Aminoácidos, proteinas e enzimas

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Sandy Vanessa Medicina o8 – UFPE CAA 
 
 
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• Células produzem proteínas com propriedades e 
atividades diferentes a partir da ligação de 20 
aminoácidos, em sequencias e combinações diferentes. 
 
• Monômeros dos peptídeos e proteínas. 
 
• Todos os 20 tipos de aminoácidos comuns são α-
aminoácidos, tendo um grupo carboxila e um grupo 
amino ligados ao carbono α. Assim, eles diferem uns 
dos outros quanto à cadeia lateral, ou grupos R, que 
varia em estrutura, tamanho e carga elétrica, afetando 
a solubilidade dos aminoácidos em água. 
 
• Exceto na glicina, cujo radical é um hidrogênio, o átomo 
de carbono α atua como um centro quiral. 
✓ Os resíduos de aminoácidos presentes nas 
proteínas são sempre isômeros L. 
 
• Conforme suas propriedades químicas, podem ser 
separados em 5 classes principais: 
✓ Classificação baseada na polaridade. 
✓ Vai de amplamente apolar a altamente polar. 
✓ Alguns AA são mais difíceis de classificar ou não se 
encaixam perfeitamente em nenhum grupo, 
principalmente glicina, histidina e cisteína. 
 
• Grupos R apolares 
✓ As cadeias laterais de alanina, valina, leucina e 
isoleucina tendem a se agrupar no interior das 
proteínas, estabilizando a estrutura proteica por 
meio de interações hidrofóbicas. 
✓ A metionina tem um grupo tioéter ligeiramente 
apolar em sua cadeia lateral. 
✓ Grupos R aromáticos Fenilalanina, tirosina e 
triptofano, com cadeias laterais aromáticas, são 
relativamente apolares. 
 
 
• Grupos R polares, não carregados 
✓ Mais solúveis em água 
✓ Contêm grupos funcionais que formam ligações 
de hidrogênio com a água. 
✓ Inclui serina, treonina, cisteína, asparagina e 
glutamina. 
✓ Os grupos hidroxila da serina e da treonina e os 
grupos amida da asparagina e da glutamina 
contribuem para as suas polaridades. 
{Aminoácidos, Proteínas e Enzimas} 
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✓ A cisteína é um caso isolado porque a sua 
polaridade, devida ao grupo sulfidrila, é 
relativamente pequena. 
 
• Grupos R carregados positivamente (básicos) 
✓ Os aminoácidos que possuem grupos R com uma 
carga positiva significativa em pH 7,0 são a lisina, 
com um segundo grupo amino primário na 
posição e na sua cadeia alifática; a arginina, com 
um grupo guanidínio positivamente carregado; e 
a histidina, com um grupo aromático imidazol. 
✓ Como o único aminoácido comum que tem uma 
cadeia lateral ionizável com pK. próximo da 
neutralidade, o resíduo de histidina pode estar 
positivamente carregado (forma protonada) ou 
não carregado em pH 7,0. 
✓ Resíduos de Histidina facilitam muitas reações 
catalisadas por enzimas, funcionando como 
doadores/aceptores de prótons. 
 
 
• Grupos R carregados negativamente (ácidos) 
✓ Carga negativa líquida em pH 7,0. 
✓ Aspartato e o glutamato, cada um dos quais tem 
um segundo grupo carboxila. 
 
• Aminoácidos incomuns também têm funções 
importantes 
✓ A 4-hidroxiprolina e a 5-hidroxilisina, são 
encontradas no colágeno. 
✓ A 6-N-metil-lisina é um constituinte da miosina. 
✓ O γ-carboxiglutamato é encontrado na protrombina 
e em algumas outras proteínas que se ligam ao Ca2+ 
como parte de suas funções biológicas. 
✓ A ornitina e a citrulina são intermediários-chave na 
biossíntese de arginina e no ciclo da ureia. 
 
• Os grupos amino e carboxila dos amínoácidos, em 
conjunto com os grupos ionizáveis R de alguns 
aminoácidos, funcionam como ácidos e bases fracos. 
Assim, quando um aminoácido sem um grupo R 
ionizável é dissolvido em água em pH neutro, ele 
permanece na solução como um íon bipolar, ou 
zwitteríon, que pode agir como ácido ou base. 
 
