Orientador: Aldo Focesi Jr

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: Neste trabalho analisou-se e as propriedades funcionais intrínsecas de oxigenação e de oxidação das hemoglobinas, tetramérica de Clarias sp. peixe de respiração aérea, e dimérica de Liophis miliaris, serpente aquática, considerando-se a base molecular e termodinâmica de união com o ligante,...

Resumo: Neste trabalho analisou-se e as propriedades funcionais intrínsecas de oxigenação e de oxidação das hemoglobinas, tetramérica de Clarias sp. peixe de respiração aérea, e dimérica de Liophis miliaris, serpente aquática, considerando-se a base molecular e termodinâmica de união com o ligante, efeito Bohr e cooperatividade, e a relação estruturafunção-evolução As propriedades funcionais de oxigenação da hemoglobina de Clarias sp., de um componente eletroforético de migração anódica, mostraram alta afmidade pelo oxigênio (P50 de 4,5 torr), sem efeito Bohr e cooperativa. Com valores de n = 1,5 na forma "stripped" e efeito alostérico heterotrópico do ATP, com Kd 3 x 104 M-¹ em pH 7,6. O potencial redox revelou uma baixa energia livre intrínseca, DGo° de 2,0 Kcal morl -¹, menor do que a da hemoglobina humana e Hb I de truta, compatível com a alta afinidade pelo oxigênio e com instabilidade da estrutura quaternária, provavelmente devido a substituições do contato a1b2. Os valores de DG°, em função do pH, com uma transição T®R com pK próximo a pH 7,5, independente ao efeito Bohr e de fosfatos orgânicos, sugerem a ionização de uma histidina associada ao processo alostérico. Os valores de DG° do potencial redox da hemoglobina de Clarias sp. e de Liophis miliaris na presença de A TP em função do pH não foram modificados, não devendo contribuir energeticamente na transição quaternária. O efeito Bohr aparente ou de ânion observado deve-se à mudanças de interações eletrostáticas da união do ligante induzi das pelo pH e não ao efeito Bohr intrínseco. Os estudos de óxido-redução da hemoglobina de Liophis miliaris, dimérica na forma "stripped", mostraram mudanças conformacionais da estrutura terciária e ausência da transição quatemária T®R. Observou-se a tetramerização, cooperatividade e transição com pK próximo a 7,5 na presença de ATP, com , DG° próximo a 0,4 Kcal mol-¹, envolvem a ionização de uma ou mais histidinas da cadeia beta e a estabilização tetrâmero por interações eletrostáticas e/ou pontes salinas do contato a1b2 originadas por este efetor alostérico. O modelo dímero-tetrâmero proposto para Liophis miliaris não inclui a formas quatemárias intermediárias da forma T ou R, devido à ausência do contato a a1b2 na forma desoxigenada, seguindo o comportamento do modelo de MWC que envolve só um ajuste da estrutura terciária em ambos dímeros associados à cooperatividade. Estas propriedades funcionais, estruturais e termodinâmicas das hemoglobinas de vertebrados não mamíferos, de respiração aérea, refletiriam as características moleculares dos ancestrais dos primeiros vertebrados, hemoglobinas de alta afinidade pelo oxigênio, de baixa energia livre intrínseca, provavelmente devido a substituições específicas do contato a1b2

Abstract: The functional oxygenation and oxidation properties of tetrameric hemoglobin were analyzed for Clarias sp., an air breathing fish, and dimeric hemoglobin Liophis miliaris, a water snake, relating to the molecular and thermodynamic of the ligand binding, the Bohr effect and cooperativity....

Abstract: The functional oxygenation and oxidation properties of tetrameric hemoglobin were analyzed for Clarias sp., an air breathing fish, and dimeric hemoglobin Liophis miliaris, a water snake, relating to the molecular and thermodynamic of the ligand binding, the Bohr effect and cooperativity. The structure-function-evolution were considered in this hemoglobin. The oxygenation properties of Clarias sp. hemoglobin with one anodic electrophoretic component and two globin chains, showed high oxygen affinity, Pso of 4.5 torr, absence of Bohr effect, cooperativity n = 1,5 , in the stripped form, and an evident heterotropic allosteric effect for ATP, with Kd 3xl04 M-², at pH 7.6. The redox potentials showed a low intrinsic free energy DG° of 2.0 Kcal mol-¹, lower in relation to trout I and human hemoglobin. Consistent with the high oxygen affmity and instability of the quatemary structure, probably due to the substitutions at a1b2 interface. The free Gibbs energy value and the T ®R transition with pK dose to pH 7.5, independent of the Bohr and organic phosphate effects, suggest a histidine ionization associated with this allosteric processo The invariability of DG° redox potential values with pH in the presence of ATP, observed for Clarias sp. and Liophis miliaris hemoglobins, seems not to energetically contribute on the quatemary transition. The apparent Bohr effect or the anion effect could be attributed to the alteration in the electrostatic association of the ligand, induced by the pH, and not to the intrinsic Bohr effect. The oxidation-reduction studies of hemoglobins of Liophis miliaris dimeric in the stripped form showed conformational change in the tertiary structure and absence of the quaternary transition T ®R. The tetramerization, cooperativity and transition with pK close, to 7.5, in the presence of A TP, with DG° 0.4 Kcal mol-¹, suggest the ionization of histidine of the beta chain and stability of the tetramer by electrostatic interaction or salt bond contact a1b2, originated by this allosteric effect. The dimer-tetramer model proposed for Liophis miliaris does not include the quaternary intermediates forms of T or R, due to the absence of the contact a1b2 in the deoxygenated form, according to the model of MWC, which would be envolve one fitting of the tertiary structure in both dimers, associated at the cooperativity. These functional, structural and thermodynamic properties of hemoglobins of air breathing non-mammals, could reflect the molecular characteristics of the ancestral primitive vertebrates hemoglobins which high oxygen affmity, low intrinsic free energy an the specific substitutions at the a1b2 contact