SDE3895 FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA -QUÍMICA DE PROTEÍNAS

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Química de 
PROTEÍNAS 
FUNDAMENTOS EM ENZIMOLOGIA 
 AMINOÁCIDOS: São os 
componentes estruturais 
das proteínas. 
 Proteínas são as macromoléculas mais abundantes 
nas células vivas. 
Estrutura dos aminoácidos 
 Eles diferem nas estruturas de 
suas cadeias laterais (grupos R). 
 Os 20 aminoácidos-padrão são conhecidos como -
aminoácidos – grupo amino (NH2) e um grupo carboxílico 
(COOH). 
Ligação peptídica 
 As proteínas são moléculas formadas por até 
milhares de aminoácidos unidos por ligações 
peptídicas (ligações covalente que ocorre entre a 
carboxila de uma aminoácido de o grupo animo do 
outro) com perda de uma molécula de água. 
Ligação peptídica 
www.search.com/reference/Amino_acid 
http://www.search.com/reference/Amino_acid
• Quimicamente, são proteínas globulares 
constituídas de longas cadeias de aminoácidos 
unidas por ligações peptídicas. 
 
ENZIMAS 
Componentes dos peptídios 
• Espinha dorsal - formada pela união dos aminoácidos  
presença da ligação peptídica 
• Grupamento N-terminal (NH2 livre) 
 C- terminal (COOH livre) 
• Resíduos de aminoácidos 
• Radicais dos aminoácidos  ligados a espinha 
dorsal 
• Radicais são responsáveis pelas propriedades dos 
peptídios. 
 O 
ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
 
 
• Estrutura Primária: 
- Mais simples e mais importante, pois dele deriva 
todo o arranjo espacial da molécula. 
- É somente a sequência dos aminoácidos, sem se 
preocupar com a orientação espacial. 
• Estrutura Secundária 
 
- Rotação das ligações entre os carbonos dos 
aminoácidos de seus grupamentos amina e carboxila. 
 Alfa-hélice: 
 
- forma mais comum; 
- hélice em espiral - as 
cadeias laterais dos se 
distribuem para fora da 
hélice; 
- ponte H. 
• Estrutura Secundária 
a) -hélice 
b) Folha beta () ou folha pregueada 
 
- Arranjados em paralelo ou no sentido anti-
paralelo. 
Estrutura Terciária 
 
- Resulta do enrolamento da hélice ou da 
folha pregueada. 
upload.wikimedia.org/.../250px-Pilin-2pil.png 
-hélice 
Folha- 
Estrutura Terciária 
Estrutura Terciária – refere ao arranjo espacial da 
cadeia polipeptídica (dobramento ou formação de 
laços), com ou sem estrutura secundária. 
 
Na estabilização da estrutura terciária e na 
determinação da conformação de uma proteína 
entram forças de natureza diversas: 
 
• Ligações dissulfeto (covalente) entre dois 
resíduos de Cis; 
Estrutura Terciária 
• Ligações salinas ou interações eletrostáticas – 
mais fortes das ligações polares, porém mais 
fracas que as covalentes; 
• Ligações ou pontes de H; 
• Interações dipolares; 
• Interações hidrofóbicas ou Van der Waals – 
são as mais baixas de todas as forças 
estruturais e a distância de interação é a maior. 
Além das forças de atração, existem as 
forças de repulsão, importantes no balanço à 
estabilização. 
Estrutura Terciária 
 
- Estabilizada por pontes de hidrogênio e pontes de 
dissulfetos. 
http://4.bp.blogspot.com/_eQ56GSerF-s/SkNXF0EHwCI/AAAAAAAABAQ/zOEU8ERUWfE/s1600-h/estrutura-terciaria-proteina.jpg
Estrutura Terciária 
 - Têm sequências de aminoácidos diferentes, 
refletindo estruturas e funções diferentes, 
 
- Forças fracas, podem ser facilmente quebradas – 
desnaturação. 
Estrutura Terciária 
A quimotripsina é uma enzima digestiva, que cliva 
ligações peptíticas. 
• Estrutura quaternária 
 
- Possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. 
- A estrutura tridimensional destas é a estrutura 
quaternária. 
- Ex: hemoglobina - sua estrutura é formada por 
quatro cadeias polipeptídicas. 
• Estrutura quaternária 
 A maioria das proteínas globulares são 
formadas por mais de uma unidade estrutural; 
cada unidade estrutural pode conter um ou mais 
polipeptídeos, cada um apresentando seu próprio 
grau de estruturação (primário, secundário, 
terciário). 
 Estas subunidades estruturais se ligam entre si 
através de ligações não covalentes. A este grau 
de estruturação das proteínas dá-se o nome de 
estrutura quaternária 
Estreita relação entre a estrutura da enzima e sua 
função: 
• São altamente específicas 
• Somente certos substratos sofrem sua ação e 
unicamente um tipo de reação ocorre, sem reações 
colaterais ou produtos derivados, 
• Se sua estrutura mudar – não catalisa mais aquele 
substrato. 
Como isso ocorre? 
 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Estrutural e Contrátil - participam como matéria-
prima na construção de estruturas celulares e 
histológicas. 
 
Ex: O colágeno - encontrada nos ossos, tendões, 
cartilagens e na pele; a queratina é encontrada 
na pele, unhas e cabelo, possui propriedades 
impermeabilizantes que dificultam a perda de 
água pelos animais; a albumina- presente em 
abundância no plasma sanguíneo; as proteínas 
miofibrilares “actina e miosina” (músculo). 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Função Hormonal – Muitos hormônios são, 
na verdade, proteínas especializadas na função 
de estimular ou inibir a atividade de 
determinados órgãos, sendo portando reguladores 
do metabolismo. 
Ex: O hormônio pancreático insulina que, 
lançado no sangue, contribui para a manutenção 
da taxa de glicemia. 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Transporte – Muitas proteínas são 
transportadoras de nutrientes e metabólitos 
entre fluidos e tecidos; de uma forma geral, 
transportam ativamente substâncias. 
A hemoglobina é uma proteína que transporta 
oxigênio dos alvéolos para os tecidos e gás 
carbônico dos tecidos para os pulmões. 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Função de Defesa - Em nosso sistema 
imunológico, existem células especializadas na 
identificação de proteínas presentes nos 
organismos invasores, que serão consideradas 
"estranhas". 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Função de Defesa 
 
 Estas proteínas invasoras denominam-se antígenos 
e promovem a produção de proteínas de defesa, 
nos plasmócitos, denominadas anticorpos que 
combinam-se quimicamente aos antígenos com o 
objetivo de neutralizá-los (há especificidade entre 
antígeno e anticorpo, ou seja, um anticorpo só 
neutralizará o antígeno que estimulou a sua 
formação). 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Função Nutritiva – Qualquer proteína exerce 
esta função, enquanto não for tóxica. 
 
Todos os alimentos ricos em proteína, como 
as carnes em geral, são fontes naturais de 
aminoácidos indispensáveis aos seres vivos para a 
produção de outras proteínas. 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 
 Função Reguladora - Esta função é 
desempenhada por um grupo especial de 
proteínas denominadas vitaminas. 
 
As células dos vegetais clorofilados e certos 
microorganismos, como bactérias, têm a 
capacidade de produzirem vitaminas. 
 
Nos animais se dá através do processo de nutrição. 
Cada vitamina tem um papel biológico próprio, 
por isso não pode ser substituída por outra. 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Reserva – Sementes de plantas armazenam 
proteínas para a germinação, ex. albumina do ovo e 
a caseína do leite. 
 
 Coagulação sanguínea - vários são os fatores da 
coagulação que possuem natureza proteica, 
como por exemplo: fibrinogênio, globulina anti-
hemofílica. 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS 
 Função Enzimática - As enzimas são proteínas 
especiais com função catalítica, ou seja, aceleram 
ou retardam reações bioquímicas que ocorrem 
nas células. 
Assim como os anticorpos, apresentam especificidade 
em relação à reação ou substância em que atuam. 
Isso se deve ao fato de cada enzima possuir em 
sua estrutura um ou mais pontos que se encaixam 
perfeitamente na substância ou reação que sofrerá 
sua ação. 
 O substrato liga-se à enzima através do sítio ativo, 
local onde ocorrerá a reação catalisada pela enzima. 
Enzimas 
SÍTIO ATIVO 
• Resíduos de aminoácidos capazes de interagir com o 
substrato e formação do produto.• Estes resíduos denominam-se grupos catalítico. 
Enzimas 
Representação esquemática da estrutura tridimensional da lipase 
de Pseudomonas cepacia. 
 