• Os AA têm curvas de titulação características 
 
• Curvas de titulação predizem a carga elétrica dos AA → 
O pH característico, no qual a carga elétrica líquida é 
zero, é denominado ponto ou pH isoelétrico, sendo 
designidado por pI. 
 
• As propriedades compartilhadas entre muitos 
aminoácidos permitem fazer algumas generalizações 
simplificadas sobre os respectivos comportamentos 
acidobásicos, como, por exemplo, que todos os 
aminoácidos com apenas um grupo α-amino, apenas 
um grupo α-carboxila e um grupo R não ionizável têm 
curvas de titulação semelhantes à da glicina. 
 
 
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• Formadas por aminoácidos unidos por ligação 
peptídica. 
✓ Reação de condensação. 
✓ O resíduo de aminoácido na extremidade com um 
grupo α-amino livre é chamado de resíduo 
aminoterminal (ou N-terminal); o resíduo na outra 
extremidade, que tem um grupo carboxila livre, é 
o resíduo carboxiterminal (C-terminal). → Se 
ionizam do mesmo modo que nos aminoácidos 
livres. 
✓ Os grupos R conferem as propriedades 
acidobásicas no meio das moléculas. 
 
 
• Possuem curva de titulação e pH isoelétrico 
característicos. 
 
• Algumas proteínas são constituídas por apenas uma 
única cadeia polipeptídica, porém outras, chamadas de 
proteínas de multisubunidade, têm dois ou mais 
polipeptídeos associados de modo não covalente. As 
cadeias polipeptídicas individuais em uma proteína 
multisubunidade podem ser idênticas ou diferentes. Se 
pelo menos duas são idênticas, a proteína é chamada 
de oligomérica, e as unidades idênticas (consistindo em 
uma ou mais cadeias polipeptídicas) são chamadas de 
protômeros. 
 
• Muitas proteínas contêm apenas resíduos de 
aminoácidos e nenhum outro constituinte químico, 
sendo consideradas proteínas simples. Entretanto, 
algumas contêm, além dos aminoácidos, componentes 
químicos permanentemente associados, sendo 
chamadas de proteínas conjugadas. A parte de uma 
proteína conjugada que não é aminoácido 
normalmente é chamada de grupo prostético, 
desempenhando um papel biológico importante. 
 
• A descrição de todas as ligações covalentes 
(principalmente ligações peptídicas e ligações 
dissulfeto) ligando resíduos de aminoácidos em uma 
cadeia polipeptídica é a estrutura primária. A estrutura 
secundária refere-se a arranjos particularmente 
estáveis de resíduos de aminoácidos dando origem a 
padrões estruturais recorrentes. A estrutura terciária 
descreve todos os aspectos do enovelamento 
tridimensional de um polipeptídeo. Quando uma 
proteína tem duas ou mais subunidades polipeptídicas, 
seus arranjos no espaço são chamados de estrutura 
quaternária. 
 
• Cada tipo de proteína possui uma sequência de AA 
única que resulta em uma estrutura tridimensional 
específica que a confere uma função específica. 
✓ Permite a identificação de funções, localização 
celular e evolução. 
 
• O arranjo dos átomos de uma proteína, ou qualquer 
uma de suas partes, no espaço é chamado de 
conformação. As conformações existentes, em geral, 
são as termodinamicamente mais estáveis. 
 
• Proteínas enoveladas, em qualquer uma das suas 
conformações funcionais, são chamadas de proteínas 
nativas. 
 
• No contexto da estrutura de proteínas, o termo 
estabilidade pode ser definido como a tendência de 
manter a conformação nativa. 
 
• Para todas as proteínas de todos os organismos, as 
interações fracas são extremamente importantes para 
o enovelamento das cadeias polipeptídicas em suas 
estruturas secundárias e terciárias. A associação de 
vários polipeptídeos para formar estruturas 
quaternárias também tem como base essas interações 
fracas. 
 
