Bioquímica - Aminoácidos e Proteínas

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Yahanna Estrela 
Medicina – UFCG 
BIOQUÍMICA 
 
Bioquímica das Proteínas 
 
ASPECTOS GERAIS 
 
✓ Proteínas são as moléculas biológicas mais 
abundantes, com uma variedade enorme, 
ocorrendo em todas as células e em todas as suas 
partes e com diferentes funções biológicas; 
✓ É a principal forma pela qual a informação 
genética se expressa: 
• Transporte; 
• Mol. Adesão; 
• Hormônios; 
• Canais iônicos; 
• Enzimas. 
✓ Características determinadas pela estrutura 
primária (Seq. de 50 a 3000 Aa) composto por 
cerca de 20Aa diferentes; 
✓ Os aminoácidos possuem a mesma estrutura 
geral: um grupo ácido carboxílico, um grupo amino 
ligado ao carbono em configuração L, um átomo 
de hidrogênio e uma cadeia lateral (grupo R), que 
será diferente para cada aa. 
• Com exceção da glicina, o carbono alfa é 
considerado um carbono quiral. 
✓ Todas as proteínas são formadas a partir da 
ligação peptídica (covalente) em sequência de 
apenas 20 aminoácidos (entre outros especiais); 
✓ Ligação peptídica: formada entre o grupo amino 
de um aminoácido e o grupo carboxílico de outro, 
onde o hidrogênio do grupo amino vai se ligar à 
hidroxila da carboxila, liberando uma molécula de 
água; 
✓ Peptídeos (até 10.000 Da) e proteínas (> 10.000 
Da). 
 
✓ Fórmula estrutural em comum: 
• Grupo carboxílico + amino + hidrogênio + 
radical; 
• Se arranjam em cadeias onde o grupo 
carboxílico se liga ao grupo amino. 
• O radical que se une é o que define a 
característica das proteínas, se será polar, 
apolar, aromático. 
 
✓ Aminoácidos essenciais – 20 aminoácidos que vão 
combinar entre si para formar as proteínas. 
✓ Proteínas contêm de 50 a 3000 aminoácidos. 
PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS 
 
✓ Em pH fisiológico (7,4), o grupo amino está 
carregado positivamente e o grupo carboxílico 
negativamente; 
✓ Estrutura dipolar – Zwitterion: pode funcionar 
como tampão devido as cargas positivas e 
negativas; 
✓ As exceções a essa estrutura são a prolina (que em 
pH 7,4 encontra-se na forma de cadeia fechada) e 
a glicina (que tem como radical o átomo de 
hidrogênio, fazendo com que seja o único aa. que 
não possui carbono alfa com quatro ligantes 
diferentes). 
✓ Todos são alfa-aminoácidos, com o grupo amino 
ligado ao carbono alfa; 
✓ Esse carbono alfa pode estar na conformação L ou 
D; 
✓ Nas proteínas encontramos apenas aminoácidos 
“L”, ou seja, que possuem a mesma configuração 
relativa com o L-gliceraldeído; 
• Amino na direita, grupo carboxílico no topo. 
✓ Portanto, em mamíferos, tem-se conformação L; 
✓ A forma D é encontrada em bactérias, plantas e 
alguns antibióticos. 
 
 
CLASSIFICAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DOS 
AMINOÁCIDOS 
 
1. Quanto ao grupo R: 
✓ Apolares/hidrofóbicos: glicina, alanina, prolina, 
valina, leucila, isoleucina e metionina. 
✓ Aromáticos: triptofano, tirosina e fenilalanina. 
✓ Polares não-carregados/neutros: serina, 
treonina, cisteína, glutamina e asparagina. 
✓ Polares carregados positivamente: lisina, arginina 
e histidina. 
✓ Polares carregados negativamente: aspartato e 
glutamato. 
 
