fórmula α 2 β 2, que é responsável por mais de 97% da hemoglobina total de um adulto saudável. A outra variante da hemoglobina adulta é a hemoglobina A 2 , ou HbA 2 , com a fórmula α 2 δ 2, que representa entre 1,5% e 3,1% da hemoglobina total de um adulto saudável, mas cuja proporção aumenta em pacientes com anemia falciforme . Além dessas variantes adultas saudáveis, há uma dúzia de outras variantes da hemoglobina humana, que são encontradas em embriões , fetos ou pacientes com uma ou mais formas de hemoglobinopatia .
Quatro tipos de hemoglobina embrionária são conhecidos em humanos :
A hemoglobina embrionária às vezes é simbolizada por Hbε, que não deve ser confundida com hemoglobina E, denotada por HbE, que é uma variante patológica de HbA apresentando uma mutação deletéria nas subunidades β, denotadas β E (o "E" neste caso se refere a o resíduo de glutamato modificado por mutação ).
A hemoglobina fetal HbF de fórmula α 2 γ 2, substitui a hemoglobina embrionária após 10 a 12 semanas de desenvolvimento. Constitui até 95% do sangue do recém - nascido e é gradualmente substituído pela hemoglobina HbA adulta a partir do sexto mês após o nascimento; no entanto, permanece presente em vestígios em adultos, onde não excede 1% de todas as variantes de hemoglobina detectáveis. Ela permanece em crianças produzidas durante certa talassemia particular, às vezes até os cinco anos de idade, e uma condição rara chamada persistência hereditária do distúrbio da hemoglobina fetal (en) ( HPFH ) resulta na produção de HbF em vez de HbA além do período normal. Além disso, a produção de HbF pode ser reativada em adultos em um ambiente terapêutico para tratar a anemia falciforme .
A hemoglobina fetal é caracterizada por uma maior afinidade pelo oxigênio do que a hemoglobina adulta, o que permite ao feto se oxigenar do sangue da mãe: na verdade, o p 50 de HbF é de aproximadamente 19 mmHg ( 2,6 kPa ), em comparação com 26,8 mmHg ( 3,6 kPa ) para HbA. Essa diferença na afinidade pelo oxigênio resulta de uma diferença na afinidade por um dos efetores alostéricos da hemoglobina: 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG), cuja ligação com a hemoglobina tem o efeito de estabilizar a forma T desta proteína, que corresponde à desoxihemoglobina, que reduz a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. No caso da hemoglobina fetal, a subunidade γ tem um resíduo de serina na posição 143, onde uma subunidade β HbA tem um resíduo de histidina : esta posição está localizada no local de ligação 2,3-BPG, e a substituição de um A histidina, cuja cadeia lateral carrega uma carga elétrica positiva, por uma serina eletricamente neutra, enfraquece a interação do 2,3-BPG com a hemoglobina, porque o 2,3-BPG é uma pequena molécula que carrega cinco cargas elétricas negativas.
As talassemias são caracterizadas pela produção insuficiente de um dos dois tipos de subunidades da hemoglobina adulta. Assim, é feita uma distinção entre a talassemia α , que é bastante rara, na qual as subunidades α são insuficientemente produzidas, e a talassemia β , a mais comum, na qual são as subunidades β que são insuficientemente produzidas. O primeiro leva à formação de tetrâmeros de β-globina chamados hemoglobina H , de fórmula β 4, que são bastante instáveis. Os homozigotos α 0 geralmente não sobrevivem por muito tempo após o nascimento devido a uma profunda alteração da hemoglobina fetal HbF, dando nessas condições hemoglobina de Barts , da fórmula γ 4.
As principais mutações na hemoglobina são:
Existe uma grande variedade de proteínas em plantas e animais que se ligam ao oxigênio para armazenamento ou transporte. As bactérias , os protozoários e os fungos também têm proteínas relacionadas com a hemoglobina que, por sua função conhecida ou prevista, se ligam a ligantes gasosos de forma reversível. Além do transporte e detecção de oxigênio, essas proteínas podem intervir para remover o oxigênio do meio que se acredita permanecer anaeróbico , como também é o caso da leghemoglobina .
Uma vez que muitas dessas proteínas são feitas de globinas e heme , elas são freqüentemente chamadas de "hemoglobina", embora sua estrutura geral seja muito diferente da hemoglobina de vertebrados . Em particular, a distinção entre mioglobina e hemoglobina é freqüentemente impossível nos animais mais simples na ausência de músculos nestes últimos, enquanto o sistema circulatório da maioria dos insetos não está envolvido na difusão de oxigênio através do corpo. Vários artrópodes ( aranhas , escorpiões , alguns crustáceos ) usam o buraco da fechadura , que é um heme livre contendo cobre, mas usando cátions de cobre diretamente coordenados com resíduos de histidina , mas esta proteína não é homóloga à hemoglobina.
