Proteínas e Enzimas

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Amanda Lima - Turma XXVII
Bioquímica
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA MEDICINA
PROTEÍNAS (pp.)
Capítulo 3 - Princípios de
Bioquímica de Lehninger
Introdução:
● macromoléculas + importantes do
organismo;
● Estruturas complexas com
inúmeras funções;
● Peptídeos (ligações peptídicas);
● 100 ou + resíduos [perda de H2O
durante ligação] de AA.
● Algumas proteínas contêm outros
grupos químicos além dos
aminoácidos (grupo prostético)
Funções:
1. Dinâmicas: transporte, defesa,
catálise de reações, controle de
metabolis e contrações musculares;
2. Estruturais: sustentação estrutural
da célula e dos tecidos (colágeno e
elastina)
EXEMPLOS:
Bioluminescência - lusciferina +
luciferase (ATP);
Transporte de gases - hemoglobina
(eritrócitos);
Nutrição do leite - caseína;
Locomoção - cílios (paramécios);
Teia de aranha - fibroína (estrutural);
Defesa da planta - ricina;
Regulação do ciclo celular - P-53.
Aminoácidos (AA):
● Unidades estruturais básicas das
proteínas.
● Há quase 300 AA na natureza,
porém 20 fazem parte das pp.
● Hidrólise completa pode liberar
praticamente todos os AA.
● Determinam a estrutura 3D e as
propriedade biológicas da pp.
(espécie e ordem)
● Além desses 20 AA, muitos outros
desempenham funções no
organismo.
Estrutura química:
● Em todos os aminoácidos comuns,
exceto na glicina, o carbono α está
ligado a quatro grupos diferentes:
um grupo carboxila, um grupo
amino, um grupo R e um átomo de
H.
- Isomeria óptica: todos são quirais,
menos a glicina (R=H).
Apresentam 2 isõmeros ópticos [L
(levo-esquerda) ou D
(destro-direita), posição do grupo
amino];
- obs.: célula fábrica somente
L, para que a pp. tenha uma
estrutura final previsível.
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Classificação:
Podem ser classificados pelo grupo R
(polaridade e interação com ´H@O em pH
biológico)
Apolar (8)
R= C+H (alquila);
Hidrofóbicos;
alanina, valina,
leucina, prolina (anel
imino), isoleucina,
fenilalanina e
triptofano (anel
aromático), metionina
(R c/S).
Polar não
carregado(7)
R=hidroxilas/sulfidrila
s/amidas;
Hidrofílicos;
glicina (+simples),
serina e treonina (R
alcóolica), cisteína (R
sulfidrila), tirosina (R
fenol), asparagina (R
amida), derivado do
aspartato), glutamina
(R amida, derivado do
glutamato)
Polar + (3)
Diamino e
monocarboxílicos;
lisina, arginina e
histidina.
Polar - (2)
Monoamino e
dicarboxílicos;
àcido aspártico e
ácido glutâmico
(ionização do
aspartato e do
glutamato)
● O que diferencia as proteínas é o
nº, a sequência e a natureza desses
AA.
● Outros aminoácidos, menos
comuns, também ocorrem, tanto
como constituintes de proteínas
(pela modificação de resíduos de
aminoácidos comuns após a síntese
proteica) quanto como metabólitos
livres.
● Os aminoácidos variam em suas
propriedades ácido básicas e têm
curvas de titulação características.
Ligação peptídica:
● Quando o número de aminoácidos
que se ligam dessa maneira é
pequeno, a estrutura é chamada de
oligopeptídeo. Quando o número
de aminoácidos que se ligam for
maior, o produto é chamado de
polipeptídeo. As proteínas podem
ter milhares de resíduos de
aminoácidos. Embora algumas
vezes os termos “proteína” e
“polipeptídeo” sejam usados de
maneira intercambiável, as
moléculas chamadas de
polipeptídeos têm massas
moleculares abaixo de 10.000, e as
chamadas de proteínas têm
massas moleculares mais
elevadas.
● 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).
● Proteínas simples produzem, por
hidrólise, apenas aminoácidos.
