A observação da hemoglobina cristalizada foi primeiramente reportada por Friedrich Hunefeld (1799 – 1882) em 1840 e por Edward Reichert e Amos Brown, que publicaram um atlas fotográfico de cristais de hemoglobina de centenas de espécies. A hemoglobina foi uma das primeiras proteínas a ter a sua massa molecular determinada, a primeira proteína a ser caracterizada por ultracentrifugação, a primeira a ser associada a uma função fisiológica específica e a primeira onde se demonstrou que uma mutação génica pontual pode provocar uma alteração de um aminoácido na sua estrutura proteica. A hemoglobina não é só um reservatório de oxigénio, é também um sistema complexo de entrega de oxigénio que fornece a quantidade necessária de oxigénio que os tecidos precisam para as suas funções metabólicas.
A hemoglobina é um heterotetramero, α2β2 (alternativamente, um dímero de protomeros αβ). As subunidades α e β são estruturalmente semelhantes com elas e também com a mioglobina, que é a proteína monomérica que se encontra no músculo e que também se liga ao oxigénio. A evolução dos organismos requereu o desenvolvimento de um sistema circulatório que transporta ativamente o O2 e os nutrientes para os tecidos. O sangue de organismos desenvolvidos precisam de um transportador de oxigénio como a hemoglobina porque a solubilidade do O2 no plasma sanguíneo é demasiado baixa para possuir suficiente oxigénio para as necessidades metabólicas. A hemoglobina consegue ligar-se no máximo a quatro moléculas de oxigénio. Para além deste gás, a hemoglobina também consegue transportar o dióxido de carbono e o óxido nítrico.
Estrutura da Hemoglobina
O tetrâmero da hemoglobina é uma molécula esférica com as dimensões de 64 x 55 x 50 Å. A estrutura terciária das subunidades α e β são bastantes semelhantes entre elas e também similares à mioglobina. No entanto, só partilham 18% dos resíduos de aminoácidos e não existe a hélice D na subunidade α da hemoglobina. As cadeias polipeptídeas da hemoglobina estão dispostas de uma forma que existem diversas interações entre as subunidades. O interface α1-β1 (e o seu equivalente simétrico α2-β1) é constituído por 35 resíduos, enquanto o interface α1-β2 (e α2-β1) envolve 19 resíduos. Estas interações são predominantemente hidrofóbicas, no entanto existem numerosas pontes de hidrogénio e algumas ligações iónicas. Por outro lado, interações entre subunidades similares (α1-α2 ou β1-β2) são reduzidas e as que existem são polares.
A oxigenação provoca uma grande mudança estrutural da estrutura quarternária da hemoglobina, fazendo com que a oxihemoglobina e a desoxihemoglobina tenham diferentes formas. A oxigenação induz a rotação do dímero α1β1 em 15oº relativamente ao dímero α2β2, fazendo com que alguns átomos do interface α1-β2 alterem a sua localização em 6 Å. A conformação quarternária da desoxihemoglobina é denominada de estado T (do inglês “tense”) e da oxihemoglobina de estado R (do inglês “relaxed”).
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