Proteinas e enzimas 1

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NÃO PODE FALTAR
PROTEÍNAS E ENZIMAS
Christian Grassl
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PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, chegamos à última seção da Unidade 1, na qual
abordaremos a estrutura da proteína, a digestão intracelular das
proteínas, as enzimas e a catálise enzimática. As proteínas são
extremamente importantes para o desenvolvimento, o crescimento e a
manutenção do organismo, exercendo uma grande variedade de
funções. Temos proteínas que atuam na defesa do organismo
(anticorpos, citocinas), transporte e armazenamento de substâncias
(hemoglobina, ferritina), regulação do volume plasmático (albumina),
movimento (actina, miosina), sustentação (queratina, colágeno),
Fonte: Shutterstock.
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hormônios (insulina, hormônio do crescimento) e em tantas outras
funções. Uma das funções mais importantes das proteínas e que
possibilitam a existência da vida é a de catalisadoras. 
O organismo é um complexo conjunto de reações químicas, que
chamamos de metabolismo. Praticamente todas as reações químicas do
nosso metabolismo são muito lentas, sendo incompatíveis com a
manutenção da vida, por isso o papel crucial das enzimas, as proteínas
que agem como catalisadoras biológicas. As enzimas aumentam a
velocidade das reações químicas que ocorrem no organismo,
possibilitando a produção de energia, a digestão de nutrientes, a síntese
de biomoléculas (lipídios, nucleotídeos e carboidratos), a replicação do
DNA, o crescimento celular etc.
Ainda nesta seção, estudaremos os níveis de estrutura das proteínas e a
relação entre estrutura tridimensional e função das proteínas.
Estudaremos a relação entre informação genética e a proteína
funcional. Mutações nos genes alteram as informações genéticas, o que
resulta em proteínas com estruturas alteradas e, possivelmente, com
ausência ou prejuízo da função. Essas mutações genéticas são causas
ou fatores predisponentes de muitas doenças.
Na sua prática pro�ssional, você, provavelmente, entrará em contato
com os aminoácidos, os peptídeos e as proteínas em diferentes
situações, logo, os assuntos abordados nesta seção são relevantes para
a sua formação pro�ssional, levando-o a ser um pro�ssional capacitado
para compreender, analisar e resolver várias situações clínicas.
Para contextualizar a sua aprendizagem, imagine que você está
trabalhando com pesquisas cientí�cas em uma grande empresa
farmacêutica. O setor em que você está empregado é o de
desenvolvimento de fármacos antivirais. A sua linha de pesquisa envolve
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o estudo de um determinado vírus, denominado provisoriamente de
vírus X. Os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios e têm grande
importância clínica devido ao potencial patogênico.
O vírus X tem uma estrutura extremamente simples, formado por um
genoma de RNA �ta simples, envolvido por uma capa proteica chamada
de capsídeo e externamente há um envoltório lipídico chamado de
envelope. Além disso, o vírus carrega uma enzima especí�ca chamada
de DNA polimerase dependente de RNA ou transcriptase reversa. No
envelope do vírus, há proteínas que reconhecem uma proteína
especí�ca na membrana da célula hospedeira, no caso, os linfócitos T.
Uma vez que ocorre a interação entre a proteína viral e a proteína do
linfócito T, o vírus consegue penetrar na célula. 
Uma vez dentro da célula, o vírus libera o seu genoma RNA que servirá
de molde para a síntese de DNA dupla �ta viral em uma reação
catalisada pela transcriptase reversa. O DNA viral é integrado no
genoma do linfócito T em uma reação catalisada por outra enzima
especí�ca do vírus, a integrase. 
No mercado, há fármacos que inibem várias enzimas virais importantes,
o que prejudica a replicação do vírus e reduz a carga viral do paciente.
Porém, muitos desses fármacos estão perdendo efeito, pois estão
surgindo cepas virais resistentes. O grande problema do tratamento
contra esse vírus é a alta taxa de mutação que ocorre durante a
replicação viral. 
Após essa exposição, surgem questões importantes que devem ser do
seu domínio para o progresso da pesquisa:
1. Na etapa de �xação do vírus no linfócito T, ocorre a interação entre a
proteína viral e a proteína celular, segundo o modelo chave-
fechadura. Algumas pessoas possuem mutação no gene que
expressa a proteína reconhecida pelo vírus, o que resulta em
alteração na conformação proteica. As pessoas portadoras dessa
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mutação gênica são resistentes ao vírus, frente a isso, como você
explicaria esse fato?