IMPLICAÇÃO CLÍNICA 
ANEMIA FALCIFORME 
Ocorre a substituição do glutamato (aminoácido polar) 
pela valina (aminoácido apolar) na posição 6 da 
subunidade beta. Isso faz com que haja mudança na 
configuração da estrutura da Hemoglobina. Forma 
uma saliência na cadeia beta, a qual se associa de 
forma complementar a outra cadeia beta. A Hb se 
polimeriza formando rede fibrosa que distorce as 
células. A Hb passa a ter forma de foice, dificultando o 
transporte de oxigênio e def. na oxigenação tecidual. 
✓ De acordo com a polaridade, tem-se a localização 
dos aminoácidos nas proteínas: 
• Aminoácidos apolares: agrupados no interior 
de proteínas hidrossolúveis e na superfície de 
proteínas de membrana. 
• Aminoácidos polares: agrupados na 
superfície de proteínas hidrossolúveis. 
 
2. Quanto à forma: 
✓ Proteínas globulares: incluem as enzimas, as 
proteínas transportadoras, as proteínas motoras, 
as proteínas regulatórias, as imunoglobulinas, etc. 
Geralmente são solúveis em água, formam 
estruturas compactas fortemente enroladas em 
forma globular ou esférica. 
✓ Proteínas fibrosas: são adaptadas às funções 
estruturais. Apresentam cadeias polipeptídicas 
arranjadas em longos filamentos. Em geral, são 
formadas por um único tipo de estrutura 
secundária. São insolúveis em água. Garantem aos 
vertebrados suporte, forme e proteção externa. 
Exemplos: alfa queratina, fibroínas da seda e 
colágeno. 
 
EXTRA: CLASSIFICAÇÃO 
1. Aminoácidos não essenciais: aqueles os quais nosso 
organismo é capaz de sintetizar. Porém, eles podem ser 
ingeridos, o organismo fará o julgamento do que é 
necessário e direcionará para as devidas vias. 
2. Aminoácidos essenciais: aqueles os quais preci-
samos obter através da dieta, pois o nosso organismo 
não é capaz de sintetizar. 
 
 
 
3. Aminoácidos glicogênicos: aqueles que apresentam 
esqueleto carbonado que formam intermediários do 
Ciclo de Krebs e, por possuírem capacidade de serem 
direcionados à Gliconeogênese e formarem glicose, 
são denominados aminoácidos glicogênicos. 
4. Aminoácidos cetogênicos: aqueles que apresentam 
esqueleto carbonado que formam Acetil-CoA ou 
Acetoacetil-CoA. Esses dois compostos não entram 
como intermediários para o ciclo de Krebs e não são 
direcionados a gliconeogênese. Eles podem ser 
direcionados a produção de corpos cetônicos, 
explicando sua denominação. 
TRIPTOFANO 
É um aminoácido essencial que auxilia na 
síntese do neurotransmissor serotonina, 
responsável pelo prazer, bem-estar e 
relaxamento, por isso a sensação boa quando 
comemos chocolate, praticamos atividade física, 
escutamos música, etc. A depressão diminui os 
níveis de serotonina. Os antidepressivos atuam 
aumentando seus níveis. 
 
 
 
 
EXTRA: OUTROS AMINOÁCIDOS 
Existem alguns aminoácidos que não estão (ou 
raramente então) presentes nas proteínas e 
alguns deles apresentam papeis importantes em 
atividades, como: 
1. L-ornitina: presente como intermediário no 
Ciclo da Ureia; 
2. Citrulina: também está presente como 
intermediário no Ciclo da Ureia; 
3. 4-hidroxiprolina: aminoácido modificado 
presente no colágeno e em parede celular de 
vegetais. 
 
 
 
 
APLICABILIDADE CLÍNICA 
O excesso de amônia no corpo 
(hiperamonemia) pode ser primário e secundário. 
Será primário quando a causa for um defeito nas 
enzimas do ciclo da uréia. Será secundário se 
houver problemas hepáticos ou decorrentes de 
medicamentos. Esse excesso pode ocasionar um 
distúrbio neuropsiquiátrico chamado 
encefalopatia hepática, caracterizado por 
alterações do estado mental e pelo coma. 
A amônia, além de ser o produto do 
metabolismo de aminoácidos, também é 
produzida por bactérias intestinais urease-
positivas. Portanto, em adultos com encefalopatia 
hepática crônica, o tratamento pode ser feito com 
lactulose (que diminui o pH na luz intestinal, 
fazendo com que as bactérias produzam amônio 
não absorvível, impedindo que mais amônio entre 
na corrente sanguínea) ou com antibióticos (para 
diminuir a existência de bactérias urease-positivas 
produtoras de amônio no intestino humano). 
 
