Transporte de Gases (O2 e CO2)

Fisiologia Geral

Profa Juliana do Valle

TRANSPORTE DE GASES (OXIGÊNIO E GÁS CARBÔNICO) NO ORGANISMO 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.

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.

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

Representação da molécula de Hb

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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.

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: •

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

•

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).