A estrutura das hemoglobinas é muito variável dependendo da espécie considerada. Freqüentemente, é mono-globina em bactérias, protozoários, algas e plantas , enquanto muitos nematóides , moluscos e crustáceos têm proteínas muito grandes contendo um número muito maior de subunidades do que nos vertebrados. Os fungos e anelídeos, em particular, possuem hemoglobinas quiméricas contendo globinas e outros tipos de proteínas. Assim, o sem-fim tubo gigante das fontes hidrotermais contém uma variedade de hemoglobina compreendendo não menos do que 144 subunidades de globina, cada um associado com um grupo heme, cujo papel é o de captura de oxigénio ó 2e sulfeto de hidrogênio H 2 Snecessário para bactérias que vivem em simbiose com ele, bem como dióxido de carbono CO 2necessário para o anabolismo do verme. Essas estruturas são notáveis por poderem transportar oxigênio na presença de íons sulfeto e transportar esses íons sem serem envenenados por eles, como o são as hemoglobinas de outras espécies.
Entre as proteínas além da hemoglobina capazes de se ligar ao oxigênio, as seguintes moléculas podem ser retidas:
Na medicina, vários termos se referem à hemoglobina:
Como muitas proteínas, as cadeias de hemoglobina apresentam várias mutações que na maioria das vezes não têm impacto clínico. Mais de 500 hemoglobinas anormais foram identificadas. Certas mutações (Hb Köln, Indianapolis, etc.) causam instabilidade do tetrâmero precipitante no corpo de Heinz , ou metemoglobinemia (hemoglobina M).
Às vezes, essa mutação causa uma afinidade anormal por oxigênio, ou seja, como Hb Hope, uma diminuição na afinidade com um P50 alto dando uma anemia bem tolerada e cianose em repouso, o esforço e a altitude sendo mal suportados., Ou, como Hb Chesapeake, Malmö ou Olympia, um aumento da afinidade com um P50 reduzido e uma policitemia compensatória levando a manifestações clínicas a partir de uma certa idade.
Outros podem ser responsáveis pela hemólise crônica, HbS (por mutação da glutamina em valina que causará a polimerização da Hb), HbC ou piorar no estado heterozigoto outra hemoglobinopatia, HbO Arab, HbD Punjab ou Hb Lepore, ou β-talassemia, HbE.
Finalmente, o dano genético pode estar relacionado não à estrutura primária da proteína, mas a um defeito quantitativo em sua síntese ou a uma persistência anormalmente alta de hemoglobina HbF fetal.
Defeitos de síntese ou anomalia molecular são descritos sob os nomes de:
Os primeiros estudos de hemoglobina foram levados para o XIX th século na Alemanha . Descoberta em 1840 por Hünefeld, a hemoglobina foi cristalizada em 1851 por Otto Funke (en) , e foi Felix Hoppe-Seyler quem demonstrou a fixação reversível de oxigênio nesta proteína em 1866. A natureza tetramérica e o peso molecular da hemoglobina foram estabelecidos por Gilbert Smithson Adair (en) em 1925 medindo a pressão osmótica das soluções de hemoglobina, que também identificou as bases do efeito cooperativo da ligação do oxigênio a essa proteína pela alosteria .
A estrutura tridimensional da hemoglobina foi estabelecida por Max Perutz em 1959 por cristalografia de raios X , o que o levou a compartilhar o Prêmio Nobel de Química de 1962 com John Kendrew , que realizou um trabalho semelhante sobre a mioglobina .
Em 2005, o artista Julian Voss-Andreae criou a escultura Coração de Aço (Hemoglobina) , modelada na espinha dorsal da proteína. A escultura é feita de vidro e aço Corten . A aparência enferrujada da obra é intencional e evoca a reação química fundamental da ligação do oxigênio ao ferro contido na hemoglobina.
O artista de Montreal Nicolas Baier criou a escultura Luster (hemoglobina) , uma escultura de aço inoxidável polido que mostra a estrutura da molécula de hemoglobina. A escultura está localizada no átrio do centro de pesquisa do Centro de Saúde da Universidade McGill em Montreal. O tamanho da escultura é de aproximadamente 10 metros por 10 metros por 10 metros.
" O Prêmio Nobel de Química de 1962 foi concedido em conjunto a Max Ferdinand Perutz e John Cowdery Kendrew" por seus estudos das estruturas das proteínas globulares " . "