2. Os vírus X possuem uma alta taxa de mutação durante a replicação
viral. Como isso afeta a estrutura e a função das proteínas virais?
3. Ao conversar com um amigo não pertencente à área da Saúde sobre
o seu trabalho, ele questionou o motivo de tantas pesquisas.
Bastava criar um medicamento para bloquear a proteína celular que
é reconhecida pelo vírus! E, aí? A solução é assim, simples mesmo?
Qual seria a sua resposta ao amigo?
4. A empresa farmacêutica pretende desenvolver um tratamento
direcionado às enzimas transcriptase reversa e integrase. Proponha
um modelo de ação aos fármacos que serão desenvolvidos. 
5. Como a enzima transcriptase reversa atua? Explique considerando o
substrato, a energia de ativação e o produto formado na catálise
enzimática.
Essas questões são apenas o ponto de partida para mais
questionamentos e para estimular a sua procura por mais
conhecimentos. A situação-problema proposta é uma pequena amostra
da importância das proteínas na prática clínica e nas pesquisas na área
da saúde.
A superação das di�culdades nos estudos com dedicação, esforço e
força de vontade promove um crescimento e um amadurecimento
enquanto ser humano e como futuro pro�ssional. Seja o protagonista
da sua história de conquistas acadêmicas e pro�ssionais. Então, aos
estudos!
CONCEITO-CHAVE
Nesta seção, estudaremos os aspectos estruturais e funcionais das
proteínas, que são fundamentais para o desenvolvimento, o
crescimento e a manutenção do organismo, exercendo diversas
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funções. Entre essas funções, podemos destacar a defesa do organismo
(anticorpos, citocinas, complexo principal de histocompatibilidade), a
sustentação (colágeno, elastina, queratina), o transporte e o
armazenamento de substâncias (hemoglobina, mioglobina, ferritina),
movimento (actina, miosina, troponinas, tropomiosina), a recepção de
sinais para a célula (receptores para neurotransmissores, hormônios e
outros ligantes), a geração de impulsos elétricos (canais sódio voltagem-
dependentes), os hormônios (insulina, glucagon, hormônio do
crescimento), a manutenção do volume intracelular (bomba sódio-
potássio ATPase), a manutenção do volume plasmático (albumina), a
regulação da pressão arterial (angiotensina) e os catalisadores
(enzimas).
Existem milhares de proteínas diferentes no ser humano, cada qual com
uma sequência única de aminoácidos. As informações para a síntese
dessas sequências únicas estão nos genes, nos segmentos do DNA
(ácido desoxirribonucleico). As moléculas de DNA, por sua vez, formam
os cromossomos que estão presentes nos núcleos das células, portanto,
no DNA, estão codi�cadas as informações para a síntese de qualquer
proteína ou peptídeo do organismo. 
As informações genéticas, presentes no DNA, não são decodi�cadas
diretamente pelos ribossomos. Por isso, é necessário, inicialmente,
sintetizar uma molécula intermediária. No caso, essa molécula é o RNA
(ácido ribonucleico) do tipo mensageiro. Dessa forma, a molécula de
DNA serve de molde para a síntese do RNA mensageiro, reação
catalisada pela enzima RNA polimerase, em um processo chamado de
transcrição. Em seguida, o RNA mensageiro leva a informação contida
no gene para os ribossomos, estruturas citoplasmáticas formadas por
proteínas e RNA ribossômico, que fazem a “leitura” desse RNA e
“traduzem” a informação em sequência de aminoácidos. A síntese de
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proteínas é denominada tradução,pois a linguagem de bases
nitrogenadas é traduzida para a linguagem de aminoácidos, portanto, as
informações contidas no DNA são expressas em proteínas. 
Para exercer a sua atividade, a proteína deve apresentar um arranjo
tridimensional especí�co ou de conformação, e para se atingir essa
complexidade estrutural, é possível considerar quatro níveis de
organização da estrutura de uma proteína: estrutura primária, estrutura
secundária, estrutura terciária e estrutura quaternária. A estrutura
primária corresponde à sequência linear de aminoácidos unidos entre si
pelas ligações peptídicas. Como visto na seção anterior, a ligação
peptídica é formada pela ligação entre o grupo carboxila de um
aminoácido e o grupo amino de outro aminoácido, com formação de
uma molécula de água. A Figura 1.12 mostra a formação da ligação
peptídica e a sequência primária. Essas sequências de aminoácidos
dependem das informações genéticas que são traduzidas pelos
ribossomos.
