Bioinorgânica: O papel do ferro no meio biológico

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Luiz Felipe Alcântara

Michele Andrade

Sanderly Fiama

BIOINORGÂNICA: O PAPEL DE FERRO NO MEIO BIOLÓGICO

Ouro Preto

2018

INTRODUÇÃO:

 De cor prateada, o ferro, metal de transição pertencente ao grupo oito e quarto período da tabela periódica, é o metal traço mais importante presente nos seres humanos e o quarto elemento por ordem de abundância na superfície terrestre ficando atras apenas do oxigênio, silício e alumínio. Sua importância biológica está associada ao transporte de oxigênio no sangue por intermédio da hemoglobina e consequentemente à respiração celular. Os principais estados de oxidação desse metal são o Fe2+ e o Fe3+.

Um ser humano adulto com 70kg possui em média 4200mg de ferro presente em seu organismo, e como pode haver perda, por exemplo durante um sangramento, essa média deve ser mantida através de alimentos que contém ferro (HOUSECROFT; SHARPE, 2013). O ferro ingerido através de alimentos é absorvido pelas células da mucosa intestinal, e uma vez absorvido é armazenado nas células na forma de ferritina. Depois ele é liberado na forma de ferro (II) que é incorporado à transferrina e é transportado para todo o organismo.

PROTEÍNAS DE FERRO

Existem dois tipos de ferro que são absorvidos pelo organismo por meio da alimentação, o ferro hemo e o ferro não hemo. O ferro hemo é absorvido pelo consumo de carne e é de fácil absorção pelo corpo humano. Já o ferro não hemo é de origem vegetal e está presente em menor teor, sendo de absorção menos efetiva pelo organismo.

Atualmente um grande número de proteínas de ferro é conhecido, e a maioria delas tem sua função biológica identificada, e as mais importantes são o transporte de oxigênio, o transporte de elétrons e a catálise de reações redox.

Segundo Vallet et. al. (2003) a hemoglobina e a mioglobina são as proteínas hemo mais abundantes. A hemoglobina que se encontra nos glóbulos vermelhos transporta o oxigênio desde os pulmões para todas as células do organismo e facilita o transporte de CO2 no sentido inverso. Já a mioglobina está presente nas células dos músculos do coração e uma de suas funções é facilitar o transporte do oxigênio até as mitocôndrias.

A hemoglobina quando se liga ao Oxigênio, por meio de análises de raios-X, observaram que ela sofre mudança em sua estrutura. Os estados foram denominados como estado T e estado R, o Oxigênio se liga em ambos porém tem mais afinidade pela estrutura do estado R e o estabiliza e quando o Oxigênio não esta presente o estado T é mais estável e a conformação desoxiemoglobina é predominante. Quando o oxigênio se liga a proteína no estado T isso desencadeia uma mudança na conformação para o estado R (NELSON; COX, 2014).

Max Perutz propôs que a mudança na conformação de T para R é causada devido a mudanças de cadeias laterais dos aminoácidos-chave que circundam o Heme. No estado T a proteína porfirina é um pouco pregueada, isto faz com que o Ferro do heme projete-se um pouco para o lado da His-proximal (His F8). Quando o oxigênio se liga faz com que o heme assuma uma posição planar, deslocando a posição da His proximal e da hélice F ligada. Essas mudanças levam a ajustes nos pares iônicos (NELSON; COX, 2014). Abaixo segue a imagem:

FIGURA 1 – Mudanças de conformação próximas ao heme pela ligação do O2 à desoxiemoglobina.

[pic 1]

Fonte: (NELSON; COX, 2014)

A porfirina é de grande importância pois quando na presença do ferro formam um complexo ferroporfirina, chamado de grupo heme. Cada hemoglobina possui quatro grupos heme enquanto que a mioglobina possui apenas um.

FIGURA 2 - ferroporfirina

[pic 2]

                 Ambas as proteínas heme possuem como grupo proteico uma porfirina de ferro pentacoordenado de spin alto que se une à cadeia peptídica pelo íon metálico. As moléculas de oxigênio se coordenam ao metal de forma reversível, porém, o monóxido de carbono (CO) também pode formar uma ligação com o metal por ser um ligante mais forte que o oxigênio. Após formada a ligação, o oxigênio fica impedido de se ligar à hemoglobina, dessa forma, o oxigênio não é levado às céluas e estas acabam morrendo. O que explica o envenenamento por monóxido de carbono.  A seguir a imagem do diagrama dos orbitais moleculares.

     FIGURA 3– diagrama dos orbitais moleculares

[pic 3]

              A imagem abaixo traz a estrutura do grupo heme presente na hemoglobina.

FIGURA 4 – Grupo Heme

                     [pic 4]               NOX = 2

                                                                                                  NC = 6      

FUNÇÃO E CICLO DO FERRO NO ORGANISMO:

Como todo elemento essencial às células precisam de sistemas de armazenamento e transporte específico, com o ferro não seria diferente. No caso desse metal, existem as transferrinas e as ferritinas, que são as proteínas responsáveis pelo transporte e armazenamento do ferro, respectivamente. A transferrina forma um complexo com o ferro na presença de carbonato, e na ausência desse, a transferrina não tem afinidade com o metal e então o ferro não poderá ser transportado. Após a formação do complexo, o metal é transportado na forma de transferrina para os vasos sanguíneos até a posterior incorporação na hemoglobina. Nos seres humanos o ferro fica armazenado principalmente na medula óssea, no baço e no fígado, na forma de ferritina, e está presente também na musculatura, como mioglobina.