• O termo estrutura secundária refere-se a qualquer 
segmento de uma cadeia polipeptídica e descreve o 
arranjo espacial dos átomos na cadeia principal, sem 
considerar a posição das cadeias laterais ou a relação 
com outros segmentos. Ocorre uma estrutura 
secundária regular quando cada ângulo diedro 
permanece o mesmo por todo o segmento. Existem 
alguns tipos de estruturas secundárias que são 
particularmenteestáveis e ocorrem extensamente em 
proteínas. As mais conhecidas são as α-hélices, mais 
comuns, e as conformações β. Cada estrutura é 
determinada pelos tipos de interação que vão existir 
entre os grupos R da cadeia. 
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• O arranjo tridimensional total de todos os átomos de 
uma proteína é chamado de estrutura terciária. Assim, 
inclui aspectos de longo alcance da sequência de AA, de 
certo eu encontram-se distantes mas acabam 
interagindo entre si. 
 
• Algumas proteínas contêm duas ou mais cadeias 
polipeptídicas distintas, ou subunidades, que podem 
ser idênticas ou diferentes. O arranjo dessas 
subunidades proteicas em complexos tridimensionais 
constitui a estrutura quaternária, podendo ser 
divididas em 2 grupos: proteínas fibrosas, com cadeias 
polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou 
folhas, e proteínas globulares, com cadeias 
polipeptídicas enoveladas em forma esférica ou 
globular. 
 
• As proteínas fibrosas compartilham propriedades que 
dão força e/ou flexibilidade às estruturas as quais 
fazem parte. Assim, todas são insolúveis em água. 
Pode-se citar a queratina e o colágeno como exemplos. 
 
• Em uma proteína globular, segmentos diferentes das 
cadeias polipeptídicas (ou de múltiplas cadeias 
polipeptídicas) se dobram uns sobre os outros, gerando 
uma forma mais compacta do que a observada nas 
proteínas fibrosas. O enovelamento também garante a 
diversidade estrutural necessária para que as proteínas 
possam realizar um grande leque de funções biológicas. 
Proteínas globulares incluem enzimas, proteínas 
transportadoras, proteínas motoras, proteínas 
reguladoras, imunoglobulinas e proteínas com muitas 
outras funções. 
 
• A manutenção permanente de um conjunto de 
proteínas necessárias para a célula em um 
determinado conjunto de condições é chamada de 
proteostase. 
✓ Necessita do funcionamento coordenado das vias 
de síntese, enovelamento de proteínas, sequestro 
e degradação. 
 
• Uma perda na estrutura tridimensional que seja 
suficiente para causar a perda de função é chamada de 
desnaturação. O estado desnaturado não 
necessariamente corresponde ao desdobramento 
completo da proteína e à randomização da 
conformação. Na maioria das condições, as proteínas 
desnaturadas existem como um conjunto de estados 
parcialmente enovelados. 
✓ A maioria das proteínas pode ser desnaturada 
pelo calor, que tem efeitos complexos nas muitas 
interações fracas da proteína (principalmente 
sobre as ligações de hidrogênio). 
✓ Também podem ser desnaturadas por pH 
extremos, por certos solventes orgânicos 
miscíveis, como álcool ou acetona, por certos 
solutos, como ureia e hidrocloreto de guanidina, 
ou por detergentes. Cada um desses agentes 
desnaturantes representa um tratamento 
relativamente brando, já que nenhuma ligação 
covalente da cadeia polipeptídica é rompida. 
✓ Solventes orgânicos, ureia e detergentes agem 
principalmente perturbando a agregação 
hidrofóbica das cadeias laterais de aminoácidos 
apoiares que estabiliza o núcleo globular das 
proteínas. A ureia também desfaz ligações de 
hidrogênio, e extremos de pH alteram a carga 
líquida das proteínas, provocando repulsão 
eletrostática e desfazendo ligações de hidrogênio. 
As estruturas desnaturadas resultantes desses 
vários tratamentos não são, necessariamente, as 
mesmas. 
✓ A desnaturação geralmente leva à precipitação da 
proteína, uma consequência da formação de 
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agregados proteicos pela exposição de superfícies 
hidrofóbicas que então se associam. 
 