Figura 1.12 | Reação de formação da ligação peptídica e da estrutura primária
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Fonte: elaborada pelo autor.
O próximo nível de organização estrutural é a estrutura secundária. Ela
é composta por arranjos de aminoácidos que se repetem ao longo da
sequência linear, resultado das interações entre os aminoácidos
vizinhos. Essas interações são mediadas por pontes ou ligações de
hidrogênio entre o átomo de oxigênio do grupo carboxila de um
aminoácido e o átomo de hidrogênio do grupo amino de outro
aminoácido localizados próximos na sequência linear. Existem muitas
estruturas secundárias estáveis ao longo da cadeia proteica, porém as
duas mais frequentes são a hélice  (alfa) e a folha  (beta). A hélice 
apresenta estrutura helicoidal, bem compacta e com as cadeias laterais
dos resíduos (aminoácidos constituintes da cadeia proteica),
estendendo-se para fora do eixo central. A folha  apresenta estrutura
composta por dois ou mais segmentos da cadeia proteica que estão em
paralelo e unidos por ligações de hidrogênio. Como o esqueleto da
α β α
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cadeia proteica apresenta uma forma de zigue-zague, essa estrutura
também recebe o nome de folha  pregueada. Ambas as estruturas
estão representadas na �gura 1.13.
Figura 1.13 | Representação das estruturas secundárias
Fonte: elaborada pelo autor.
Na estrutura terciária, a proteína adquire a sua conformação
tridimensional por meio do dobramento da cadeia polipeptídica. As
cadeias laterais de aminoácidos próximos ou distantes interagem entre
si, além das interações entre as estruturas secundárias presentes na
cadeia polipeptídica. A estrutura terciária é estabilizada pelas ligações
intermoleculares, como as ligações de hidrogênio, as ligações de van der
Waals, as pontes dissulfeto e as ligações iônicas. Na proteína com
estrutura terciária, há regiões funcionais chamadas de domínios,
responsáveis pela interação com o substrato ou ligante. Portanto, na
estrutura terciária, a proteína apresenta função. Caso a proteína seja
composta por duas ou mais cadeias polipeptídicas, interagindo entre si,
a estrutura resultante é a quaternária. Cada uma dessas cadeias
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polipeptídicas, dentro da estrutura quaternária, é chamada de
subunidade. Como exemplo, temos a hemoglobina, uma proteína
formada por quatro subunidades. As interações intermoleculares que
estabilizam a estrutura quaternária são: ligações de hidrogênio, pontes
dissulfeto (ver a Figura 1.15), ligações de van der Waals e ligações
iônicas. A proteína em estrutura quaternária também apresenta função.
Na Figura 1.14, podemos ver a representação das estruturas terciária e
quaternária, ambas as estruturas estabilizadas por interações
intermoleculares.
Figura 1.14 | Representação das estruturas terciária e quaternária
Fonte: elaborada pelo autor.
ASSIMILE
A ligação de hidrogênio se forma entre o hidrogênio (polo
positivo) de uma molécula e o oxigênio (polo negativo) de
outra molécula. Nas moléculas apolares (hidrofóbicas), não
há presença de polos positivo e negativo permanentes,
porém podem ocorrer distorções momentâneas nas nuvens
de elétrons dos átomos constituintes, formando dipolos
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transitórios. Com isso, surgem interações entre os polos de
cargas opostas enquanto durar o dipolo transitório, logo, as
ligações de van der Waals são momentâneas e bem mais
fracas que as interações entre as moléculas polares. As
ligações iônicas ocorrem entre as cargas elétricas de
moléculas diferentes, podendo ser atrativas (entre cargas
opostas) ou repulsivas (entre cargas com sinais iguais). A
ponte dissulfeto ocorre entre os grupos sul�drila (-SH) de
dois resíduos de cisteína, podendo estar na mesma cadeia
polipeptídica (estrutura terciária) ou em cadeias
polipeptídicas diferentes (estrutura quaternária). Todas essas
interações intermoleculares são fracas e rompidas pelo calor
e por alterações do pH do meio.
Figura 1.15 | Formação da ponte dissulfeto a partir de dois aminoácidos cisteína
Fonte: elaborada pelo autor.