 
AMINOÁCIDOS: GRUPOS ÁCIDOS E 
BÁSICOS 
 
✓ Sofrem uma reação ácido-base intramolecular e 
existem primariamente (pH fisiológico: 7,4) na 
forma de um íon dipolar, ou zwitterion (do alemão 
zwitter, “híbrido”); 
✓ Grupos carboxila: fracamente ácidos; 
✓ Grupos amino: fracamente básicos; 
✓ Podem atuar como tampões; 
✓ Podem formar pontes de H com a água, sendo 
hidrossolúveis em pH fisiológico. 
 
 
AA COMO TAMPÕES 
 
✓ Em meio ácido: é o ânion carboxilato, e não o 
grupo amino, que atua como centro básico e 
recebe o próton; 
✓ Em meio básico: é o cátion amônio, e não o grupo 
carboxila, que age como centro ácido e perde um 
próton. 
 
 
ISOFORMAS DAS PROTEÍNAS 
 
✓ Existem proteínas que diferem pouco na estrutura 
primária, mas mantém a função; 
✓ Isoenzimas; 
✓ Creatina-quinase (CK); 
• Formada por duas subunidades(M ou B); 
• Todas possuem a mesma função, mas diferem 
na localização. 
• Tratam-se de enzimas intracelulares, 
permitindo fazer dosagens dessas proteínas 
no sangue para diagnóstico de problemas. 
o Coração: MB; 
o Cérebro: BB; 
o Músculo: MM; 
✓ A dosagem da CK MB é útil no diagnóstico do 
Infarto Agudo do Miocárdio. Ela está presente nas 
células do miocárdio e quando há um infarto, há a 
liberação dessas proteínas creatinas, aumentando 
a sua concentração na corrente sanguínea; 
✓ A dosagem de CK MM pode ser útil no diagnóstico 
de rabdomiólise (degradação de proteínas do 
músculo que ocasiona disfunção renal por 
proteinúria, por exemplo), visto que essa proteína 
está no músculo. 
✓ Marcadores para infarto agudo do miocárdio: 
Mioglobina (pico de 6-9h após), Troponinas (pico 
de 12- 18h após) e CK-MB (pico de 12-24h após). 
✓ TGO e TGP são importantes no diagnóstico de 
doenças hepáticas. 
 
 
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS 
 
✓ Estrutural → colágeno, queratina; 
✓ Energética → na ausência de carboidrato e lipídeo; 
✓ Transporte → hemoglobina, albumina; 
✓ Defesa → Imunoglobulinas – IgG e IgM; 
✓ Sinalização celular → receptores de hormônios 
✓ Receptores → proteína G e quinase; 
✓ Catálise enzimática → enzimas hepáticas; 
✓ Movimento → contração muscular; 
✓ Combustíveis → gliconeogênese. 
 
 
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
 
ESTRUTURA PRIMÁRIA 
 
✓ É a sequência de aminoácidos em cadeia; 
✓ O nível primário não é considerado estrutura 
tridimensional. 
✓ Uma mudança em um único aminoácido da 
cadeira muda toda a estrutura e função da 
proteína; 
✓ São ligados por ligações peptídicas resistentes; 
✓ Doenças genéticas: proteínas com sequências 
anormais, organização irregular com prejuízo da 
função normal. 
 
 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
 
✓ Formada por um arranjo regular dos aminoácidos 
(α-hélice, folhas β pregueadas e curvaturas β). 
✓ O que determina a estrutura secundária a ser 
formada é a rigidez do esqueleto peptídico. 
✓ São estruturas dobradas sobre si mesmas; 
✓ O que mantém o formato de hélice são as ligações 
de hidrogênio. 
 
