Fisiologia Geral Profa Juliana do Valle

TRANSPORTE DE GASES (OXIGÊNIO E GÁS CARBÔNICO) NO ORG ANISMO

As trocas gasosas são fundamentais para a sobrevivência dos organismos vivos e adaptações no sistema respiratório visam favorecer esse processo. Em humanos e outros mamíferos, por exemplo, a moléculas de oxigênio e gás carbônico são trocadas entre o ar ambiente e o sangue, de forma passiva (difusão). Os gases deslocam-se pelo organismo transportados por um fluido circulante (sangue ou hemolinfa), que geralmente contém pigmentos respiratórios que tornam o transporte mais eficiente. Os pigmentos respiratórios são moléculas complexas, formadas por proteínas e íons metálicos, que lhes confere uma cor característica. Tais moléculas ligam-se aos gases para transporta-los e são consideradas boas transportadoras, pois se ligam a ele quando a quantidade do gás for elevada e se desprendem rapidamente se a quantidade do gás for baixa. Entre os vários pigmentos conhecidos, a hemoglobina (Hb) é a mais comum e a melhor estudada. Este é o pigmento típico dos vertebrados, embora possam ocorrer em anelídeos, nematóides, moluscos e artrópodes. Nos invertebrados, a Hb encontra-se dispersa no plasma, enquanto nos vertebrados se localiza nos glóbulos vermelhos (eritrócitos). Nos mamíferos os eritrócitos são células anucleadas e acredita-se que essas células percam o núcleo para poderem acomodar maior volume de pigmento respiratório.

Eritrócitos de rã.

Hemoglobina é um termo que corresponde a

uma classe de moléculas que têm em comum um grupo heme (ferroporfirina) ligado a uma porção protéica designada globina, diferente para cada espécie.

A Hb humana apresenta quatro cadeias

peptídicas, duas alfa e duas beta, ligadas a grupos heme. O oxigênio ou o dióxido de carbono podem se

ligar ao grupo heme. Assim, cada molécula pode transportar quatro moléculas de oxigénio.

Eritrócitos de mamíferos

Representação do grupo Heme da hemoglobina

A Hb humana tem grande afinidade por monóxido de carbono (cerca de 200 vezes superior á afinidade para o oxigênio), o que torna este gás muito perigoso, mesmo em baixas concentrações. A Hb saturada de monóxido de carbono designa-se carboxiemoglobina.

Representação da molécula de Hb

Fisiologia Geral Profa Juliana do Valle Há outros pigmentos respiratórios que podem diferir da Hb pelo metal, pelas cadeias polipeptídicas etc. Ex.: Mioglobina: encontrada no tecido muscular de vertebrados, incluindo humanos, confere coloração vermelho escuro a esse tecido. Tem estrutura semelhante à Hb, mas possui uma única cadeia polipeptídica. Hemocianina: segunda proteína transportadora de oxigênio mais comum na natureza é encontrada no sangue de muitos artrópodes e moluscos. Ao invés de ferro, contem íons cobre o que confere coloração azul quando ligada a oxigênio. Transporte de Oxigênio: O oxigênio é transportado pelo sangue sob duas formas:

• dissolvido no plasma – o O2 é pouco solúvel na água, portanto, apenas cerca de 2% são transportados por esta via;

• combinado com a hemoglobina – nos glóbulos vermelhos existem 280 milhões de moléculas de hemoglobina, cada uma podendo transportar quatro O2, ou seja cerca de 98% deste gás é transportado pela Hb até ás células. A ligação da primeira molécula de O2 á hemoglobina altera a sua conformação, facilitando a ligação das seguintes, ou seja, aumentando a sua afinidade para o O2. O mesmo acontece com a liberação de uma molécula de O2 que acelera a liberação das restantes. Por este motivo, a Hb é um transportador tão eficiente.

Quando o O2 está ligado a Hb ela passa a

ser chamada de oxiemoglobina (HbO2) e quando este está ausente designa-se desoxiemoglobina ou hemoglobina reduzida.

A formação de oxiemoglobina pode ser

representada pela reação a seguir. Como essa reação produz íons hidrogênio ela pode ser afetada pelo pH do sangue.

HbH+ + O2 ↔ HbO2 + H+

A) Se o pH do sangue ficar mais baixo do que o normal (ácido) o excesso de íons H+ no sangue forçará um deslocamento da reação acima para a esquerda. promovendo mais dissociação do que formação de HbO2. Dessa forma, o fornecimento de O2 para as células poderá ser prejudicado, já que uma quantidade menor de HbO2 será formada. B) Se o pH do sangue ficar mais alto do que o normal (alcalino) a redução nos níveis de íons H+ no

sangue forçará o deslocamento da reação acima para a direita, favorecendo a ligação de O2 com Hb e prejudicando a liberação de O2 das moléculas de Hb. Isso também prejudica o fornecimento de O2 para as células, pois durante trocas gasosas nos tecidos o O2 terá dificuldade em se desprender da Hb. Transporte do dióxido de carbono: O CO2 pode ser transportado no sangue de três modos principais:

• dissolvido no plasma – devido à baixa solubilidade em água deste gás, apenas 8% são transportados por esta via;

• combinado com a hemoglobina – uma

percentagem relativamente baixa, cerca de 11%, deste gás reage com a hemoglobina, formando a carbaminoemoglobina (HbCO2);

• como íon bicarbonato (HCO3-) – a maioria

das moléculas deslocam-se como este íon, cerca de 81%. Naturalmente este processo de reação com a água é lento, mas pode ser acelerado pela enzima dos glóbulos vermelhos anidrase carbônica. Quando a pCO2 é elevado, como nos tecidos, a reação produz ácido carbônico (H2CO3), que se ioniza em HCO3-. Após a sua rápida formação no interior dos glóbulos vermelhos, o íon difunde-se para o plasma, onde é transportado até aos pulmões. Aí as reações são revertidas e o CO2 é libertado para os alvéolos.

A forma mais comum de transportar CO2 pode

ser representada pela reação química abaixo. CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+ Como essa reação é uma grande produtora de íons H+ ela pode afetar o pH do sangue. Quando, por algum motivo, há uma elevação dos níveis de CO2 no organismo, há formação de mais íons H+ do que o normal. O acúmulo de íons H+ reduz o pH do sangue tornando-o ácido (acidose). A acidose pode inclusive afetar o transporte do O2. (ver A). Quando, por algum motivo, há uma redução dos níveis de CO2 no organismo, há formação de menos íons H+ do que o normal. A redução de íons H+ eleva o pH do sangue tornando-o alcalino (alcalose). A alcalose pode inclusive afetar o transporte do O2. (ver B).