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O dobramento da cadeia polipeptídica é determinado pela interação
entre as cadeias laterais dos aminoácidos adjacentes e distantes que
estão presentes na sequência linear, portanto, a sequência de
aminoácidos da estrutura primária determina o padrão de dobramento
da proteína. Uma alteração na sequência primária, decorrente de
mutação no gene, resulta em alteração no padrão de dobramento da
proteína, o que pode acarretar em perda ou prejuízo da sua função,
causa ou fator predisponente de muitas doenças. Existem proteínas que
participam do processo do dobramento das cadeias polipeptídicas
chamadas de chaperonas ou proteínas de choque térmico. Além do
dobramento da cadeia polipeptídica, as propriedades funcionais das
proteínas também são dependentes de modi�cações pós-traducionais
que ocorrem no retículo endoplasmático rugoso e no complexo de Golgi
com a adição de grupos químicos nos aminoácidos presentes na
proteína. Por exemplo, a adição de grupo hidroxila (hidroxilação) nos
aminoácidos prolina e lisina da proteína colágeno resulta na formação
de hidroxiprolina e hidroxilisina, respectivamente. Esses dois
aminoácidos modi�cados são essenciais para a atividade do colágeno
na resistência à tensão em vários tecidos (pele, parede dos vasos
sanguíneos, ossos etc.). A desnaturação da proteína é a perda da sua
estrutura tridimensional (terciária ou quaternária) devido ao
rompimento das interações intermoleculares entre os seus aminoácidos
constituintes, resultado da ação do calor e/ou de alterações do pH. Com
a desnaturação, a proteína perde a sua função. Já as ligações peptídicas
são mantidas, pois são rompidas apenas pela ação de enzimas
especí�cas (as proteases) em um processo chamado de proteólise.
EXEMPLIFICANDO
O calor e a alteração de pH podem romper apenas parte das
interações intermoleculares entre os aminoácidos
constituintes de uma proteína, mas o su�ciente para
prejudicar a sua função. Por isso, é importante a manutenção
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do pH do sangue, obtido pelos sistemas-tampão, sistema
respiratório e sistema renal, para manter as funções do
organismo (revisar a seção 1). As vacinas e as insulinas
(fármacos usados para reduzir a glicemia) são constituídas de
proteínas e, por isso, podem ter as suas estruturas e funções
prejudicadas com as altas temperaturas, portanto, vacinas e
insulinas devem ser mantidas refrigeradas para se preservar
as suas funções.
As proteínas são constantemente sintetizadas e degradadas, permitindo
a renovação proteica. Além disso, muitas proteínas são dobradas de
forma errada e precisam ser degradadas. A degradação proteica ocorre
por meio do rompimento das ligações peptídicas, um processo
chamado de proteólise, catalisado por enzimas especí�cas: as proteases
e peptidases. No meio intracelular, a proteólise é realizada pelos
lisossomos e pelosproteassomos. Os lisossomos são vesículas
membranosas que contêm diversas enzimas, como proteases, lipases,
ribonucleases e outras. Essas enzimas funcionam em pH ligeiramente
ácido, em torno de 5, degradando as proteínas de origem extracelular e
as intracelulares pelo processo de autofagia.
Os proteassomos são complexos proteicos, formados por uma unidade
catalítica central e duas unidades regulatórias nas extremidades, que
realizam uma proteólise dependente de ATP. Inicialmente, as proteínas
que precisam ser degradadas são ligadas a uma cadeia de várias
proteínas chamadas de ubiquitina, em uma sequência de eventos com
participação de enzimas e com gasto de energia. A proteína alvo
marcada com a cadeia de poliubiquitina é reconhecida pela unidade
regulatória do proteassomo; as ubiquitinas são removidas da proteína
alvo, que, em seguida, é direcionada para o centro catalítico do
proteassomo para o processo de proteólise; na outra extremidade do
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proteassomo, pequenos peptídeos, os produtos da proteólise, são
liberados; e no citoplasma, peptidases degradam esses pequenos
peptídeos, liberando os aminoácidos.
Figura 1.16 | Proteólise dependente de ATP realizada pelo proteassomo
Fonte: elaborada pelo autor.
Uma classe especial de proteínas (as enzimas) são responsáveis por
acelerar as reações químicas que ocorrem no organismo. Na seção 1,
chegamos a estudar as reações químicas, então, para relembrarmos,
em uma reação química, as moléculas iniciais, chamadas de reagentes,
são transformadas em novas moléculas, diferentes das iniciais,
chamadas de produtos. A ocorrência de uma reação química depende
da colisão entre as moléculas reagentes em uma posição favorável e
com energia necessária para o rompimento das ligações químicas entre
os átomos. Essa energia é chamada de energia de ativação e permite a
formação de uma estrutura intermediária entre os reagentes e os
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produtos. É Esse estado de transição que permite um rearranjo de
átomos com novas ligações químicas, o que resulta na formação de
novas moléculas (produtos).