 Ser 
His 
Asp 
SÍTIO ATIVO 
Teoria da “chave-fechadura” proposta por 
Emil Fischer 
 
 O sítio ativo possui uma conformação cujos grupos 
ligantes R dos aminoácidos estão corretamente 
posicionados, e sua conformação é complementar a 
estrutura do substrato. 
Modelo do “encaixe induzido”, proposto por 
Koshland 
 O sítio ativo é uma região flexível cuja forma 
pode ser induzida para alojar compostos 
estruturalmente semelhantes. 
União Internacional de Bioquímica e Biologia 
Molecular (UIBBM) 
 
• Classificadas em seis grandes grupos, de acordo com 
o tipo de reação envolvida. 
1. Oxidorredutases 
2. Transferases 
3. Hidrolases 
4. Liases 
5. Isomerases 
6. Ligases 
Classificação das Enzimas - UIBBM 
 
1. Oxidorredutases: São enzimas que catalisam 
reações de transferência de elétrons, ou seja: 
reações de oxi-redução. São as Desidrogenases 
e as Oxidases. 
 
 
 
Classificação das Enzimas - UIBBM 
 
2. Transferases: Enzimas que catalisam reações de 
transferência de grupamentos funcionais como grupos 
amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Exs: Quinases e as 
Transaminases. 
Classificação das Enzimas - UIBBM 
 
3. Hidrolases: Catalisam reações de hidrólise de 
ligação covalente. Ex: As peptidades. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lactose(lac).png
Classificação das Enzimas - UIBBM 
 
4. Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e 
a remoção de moléculas de água, amônia e gás 
carbônico. Exs: Dehidratases e as Descarboxilases. 
Classificação das Enzimas - UIBBM 
 
5. Isomerases: Catalisam reações de interconversão 
entre isômeros ópticos ou geométricos. Ex. As 
Epimerases. 
Classificação das Enzimas - UIBBM 
 
6. Ligases: Catalisam reações de formação e novas 
moléculas a partir da ligação entre duas já 
existentes, sempre à custa de energia (ATP). Ex. 
Sintetases. 
União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular 
(UIBBM) 
União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular 
(UIBBM) 
 
• Cada enzima descrita recebe um número de 
classificação, conhecido por “E.C.”, que é composto por 
4 dígitos: 
1. Classe 
2. Sub-classe dentro da classe 
3. Grupos químicos específicos que participam 
da reação. 
4. A enzima, propriamente dita 
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS 
 
Cofatores 
• Um ou mais íons inorgânicos que podem ser 
necessários para a função de uma enzima. 
• Não estão ligados permanentemente à molécula da 
enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa. 
Coenzimas 
 
• Compostos orgânicos, quase sempre derivados de 
vitaminas, 
• A fração protéica de uma enzima, na ausência do 
seu cofator, é chamada de apoenzima. 
• Enzima + Cofator, chamamos de holoenzima. 
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS 
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS 
Especificidade Substrato/Enzima: o 
Sítio Ativo 
• As enzimas são muito específicas para os seus 
substratos; 
• Esta especificidade se deve à existência, na 
superfície da enzima de um local denominado SÍTIO DE 
LIGAÇÃO DO SUBSTRATO. 
Mecanismo Geral de Catálise 
As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por 
diminuir a ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO da mesma, 
sem alterar a termodinâmica da reação, ou seja, a 
energia dos reagentes e produtos da reação enzimática 
e de sua equivalente não enzimática é idêntica. 
• Energia de ativação: Quantidade de energia requerida 
para romper a configuração eletrônica estável de 
qualquer molécula específica para que os elétrons possam 
ser reorganizados. 
Reação catalisada por enzimas 
Variação de energia ao longo de uma reação. 
Energia de Ativação: quantidade de energia que é preciso 
fornecer aos reagentes para a reação ocorrer. 
Mecanismo Geral de Catálise 
Catalisador atua diminuindo a Energia de Ativação (E.A.) 
Mecanismo Geral de Catálise 
Cinética Enzimática 
http://biomodel.uah.es/pe/protexpl/animgif.htm 
• É a parte da Enzimologia que estuda a velocidade 
das reações enzimáticas bem como os fatores que a 
influenciam. 
Cinética Enzimática 
• A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se 
a quantidade de produto formado ou a quantidade de 
substrato consumido por unidade de tempo de 
reação. 
Cinética Enzimática 
Mecanismo de Ação Enzimática 
Cinética Enzimática 
Uma reação enzimática pode ser expressa pela 
seguinte equação: 
Aumentando-se a concentração de S percebemos uma mudança na 
atividade catalítica da enzima. 
• A velocidade de uma reação enzimática depende das 
concentrações de ENZIMA e de SUBSTRATO. 
Cinética Enzimática 
 Concentração de substrato [S]: afeta a 
velocidade da reação; 
Cinética Enzimática 
 Efeito de [S]: varia durante o curso de uma 
reação S  P; 
 