Proteínas conjugadas contêm, além
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dos aminoácidos, outros
componentes, como um metal ou
um grupo prostético.
CLASSIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS:
Composição
● simples: somente AA:
● conjugadas: AA + grupo prostético
EXEMPLOS DE CONJUGADAS:
Metaloproteínas;
Hemeproteínas: ferro + grupo porfirina
(mioglobina e hemoglobina);
Lipoproteínas;
Glicoproteínas.
* Algumas proteínas contêm mais de um
grupo prostético. Normalmente, o grupo
prostético desempenha um papel
importante na função biológica da
proteína.
Nº de cadeias:
● Monoméricas: 1 cadeia
polipeptídica;
● Oligoméricas: +1 cadeia
polipeptídica <100 (estrutura e
funções + complexas);
Forma
● Fibrosas: estrutura espacial +
simples (estruturais: teia de aranha
- FIBROÍNA)
● Globulares: estrutura espacial +
complexas, 3D (dinâmicas)
ESTRUTURAS:
1. Primária:
● sequência de AA. c/ ligações
peptídicas (esqueleto covalente da
molécula);
● + simples e + importante (define
todo o arranjo espacial);
● amino terminal (+H3N) →
Carboxyl terminal (COO-);
● Varia em nº, sequência e natureza
de AA.
2. Secundária:
● Arranjo espacial de AA próximos
na sequência primária;
● último nível para pp. fibrosas;
● ocorre pela rotação dos C∝’s com
amina e carboxila;
○ Regular: Ângulo ligante dos
C∝’s e seus ligantes são
iguais e se repetem
(∝-hélice e Folha-β - 50%
das proteínas secundárias
são uma mistura dos dois)
● ∝-hélice
○ Hélice em espiral (3,6
resíduos/volta)
○ cadeias laterais ( R )
distribuem-se p/ fora da
hélice (evita impedimento
estérico - diminuição da
velocidade das reações
químicas devido ao volume
dos grupos ligados ao
centro da reação)
○ estabilizados por ligação de
H (fraca, porém numerosa).
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● Folha-β
○ envolve 2 ou + segmentos
da mesma ou de diferentes
moléculas, arranjando-os
em paralelo ou no sentido
anti-paralelo;
○ folha de papel dobrada em
pregas;
○ estabilizada por ligações de
H.
○ amino → Carbox
○ Carbox ← amino
3. Terciária:
● Arranjo especial de AA. distantes
entre si na sequência polipeptídica;
● “como se enrola”
● pp. globulares + complexas
estrutural e funcionalmente.
(enzimas: proteínas ↑velocidade de
catálise)
● Possuem relevo no exterior
(saliências - sítios de interação);
● estabilizadas por:
○ resíduos de prolina:
interrompem estrutura
secundária, causam dobras,
joelhos
○ impedimento estérico:
cadeias laterais grandes que
precisam acomodar-se;
○ pontes dissulfeto: ligação
covalente radicais sulfidrila
de resíduos de cisteína,
formam CISTINA.
○ Ligações de H;
○ Interações hidrofóbicas: R
apolar no interior, foge da
H2O;
○ interações iônicas: R’s
com cargas opostas se
atraem.
4. Quaternária:
● Apenas em pp. oligoméricas;
● + de 1 cadeia polipept. no espaço
(subunidades da molécula);
● Subunidades podem atuar de forma
independente ou cooperativamente
no desempenho da função
bioquímica da proteína
● Estabilizadas por:
○ Forças covalentes;
○ Pontes dissulfeto;
○ Lig. não covalentes;
○ Lig. de H;
○ Interações hidrofóbicas
exemplo: hemoglobina - tetramérica
Desnaturação de proteínas:
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,
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as proteínas desnaturadas existem como
um conjunto de estados parcialmente
enovelados.
Agentes desnaturantes: detergente
(anfifílico - interrompe interações
estabilizadora), urea (faz ligação de
hidrogênio).
Renaturação de proteínas:
Certas proteínas globulares desnaturadas
por temperatura, extremos de pH ou
agentes desnaturantes reassumem suas
estruturas nativas e suas atividades
biológicas se forem colocadas novamente
nas condições nas quais a conformação
nativa é estável. Esse processo é chamado
de renaturação.