Em cada reação química, as quantidades de reagentes e de produtos
variam em um intervalo de tempo. Essa variação é chamada de
velocidade da reação química. Há três fatores que aumentam a
velocidade de uma reação química: o primeiro é a elevação da
temperatura que produz um aumento da velocidade de movimento das
moléculas reagentes (maior energia cinética), com isso, mais moléculas
reagentes apresentam energia igual ou superior à energia de ativação, o
que aumenta o número de colisões que resultam em reação química. O
segundo fator é a maior concentração de moléculas reagentes, pois
aumenta as chances de colisões entre essas moléculas, e o terceiro fator
é a presença de catalisadores, substâncias que reduzem a energia de
ativação de uma reação química. Dessa maneira, ocorre maior número
de colisões entre as moléculas reagentes que resultam em formação de
novos produtos e, consequentemente, no aumento da velocidade dessa
reação química. Os catalisadores dos nossos organismos são as
enzimas. Na �gura 1.17, podemos ver um grá�co que compara os
valores da energia de ativação em uma reação química não catalisada
por enzima e em uma reação química catalisada por enzima.
Figura 1.17 | Catálise enzimática e energia de ativação
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Fonte: elaborada pelo autor.
As reações químicas que ocorrem no organismo são extremamente
lentas e não podem sustentar a vida sem a presença das enzimas. Essas
proteínas são os catalisadores biológicos e aceleram a velocidade das
reações químicas do organismo. O termo metabolismo se refere ao
conjunto das reações químicas do organismo, então, podemos dizer que
as enzimas catalisam o metabolismo. Cada reação química é catalisada
por uma enzima especí�ca, e essa especi�cidade é consequência da
estrutura tridimensional (terciária ou quaternária) da enzima, pois
durante o dobramento da enzima, ocorre a formação de fendas, em que
as moléculas reagentes se encaixam adequadamente. As moléculas
reagentes são chamadas de substratos, enquanto que as fendas na
estrutura tridimensional são chamadas de sítios catalíticos. Dessa
maneira, podemos dizer que os substratos e os sítios catalíticos
possuem formatos complementares, o que permite o encaixe
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adequado. O cientista alemão Emil Fischer propôs, no início do século
XX, o modelo chave-fechadura para explicar o complexo enzima-
substrato.
Atualmente, o mecanismo catalítico das enzimas é melhor
compreendido. Inicialmente, os sítios catalíticos não têm um formato
rígido para os substratos, assim, à medida que ocorrem as interações
entre os sítios catalíticos e os substratos, há uma pequena alteração na
conformação das enzimas, o que permite um melhor ajuste dos sítios
catalíticos ao redor dos substratos. Esse é o modelo de ajuste (ou
encaixe) induzido, como está representado na Figura 1.18. Dessa forma,
há o aumento das interações entre os substratos e os sítios catalíticos
das enzimas, o que possibilita reduzir a energia de ativação das reações
químicas e, consequentemente, aumentar a velocidade dessas reações
químicas. A catálise enzimática (reação química catalisada pela enzima)
pode ser in�uenciada por três fatores: concentração de substrato,
temperatura e pH. Em relação ao primeiro fator, quanto maior a
concentração de substrato, maior é a saturação das enzimas (sítios
catalíticos ocupados por substratos) e maior é a velocidade da catálise
enzimática. Em relação à temperatura, existe um valor ótimo para a
atividade máxima das enzimas. Com o aumento ou a diminuição da
temperatura em relação ao valor ótimo, a atividade enzimática é
reduzida. Quanto ao terceiro fator, as enzimas possuem valores ótimos
de pH para as suas atividades catalíticas. Em geral, a maioria das
enzimas tem atividade catalítica máxima em pH neutro, porém algumas
enzimas possuem outros valores ótimos de pH. Por exemplo: a pepsina
(a enzima proteolítica do suco gástrico), que possui pH ótimo em torno
de 2 a 3.
Figura 1.18 | Modelo do ajuste induzido
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Fonte: elaborada pelo autor.
REFLITA
A hipotermia tem papel de neuroproteção em casos de
lesões neurológicas, como em casos de acidentes vasculares
encefálicos isquêmicos (AVEi). Após o retorno da oxigenação
ao tecido isquêmico, o estresse oxidativo pode promover
lesões adicionais na área lesada. O estresse oxidativo é um
processo que envolve enzimas na produção de espécies
reativas de oxigênio. Considerando apenas esse mecanismo
�siopatológico, re�ita como a hipotermia pode preservar a
zona de penumbra isquêmica (tecido nervoso em risco que
circunda a área isquêmica central). A hipotermia poderia ser
útil também nas lesões isquêmicas do miocárdio?