 Velocidade inicial (V0): [S] >> [E]  tempo 
muito curto  [S] = constante. 
Teoria do Estado Estacionário 
A produção e consumo do estado de transição ocorrem 
na mesma velocidade. Portanto, a concentração do 
estado de transição é constante. 
Cinética Enzimática 
[ES] = Constante 
Cinética Enzimática 
Na década de 1950, 
Michaelis e Menten formularam as bases da cinética 
enzimática, para explicar como a concentração do 
substrato [S] afeta a velocidade da reação v. 
Cinética Enzimática 
Cinética Enzimática 
O modelo de Michaelis-Menten é útil para explicar a 
cinética das reações catalisadas por enzimas. 
-Parte a: v aumenta proporcionalmente 
 com aumentos de S. 
-Parte b: v aumenta não proporcional-
 mente com aumentos de S. 
-Parte c: v não aumenta mais, tendendo 
 a um valor máximo (Vmax), 
 sendo independente da [S] 
O Km é uma relação de constantes de velocidade e, 
portanto, é uma constante. 
O Km é uma medida da AFINIDADE da enzima pelo 
substrato: 
 
Km ALTO = BAIXA AFINIDADE 
Km BAIXO = ALTA AFINIDADE 
Cinética Enzimática 
Este gráfico mostra como varia a velocidade inicial 
de uma reação com o aumento da concentração de 
substrato: 
Ou seja, Vmáx e Km podem ser calculados quando 
Vo é medida em função de várias concentrações 
de substrato. 
Lucia Bianconi (IBqM/UFRJ) 
Fatores que interferem nas reações 
enzimáticas 
 
1) Concentração de substrato 
Quanto mais substratos (reagentes) presentes no meio mais produ-
tos estarão sendo formados. Quando todas as enzimas estiverem 
ligadas aos substratos obtém-se a velocidade máxima da reação (x) 
na concentração (Y) de substrato 
Fatores que interferem nas reações 
enzimáticas 
 
2)Temperatura 
 
A velocidade das reações químicas tende a aumentar com o 
aumento da temperatura até atingir uma velocidade máxima (X) 
em uma temperatura ótima (Y) 
Fatores que interferem nas reações 
enzimáticas 
 
2)Temperatura 
 
100- 
 
 
 
 
50- 
 
 
 
 
0- 
%
 a
ti
v
id
a
d
e
 e
n
z
im
á
ti
c
a
 m
á
x
im
a
 
Temperatura 
ótima 
Desnaturação 
térmica da 
proteína 
Pouca energia 
para a reação 
acontecer Ao contrário da curva em 
forma de sino no caso da 
atividade enzimática versus 
pH, a enzima só está 
desnaturada em 
temperaturas acima da 
temperatura ótima. 
Fatores que interferem nas reações 
enzimáticas 
 
3) pH (Potencial Hidrogeniônico) 
As enzimas exigem um pH ótimo (Y) no qual a velocidade da reação 
seja máxima (X). Acima ou abaixo deste ponto elas diminuem sua 
atividade até que a reação química não mais ocorra. 
Muitas enzimas apresentam uma curva indicando que não existe 
um único valor de pH ótimo, mas uma faixa de pH ótimo (6,0 a 
8,5). 
 6 > pH > 8,5 = inativação irreversível. 
Fatores que interferem nas reações 
enzimáticas 
 
Fatores que interferem nas reações 
enzimáticas 
 
Note que quanto maior a temperatura de, mais rápido é o processo 
de desnaturação térmica. 
Rompidas as pontes de hidrogênio  alterações estruturas = 
nova conformação; 
T desnaturação  pouco acima da T ótima. 
4.Tempo da Reação 
5. Concentração: daEnzima e do Substrato 
tempo 
c
o
n
c
e
n
tr
a
ç
ã
o
 
A [substrato] cai na mesma razão em 
que a [produto] aumenta em função do 
tempo. 
 
A enzima existe sob duas formas: 
enzima livre E e complexo enzima-
substrato ES. No início da reação, a 
[E] livre cai e a do complexo [ES] 
aumenta e atinge um máximo, em que 
não há mais [E] livre no meio. Nessa 
situação (indicada no retângulo cinza), 
diz-se que a enzima está saturada (só 
existe no complexo ES). A velocidade 
da reação é a máxima.