 
Α-HÉLICE 
 
✓ É a mais comum – proteínas globulares; 
✓ Conformação secundária mais simples; 
✓ Ligações de hidrogênio; 
✓ Estrutura helicoidal, possui um esqueleto polipeptídico 
central espiralado e bem compacto; 
✓ Estabilizada por ligações de hidrogênio de forma 
paralela ao espiral; 
✓ São ligações fracas, mas servem para estabilizar 
coletivamente a hélice; 
✓ Existem Aa que interrompem a hélice (Prolina, Aa 
carregados (Glutamato) e com cadeias volumosas 
(Triptofano)). 
 
 
FOLHAS B-PREGUEADAS 
 
✓ Todos os componentes da cadeia estão envolvidos com 
ligações de H; 
✓ Duas ou mais cadeias peptídicas; 
✓ A estrutura se assemelha a uma folha dobrada; 
✓ Pontes de H são perpendiculares ao esqueleto 
polipeptídico. 
 
 
CURVAS BETA 
 
✓ Auxiliam na formação de uma estrutura compacta e 
globular; 
✓ Encontradas em superfícies das moléculas proteicas e 
com frequência contêm resíduos carregados; 
✓ Estabilizadas pelas ligações de hidrogênio e ligações 
iônicas; 
✓ Formada por Aa: prolina e glicina. 
 
 
ESTRUTURA TERCIÁRIA 
 
✓ É o arranjo tridimensional total dos aminoácidos 
na cadeia polipeptídica; 
✓ Dobramento e arranjo final dos domínios; 
✓ Determinada pelas interações entre as cadeias 
laterais, direcionam o dobramento; 
 
✓ Interações: 
o Pontes dissulfeto: tipo de ligação covalente 
formado pelos grupos sulfidrila de dois 
resíduos de cisteína; dá estabilidade à 
proteína. 
o Interações Hidrofóbicas: As cadeias 
hidrofóbicas tendem a ficar no interior da 
proteína e interagem com outros Aa 
hidrofóbicos. Os aminoácidos hidrofílicos 
ficam no exterior, para interagir com as 
moléculas de água do entorno. 
o Ligações de Hidrogênio: Ligações de H entre 
grupos polares na superfície de uma proteína 
e o solvente aquoso aumentam a solubilidade 
da proteína. 
o Interações iônicas: grupos carregados 
negativamente interagem com os carregados 
positivamente. 
 
 
ESTRUTURA QUATERNÁRIA 
 
✓ Algumas proteínas são formadas por mais de uma 
cadeia polipeptídica ou subunidades, que podem 
ser idênticas ou diferentes; 
✓ O arranjo das subunidades de uma proteína em 
complexos tridimensionais constitui a estrutura 
quaternária; 
✓ As subunidades são unidas por ligação não 
covalentes (pontes de H, ligações iônicas, 
interações hidrofóbicas); 
✓ Subunidades: funcionam independente ou de 
forma cooperada (Hb). 
 
 
DOBRAMENTO PROTEICO 
 
✓ No dobramento peptídico as cadeias de Aa laterais 
são atraídas ou repelidas; 
✓ Processo de tentativa até achar um estado no qual 
as atrações superem as repulsões; 
✓ Buscam a maior estabilidade energética e 
estrutural possível, para que a proteína exerça sua 
função; 
✓ Resultado: proteína dobrada corretamente com 
baixo estado energético. 
 
 
PAPEL DAS CHAPERONAS NO 
DOBRAMENTO PROTEICO 
 
✓ Chaperonas ou proteínas do choque térmico; 
✓ Muitas proteínas, devido ao seu tamanho e às 
condições do meio em que se encontram, 
precisam de ajuda para se enovelar de maneira 
correta; 
✓ As chaperonas interagem com os polipeptídeos 
em vários estágios durante o dobramento; 
✓ Agem como catalisadores, protetores e 
reguladores do processo de dobramento proteico; 
✓ Se ligam e estabilizam outras proteínas, auxiliando 
seu correto enovelamento; 
✓ Bem como, elas reconhecem e “agarram” 
proteínas malformadas, encaminhando-as para 
degradação; 
✓ As chaperonas também poderão ter grande valia 
para a medicina por conta de sua capacidade de 
reconhecer agregados proteicos e desfazê-los, 
remetendo-os ao reenovelamento ou à 
degradação. 
 