A nomenclatura das enzimas é dada conforme o substrato ou a reação
química catalisada e o su�xo -ase. Por exemplo: a lactase, enzima que
catalisa a hidrólise da lactose, o açúcar encontrado no leite. Outro
exemplo: a aspartato aminotransferase, enzima que catalisa a
transferência do grupo amino do glutamato para o oxaloacetato, o que
resulta na formação do aspartato. Há exceções na nomenclatura de
enzimas, pois algumas mantêm os seus nomes originais, como a
pepsina (protease presente no suco gástrico) e a tripsina (protease
presente no suco pancreático). Para manter atividade catalítica
adequada, as enzimas precisam da participação de um componente
químico chamado de cofator. A holoenzima é o nome dado para o
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conjunto formado pela enzima e pelo cofator. Os cofatores podem ser
íons inorgânicos ou moléculas orgânicas. Como exemplos de íons
inorgânicos como cofatores, temos o íon  na hexocinase (enzima
que catalisa a transferência do grupo fosfato do ATP para a glicose com
a formação do produto glicose 6-fosfato) e o íon  na anidrase
carbônica (enzima que catalisaas reações químicas do sistema-tampão
do íon bicarbonato). As moléculas orgânicas que atuam como cofatores
são chamadas de coenzimas, em geral, derivadas de vitaminas. Como
exemplos de coenzima, temos a �avina adenina dinucleotídeo ou FAD,
derivada da vitamina B2 ou ribo�avina, presente na succinato
desidrogenase (enzima que catalisa a conversão do fumarato em
succinato no ciclo de Krebs), e o tetrahidrofolato, derivado do ácido
fólico, presente em várias reações químicas de síntese de aminoácidos e
nucleotídeos.
Muitas proteínas têm importância na prática clínica, atuando como
biomarcadores para diagnóstico e prognóstico de doenças ou danos
teciduais. No caso de lesões isquêmicas do miocárdio, que podem
evoluir para o infarto agudo do miocárdio (IAM), temos os seguintes
biomarcadores:
1. Creatina quinase – 2 ou CK-2 ou CK-MB: a creatina quinase é a
enzima que catalisa a fosforilação da creatina, formando a
fosfocreatina, um reservatório de energia para os tecidos. Essa
enzima é formada por duas subunidades, B e M. Existem três
isoformas da enzima: CK-1 ou CK-BB (encontrada no encéfalo e
músculo liso), CK-2 ou CK-MB (encontrada no miocárdio) e CK-3 ou
CK-MM (predominante no músculo esquelético). Quando há lesão
das células do miocárdio, como ocorre em caso de infarto agudo do
miocárdio (IAM), CK-2 ou CK-MB é liberada para a corrente
sanguínea, aumentando a sua concentração plasmática. Essa
concentração plasmática se eleva de 3 a 8 horas após a lesão
Mg2+
Zn2+
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miocárdica, atingindo o pico entre 12 e 24 horas, e normaliza em 72
a 96 horas.
2. Troponinas: proteínas que regulam o processo contrátil de
músculos esquelético e cardíaco. Há três tipos: troponina T (possui
a�nidade com a tropomiosina, outra proteína que participa da
regulação da contração muscular), troponina I (possui a�nidade pela
actina, proteína responsável pela contração muscular com a
miosina) e troponina C (possui a�nidade pelos íons cálcio,
responsáveis pelo início da contração muscular). As �bras
musculares cardíacas possuem as troponinas T (TnT) e I (TnI)
especí�cas, enquanto que a troponina C é não especí�ca. Assim,
quando há lesão no miocárdio, as troponinas cardioespecí�cas (cTnT
e cTnI) são liberadas para a corrente sanguínea, havendo um
aumento da concentração plasmática dessas proteínas. Essa
concentração atinge o pico 12 horas após o início da lesão e
permanece elevada por 3 a 10 dias.
3. Mioglobina: proteína presente nas �bras musculares cardíaca e
esquelética e responsável por armazenar e facilitar a difusão de gás
oxigênio no citoplasma das �bras musculares. Apesar da
inespeci�cidade, a dosagem plasmática dessa proteína pode auxiliar
no diagnóstico de infarto agudo do miocárdio (IAM). Após lesão do
miocárdio, a concentração plasmática se eleva em 1 a 2 horas,
atingindo o pico de cerca de 12 horas e normalizando em 24 horas.