• Nem todas as proteínas se enovelam 
espontaneamente à medida que são sintetizadas 
dentro da célula. O enovelamento de muitas proteínas 
necessita de chaperonas, proteínas que interagem com 
polipeptídeos parcialmente enovelados ou enovelados 
de forma incorreta e que facilitam os mecanismos de 
enovelamento correto ou possibilitam um 
microambiente adequado para ocorrer o 
enovelamento. Vários tipos de chaperonas moleculares 
foram encontrados em organismos, sendo as 2 
principais a da Hsp70 e as chaperoninas. 
 
 
• As proteínas destinadas à secreção iniciam o 
enovelamento no retículo endoplasmático. Quando 
ocorrem condições de estresse ou quando a síntese 
proteica ameaça sobrecarregar a capacidade de 
enovelamento proteico do RE, pode ocorrer o acúmulo 
de proteínas desenoveladas. Essas condições disparam 
a resposta a proteínas não enoveladas, conjunto de 
reguladores transcricionais que alinha os vários 
sistemas por aumentar a concentração de chaperonas 
no RE ou por diminuir a taxa global de síntese proteica, 
ou ambos. Os agregados amiloides que se formam 
antes que a UPR entre em ação podem ser removidos. 
Alguns são degradados por autofagia. Nesse processo, 
os agregados são primeiro encapsulados em uma 
membrana e, então, o conteúdo da vesícula resultante 
é degradado após fusão da vesícula com um lisossomo 
citosólico. De modo alternativo, as proteínas 
erroneamente enoveladas podem ser degradadas por 
um sistema de proteases, denomínado sistema 
ubiquitina-proteassomo. 
 
• Funções das proteínas 
✓ Ligação ao oxigênio → globinas – mioglobina e 
hemoglobina. 
Obs: a hemoglobina também transporta prótons de 
hidrogênio e gás carbônico. 
✓ Sistema imune → imunoglobulinas 
✓ Contração muscular → actina, miosina. 
✓ Proteína SPIKES → covid-19 → ancoragem do 
vírus nos receptores das células pulmonares. 
✓ Citocinas → interleucinas, fatores de necrose 
tumoral, interferon. 
✓ IAM → troponinas. 
✓ Câncer → BRCA-1. BRCA-2, PSA. 
 
 
• Catalisadores biológicos. → Alteram a velocidade da 
reação, mas não alteram o seu equilíbrio. 
✓ As interações fracas entre a enzima e o seu 
substrato são otimizadas no estado de 
transição 
 
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• Maioria proteica 
 
• Classificadas de acordo com as reações que catalisam. 
 
• Cinética enzimática 
✓ Influenciada pela concentração do substrato. 
✓ Utilizada para comparar a atividade de enzimas 
✓ Algumas enzimas podem catalisar reações com 
dois ou mais substratos 
✓ Dependente de pH → desnaturação 
✓ Interferida por inibidores que podem ser 
reversíveis ou não → importante na farmacologia. 
 
• Enzimas regulatórias 
✓ Sua atividade catalítica aumenta ou diminui em 
resposta a determinados sinais. 
✓ Ajustes na velocidade das reações catalisadas por 
enzimas regulatórias e, portanto, ajustes na 
velocidade da sequência metabólica inteira 
permitem que as células atendam às necessidades 
de energia e das biomoléculas de que precisam 
para crescerem e se manterem. 
✓ As atividades das enzimas regulatórias são 
moduladas de várias maneiras. → Enzimas 
alostéricas agem por meio de ligações reversíveis 
e não covalentes com compostos regulatórios, 
denominados moduladores alostéricos ou 
efetores alostéricos, que geralmente são 
metabólitos pequenos ou cofatores. Outras 
enzimas são reguladas por modificações 
covalentes reversíveis. Ambas as classes de 
enzimas regulatórias tendem a ser proteínas que 
possuem subunidades múltiplas e, em alguns 
casos, o(s) sítio(s) regulatório(s) e o sítio ativo se 
encontram em subunidades separadas. Os 
sistemas metabólicos têm ao menos dois outros 
mecanismos de regulação enzimática. 
✓ Sofrem mudanças conformacionais em resposta à 
ligação de moduladores.