 
DOBRAMENTO INADEQUADO DE 
PROTEÍNAS 
 
✓ Processo complexo de tentativa e erro; 
✓ Muitas vezes leva ao dobramento incorreto; 
✓ Essas proteínas são marcadas e degradadas dentro 
da célula; 
✓ Às vezes, devido a vários fatores (genéticos, 
envelhecimento), as proteínas dobradas 
inadequadamente podem se acumular gerando 
doenças; 
✓ Em doenças neurodegenerativas, esse 
dobramento inadequado de proteínas pode 
ocasionar perda da função e acúmulo de proteínas 
dentro de uma célula, resultando em morte 
celular. 
✓ Amiloidoses: proteínas assumem conformação 
insolúvel (amiloides) – Doença de Alzheimer – 
proteína beta amiloide. 
 
 
APLICABILIDADE CLÍNICA 
DOENÇA DE ALZHEIMER 
 
Quando ocorre uma alteração no 
dobramento beta-amiloide, ela perde a 
capacidade de exercer sua função de forma 
adequada e se acumula dentro dos neurônios 
colinérgicos do hipocampo, que são responsáveis 
pela memória recente, ocasionando sua morte. 
Além disso, também ocorre agregação de 
proteínas tau no meio intracelular. 
Ocorre diminuição de acetilcolina no 
hipocampo e, consequentemente, perda da 
memória recente, visto que o circuito de memória 
é diferente (memória recente → acetilcolina; 
memória distante → glutamato). 
 
 
 
DESNATURAÇÃO PROTEICA 
 
✓ Desnaturação: resulta no desdobramento e 
desorganização das estruturas secundária e 
terciária e, em alguns casos, até mesmo da 
quaternária, resultando em perda funcional; 
✓ A desnaturação pode ser reversível, mas a maioria 
não retorna a conformação original; 
✓ Não altera a estrutura primária, uma vez que não 
rompe as ligações peptídicas; 
✓ Podem ser fatores de desnaturação: calor, 
solventes orgânicos, ácido ou bases fortes, 
detergentes, metais pesados, pH; 
✓ Proteínas desnaturadas insolúveis precipitam. 
 
 
DESNATURAÇÃO PELA MODIFICAÇÃO NÃO 
ENZIMÁTICA DE PROTEÍNAS 
 
✓ Aa podem sofrer modificações químicas como 
oxidação ou glicosilação, que podem levar a perda 
da função ou a uma forma que não pode ser 
degradada pela célula; Exemplo: Glicosilação da 
Hb (HbA1C) – porção valina N-terminal – 
diagnóstico e acompanhamento da DM; 
✓ Glicosilação do colágeno no coração resulta em 
cardiopatia em pacientes com DM crônico. 
 
 
APLICABILIDADE CLÍNICA 
GLICOSILAÇÃO DA Hb (HbA1C) 
 
A glicose, quando em excesso no sangue, se liga à 
hemoglobina.A hemoglobina glicada auxilia no 
diagnóstico e acompanhamento do diabetes 
mellitus, pois avalia a glicose dos últimos três 
meses. Os valores preferíveis são abaixo de 5,7%. 
Valores até 6,0% indicam pré-diabetes e acima 
disso, diabetes. No caso de pacientes que já são 
diabéticos, a meta estipulada é um valor de até 
7,5%. Acima disso, pode-se considerar diabetes 
descompensado. 
 
 
DESNATURAÇÃO DE PROTEÍNAS POR PH, 
SOLVENTES E TEMPERATURA 
 
✓ Esses fatores rompem as ligações iônica, 
hidrofóbica e pontes de hidrogênio; 
✓ Alteração da estrutura tridimensional e da função 
da proteína; 
✓ Muitos hormônios, antibióticos, antitumorais e 
antivirais são peptídeos. Portanto, devem ser 
estocados em baixas temperaturas e não devem 
ser ingeridos com alimentos ácidos ou básicos. 
METABOLISMO PROTEICO 
 
CATABOLISMO PROTEICO 
 
✓ No catabolismo, ocorre a remoção do grupo alfa-
amino e alfa-cetoglutarato. 
 