Aprofundando um pouco mais na cinética enzimática, vamos analisar
gra�camente a relação entre a velocidade da catálise enzimática e a
variação da concentração de substrato. Essa relação é importante para
entendermos os mecanismos dos inibidores enzimáticos. Então, vamos
estudar a equação de Michaelis-Menten, um modelo para explicar a
relação entre velocidade da reação química e concentração de
substratos. Nesse modelo, foi introduzido um parâmetro para se medir
a a�nidade da enzima pelo seu substrato: a constante de Michaelis (Km).
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Essa constante é uma característica da interação entre uma
determinada enzima e seu substrato, portanto, o valor da constante
varia conforme a enzima envolvida na reação química. O valor da
constante de Michaelis corresponde, numericamente, à concentração
de substrato em que a velocidade da reação química é metade de seu
valor máximo. Quando todos os sítios catalíticos das enzimas envolvidas
estão ocupados pelos substratos, a velocidade da reação química atinge
o seu valor máximo. Podemos visualizar melhor esses conceitos no
grá�co da Figura 1.19.
Figura 1.19 | Grá�co que mostra a relação entre concentração de substrato e velocidade
da reação química catalisada por enzima
Fonte: elaborada pelo autor.
O valor da constante de Michaelis determina a a�nidade da enzima pelo
substrato. Um valor de constante alto indica baixa a�nidade, pois é
necessária uma maior concentração de substrato para se interagir com
as enzimas e atingir a metade da velocidade máxima da reação química.
Já um valor de constante baixo indica alta a�nidade da enzima pelo
substrato, pois uma concentração menor de substratos já é o su�ciente
para se alcançar a metade da velocidade máxima da reação química. Na
Figura 1.20, temos a comparação, no grá�co, de dois diferentes valores
de constante de Michaelis (Km).
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Figura 1.20 | Grá�co que compara a cinética enzimática de duas enzimas com valores
diferentes de constante de Michaelis
Fonte: elaborada pelo autor.
EXEMPLIFICANDO
A constante de Michaelis pode explicar a sensibilidade de
algumas pessoas às bebidas alcóolicas. O etanol ingerido nas
bebidas sofre metabolismo no fígado, sendo convertido, em
uma reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase, em
acetaldeído. Em seguida, a enzima aldeído desidrogenase
catalisa a conversão do acetaldeído em acetato, e há duas
isoformas de aldeído desidrogenase, uma mitocondrial com
valor de Km mais baixo e uma citoplasmática com valor mais
alto de Km. Nas pessoas mais sensíveis ao etanol, a isoforma
mitocondrial é menos ativa, e, desse modo, o acetaldeído
acaba sendo metabolizado de forma predominante pela
isoforma citoplasmática. O resultado é uma reação química
mais lenta, decorrente da menor a�nidade do acetaldeído
pela enzima, o que leva a um acúmulo de acetaldeído no
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organismo. O acúmulo dessa substância é o responsável
pelos sintomas desagradáveis que algumas pessoas mais
sensíveis ao etanol sentem, como taquicardia e rubor facial.
A atividade enzimática pode ser interrompida ou reduzida pela ação de
substâncias chamadas de inibidores. Esses inibidores interagem com as
enzimas, alterando os parâmetros da cinética química, como a
velocidade máxima da reação química e a constante de Michaelis. Os
inibidores são importantes para a regulação de vias metabólicas, como
também na prática clínica, pois muitos fármacos e substâncias tóxicas
atuam na inibição de enzimas. A inibição da enzima pode ser reversível,
quando ocorre a dissociação rápida da interação entre inibidor e
enzima, ou irreversível, quando a dissociação da interação entre inibidor
e enzima ocorre muito lentamente ou, até mesmo, não ocorre.
Os tipos mais comuns de inibição reversível são a competitiva e a não
competitiva. Na inibição competitiva, o inibidor compete com o
substrato pelo sítio catalítico, reduzindo a velocidade da reação química.