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● Explica como proteínas
citoplasmáticas vão para o núcleo,
já que, enoveladas, não passariam
pelos poros.
EXEMPLOS IMPORTANTES:
Insulina: no início +100 AA, processamento
diminui as cadeias (51) e o arranjo ∝-hélice e
estabilizados por 2 lig. de sulfeto entre cadeias
(quartenária). [pp. que funciona como hormônio
regulador da glicemia]
Filamentos de actina e miosina: sofrem
mudança conformacional p/ ativação e
contração muscular.
Imunoglobina (IGM)
ENZIMAS
Capítulo 6 - Princípios de
Bioquímica de LehningerComponentes de uma reação enzimática:
Substrato + enzima + cofator (ás vezes)
● cofator= componente químico
adicional requerido para o
desenvolvimento da enzima
○ inorgânico: Fe, Mn e Zn
○ orgânico: coenzima
(derivados de vitaminas).
● apoenzima (parte proteica)
+coenzima= holoenzima;
● Algumas enzimas são modificadas
covalentemente por fosforilação,
glicosilação ou outros processos.
Muitas dessas modificações estão
envolvidas na regulação da
atividade enzimática;
● Geralmente, a apoenzima aparece
ligada covalente a um cofator, o
grupo prostético.
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● Proteínas globulares: superfícies
com saliências.
○ região que se liga ao
substrato = sítio ativo;
○ algumas são oligoméricas
quartenárias;
● A propriedade característica das
reações catalisadas por enzimas é
que a reação acontece confinada
em um bolsão da enzima,
denominado sítio ativo. A
molécula que se liga no sítio ativo
e sobre a qual a enzima age é
denominada substrato.
● A função do catalisador é
aumentar a velocidade da reação.
A catálise não afeta o equilíbrio
da reação.
Mecanismos para acelerar reações:
1. Catálise Àcido-Base: ocorre com
a participação de AA com cadeias
laterais ionizáveis, capazes de doar
ou liberar prótons durante a
catálise. A histidina, a cisteína, a
tirosina e os AA ácidos são
importantes nestes processos.
2. Torção do substrato: depende da
torção do substrato induzida pela
ligação do mesmo com o sítio de
lig. da enzima, alcançando o estado
de transição e estimulando sua
conversão em produto.
3. Catálise covalente: resulta do
ataque nucleofílico ou eletrofílico
de um radical do sítio catalítico
sobre o substrato, ligando-o
covalentemente à enzima e
induzindo a sua transformação em
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produto. Envolve com frequência a
participação de coenzimas.
4. Efeito de diminuição da
entropia: As enzimas ajudam no
posicionamento e na definição da
estequiometria correta da reação,
facilitando-a.
- Constante de Michaelis-Menten:
mede afinidade da enzima pelo
substrato.
Temperatura e pH
● As enzimas proteicas
desnaturam-se com aumento da
temperatura;
● pH ótimo: faixa de pH em que a
atividade é máxima, depende:
a) dos grupos funcionais dos
AA do centro ativo;
b) da ionização dos grupos
funcionais dos AA fora do
centro ativo;
c) da ionização do cofator
quando este for ionizável
EXEMPLOS:
Pepsina - pH ótimo = 1,5
Hidrolisa certas ligações peptídicas de
proteínas na digestão
Atividade enzimática pode ser bloqueada
por:
INIBIDOR ( ↓ ): provoca alteração na
conformação da enzima e
consequentemente sua desativação.
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● Inibição Competitiva: inibidor
compete com substrato no sítio
ativo (depende da afinidade e da
concentração de inibidor/substrato)
● Inibição incompetitiva: há outro
sítio na enzima; inibidor se liga
mesmo depois do ES, o que
diminui a velocidade catalítica ou
impede catálise.
Enzimas alostéricas:
Tem no mínimo 2 sítios (catalítico e
regulatório).
● Maiores e + complexas;
● reguladas por ligação não
covalente do modulador: negativo
(inibidor), positivo (estimulador);
● enzimas reguladas
covalentemente não são chamadas
alostéricas. Ex.: fosforilase do
glicogênio.