O heme é um cofactor que consiste num ião ferroso contido no centro de um grande anel orgânico heterocíclico, denominado de porfirina, constituído por 4 grupos pirrólicos unidos por ligações metino. Os hemes são comummente conhecidos por fazerem parte da constituição da hemoglobina, mas também da mioglobina, citocromo, catalase, entre outros.
O grupo heme da mioglobina e hemoglobina
O heme é responsável pela cor vermelha característica dos glóbulos vermelhos e é o local onde cada monómero de globina se liga a uma molécula de O2 (as globinas são proteínas sem o grupo heme da hemoglobina (Hb) e da mioglobina (Mb)). A Mb e cada uma das quatro subunidades da Hb ligam-se de uma forma não covalente a um grupo heme. Nestas duas proteínas, o átomo de ferro encontra-se normalmente no estado de oxidação ferroso (Fe (II)), independentemente se o heme se encontra oxigenado ou não. O átomo de ferro na Mb e Hb desoxigenada efetua cinco ligações a cinco azotos, formando uma pirâmide quadrática: quatro ao anel de porfirina e uma à histidina próxima do anel. Quando a Mb e a Hb se encontram oxigenadas, o oxigénio liga-se ao ião ferroso no local oposto do ligando de histidina do anel de porfirina. A oxigenação altera o estado eletrónico do heme-Fe (II), tal como indica a mudança de cor do sangue.
Algumas pequenas moléculas, como o monóxido de carbono (CO), óxido nítrico (NO) e sulfeto de hidrogénio (H2S), coordenam com o ião ferroso da Hb ou da Mb, com uma maior afinidade do que o oxigénio. Esta evidência, juntamente com o facto de isto também acontecer com os citocromos, contribui para que estes gases sejam substâncias altamente tóxicas.
O Fe (II) da Hb ou Mb pode ser oxidado a Fe (III) para formar a metahemoglobina (metHb) ou metamioglobina (metMb). A metHb não se consegue ligar ao oxigénio, pois o seu Fe (III) já se encontra ligado a uma molécula de água. A cor acastanhada do sangue seco ou da carne velha deve-se à metHb e à metMb. Os eritrócitos contêm uma enzima, redutase da metemoglobina, que converte o Fe(III) da metMb a Fe (II).
O NO que é sintetizado em diversos tecidos funciona como molécula sinalizadora que tem o objetivo de induzir a vasodilatação. Assim que o NO efetua a sua ação sinalizadora é importante que seja rapidamente eliminado para prevenir a sua interferência com outras moléculas sinalizadoras. Para além disto, o NO é uma molécula reativa e tóxica. No músculo, a destoxificação do NO é conseguida provocando a sua reação com a Mb oxigenada, resultando de um ião nitrato e uma metMb. Da mesma forma, a destoxificação do NO presente no sangue é conduzida através da mediação da Hb oxigenada.
Alguns tipos de grupo heme:
– Heme a; é composto por uma porfirina ligada a um átomo de ferro que difere do heme b devido ao grupo metil da cadeia lateral da posição 8 do anel estar oxidado a um grupo formil e também por uma cadeia isoprenoide estar ligada a uma cadeia lateral vinil da posição 2 do heme tetrapirrole. O heme a está presente na oxidase do citocromo c.
– Heme b, também conhecido por protoheme IX; é o tipo de heme mais comum nas proteínas dos seres vivos, estando presente tanto na Hb como na Mb.
– Heme c; difere do heme b pelo facto de duas cadeias laterais vinil do heme b estarem substituídas por ligações tioéter à proteína.
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