 
DEGRADAÇÃO DE PROTEÍNAS 
 
✓ A degradação é realizada por meio do sistema 
ubiquitina-proteassoma e das enzimas 
degradativas lisossomais. 
 
 
APLICABILIDADE CLÍNICA 
HPV E SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASSOMA 
 
Os aminoácidos provenientes da dieta 
juntamente com os aminoácidos componentes das 
proteínas celulares velhas que foram degradadas 
formam o conjunto de aminoácidos intracelular. Esse 
conjunto pode ser formado a partir de: 
a) Lisossomos: organelas que contém 
catepsinas e proteases que fazem hidrólise ácida de 
proteínas extracelulares e dos receptores de 
membrana que precisam ser degradados. A hidrólise 
ocorre sem gasto de ATP. 
b) Sistema ubiquitina-proteassomo: um 
sistema que consome ATP. Na medida em que algumas 
proteínas da célula estão velhas ou sofreram danos 
oxidativos, elas precisam ser destruídas, originando 
aminoácidos livres que podem posteriormente 
construir novas proteínas. Geralmente ocorre a ligação 
de várias ubiquitinas a uma proteína que será 
destruída, ou seja, ocorre poliubiquitinação. Proteínas 
marcadas para destruição devido a várias ligações com 
ubiquitina (proteínas poliubiquitinizadas) são 
conduzidas até o proteassomo, um complexo 
lipoproteico que quebra as proteínas e libera 
aminoácidos livres e ubiquitinas intactas que podem 
ser reutilizadas. 
O vírus HPV possui uma proteína chamada E6, 
que promove a poliubiquitinação da proteína p53 das 
nossas células, a qual é, então, levada ao proteassomo 
e destruída. A p53 é chamada de “supressora tumoral”, 
pois é uma das responsáveis pela regulação do ciclo 
celular. Assim, uma célula com mutação no DNA, que 
deveria sofrer morte programada (apoptose), poderá 
continuar viva e se multiplicar. O problema é que uma 
célula com mutações no DNA que se multiplica pode 
ser uma célula cancerígena. Essa é a ligação entre o 
vírus do HPV e o câncer. 
DEGRADAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
 
✓ As enzimas envolvidas nesse processo são as 
aminotransferases e a glutamato desidrogenase; 
✓ A degradação dos aminoácidos ocorre em duas 
etapas: a transaminação e desaminação oxidativa. 
o A transaminação está presente em todas as 
células e consiste na transferência dos grupos 
aminas para alfa-cetoácidos. É importante 
que ela ocorra antes da desaminação 
oxidativa, pois na transaminação há produção 
de glutamato, que será usado pela enzima 
glutamato desidrogenase presente na 
desaminação oxidativa. 
o A desaminação acontece preferencialmente 
no fígado sempre dentro das mitocôndrias, 
devido à presença da enzima glutamato 
desidrogenase, que forma a amônia e uma 
cadeia carbônica. Assim, quando o glutamato 
perder a amônia, sobrará uma cadeia 
carbônica, que poderá ser um intermediário 
do metabolismo dos carboidratos ou pode 
gerar um acetill-CoA. 
 
 
CICLO DA UREIA 
 
✓ Tendo em vista a toxicidade da amônia para o 
corpo humano, em especial para o sistema 
nervoso central, o destino da amônia produzida na 
desaminação oxidativa é o ciclo da uréia. 
✓ Esse ciclo é dividido em 5 etapas: 
1. Reação da amônia com o CO2, catalisada pela 
enzima carbamoil-p-sintetase, com formação 
do carbamoilfosfato; 
2. Formação da citrulina, a partir da união do 
carbamoilfosfato com a ornitina; 
3. Saída da citrulina da mitocôndria para o 
citoplasma e consequente ligação com o 
aspartato, que resultará em argino succinato; 
4. Argino succinato sofre atuação de uma liase, 
liberando arginina e fumarato; 
5. Quebra da arginina e liberação da uréia e da 
ornitina, que reiniciará o ciclo.