O valor da constante de Michaelis é aumentado na presença do inibidor
competitivo, o que indica que uma maior concentração de substrato é
necessária para se atingir a metade da velocidade máxima da reação
química. A inibição competitiva pode ser neutralizada com o aumento
da concentração de substrato, e como os inibidores competitivos
podem bloquear vias metabólicas, são chamados também de
antimetabólitos. Muitos antimetabólitos são usados na prática da saúde
para tratamento de várias condições clínicas. O fármaco metotrexato,
utilizado na quimioterapia do câncer, é um antimetabólito que inibe de
forma competitiva a enzima di-hidrofolato redutase, bloqueando vias
metabólicas de biossíntese de bases nitrogenadas purinas e pirimidinas
que entram na composição dos nucleotídeos. Outro exemplo é o grupo
das estatinas (como exemplo, temos: Atorvastatina e Sinvastatina),
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fármacos que inibem de forma competitiva a enzima hidroxi-
metilglutaril-CoA-redutase (HMG-CoA-redutase) e, consequentemente,
reduzem a síntese de colesterol pelas células.Na inibição não competitiva, o inibidor e o substrato ligam-se em sítios
diferentes na mesma enzima. Dessa maneira, o inibidor pode se ligar
tanto à enzima livre quanto à enzima ligada ao substrato. A inibição não
competitiva não é anulada com o aumento da concentração de
substratos, como ocorre na inibição competitiva; os inibidores não
competitivos não alteram a a�nidade da enzima pelo substrato, por
isso, o valor da constante de Michaelis não é alterado, porém a
velocidade máxima da reação química é reduzida. Em geral, os
inibidores não competitivos estão mais relacionados com a Toxicologia,
como os pesticidas organofosforados, que inibem de forma não
competitiva a enzima acetilcolinesterase, responsável por catalisar a
hidrólise da acetilcolina. Outro exemplo é o chumbo, que reage com os
grupos sul�drila (-SH) dos resíduos de cisteína, inibindo, de forma não
competitiva, várias enzimas. Na Figura 1.21, podemos comparar a
cinética da catálise enzimática em 3 situações: apenas com a enzima, a
enzima com o inibidor competitivo e a enzima com inibidor não
competitivo.
Figura 1.21 | Grá�co que compara as curvas da reação em três situações: apenas com a
enzima, enzima + inibidor competitivo e enzima + inibidor não competitivo
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Fonte: elaborada pelo autor.
Os inibidores irreversíveis ligam-se, de forma muito estável, aos sítios
catalíticos das enzimas. A dissociação desses inibidores das enzimas
ocorre de forma muito lenta ou inutiliza a enzima. Nas duas situações, a
atividade catalítica da enzima está prejudicada, e um exemplo é o ácido
acetilsalicílico, um anti-in�amatório não esteroide que inibe, de forma
irreversível, a enzima ciclo-oxigenase (COX). O antibiótico penicilina,
outro exemplo, atua como inibidor irreversível da enzima
transpeptidase bacteriana, enzima que catalisa a ligação cruzada entre
as moléculas de peptideoglicano, essencial para a estabilidade da
parede celular da bactéria. Outro exemplo que podemos citar é o
alopurinol, um fármaco utilizado no tratamento de gota, que inibe, de
forma irreversível, a enzima xantina-oxidase, o que impede a geração de
ácido úrico.
Aqui, terminamos esta seção dedicada ao estudo das propriedades
físico-químicas e funcionais das proteínas, bem como das enzimas e sua
atividade catalítica. Trata-se da última seção da Unidade 1; na próxima,
iniciaremos a Unidade 2, que será dedicada ao estudo dos carboidratos.
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FAÇA A VALER A PENA
Questão 1
Considerando a relação estrutura-função, a capacidade funcional de
uma proteína é dependente da sua estrutura tridimensional. Durante o
dobramento da proteína, há a formação de fendas, chamadas de sítios
ativos, nas quais há interação com o substrato ou ligante. Dessa
maneira, a proteína exerce a sua função.
Baseando-se nos seus conhecimentos sobre a organização estrutural
das proteínas, assinale a alternativa correta.
a. Com a desnaturação, a proteína retorna à sua estrutura primária, porém ainda mantém
função devido à preservação dos sítios ativos.
b. A estrutura terciária é composta por arranjos de aminoácidos que se repetem ao longo da
cadeia polipeptídica.
c. Na estrutura primária, a sequência linear é mantida pelas ligações de hidrogênio entre os
aminoácidos.
d. Tanto na estrutura terciária quanto na estrutura quaternária, a proteína apresenta
capacidade funcional.
e. As ligações químicas que estabilizam a estrutura terciária são fortes e só rompidas pela
ação de enzimas especí�cas
Questão 2
O conjunto de proteínas do organismo é constantemente renovado
(turnover proteico). Essa renovação proteica depende da integração dos
processos de síntese e de degradação das proteínas. Esses processos
são altamente regulados para manter a quantidade adequada de
proteínas para as diversas funções, desde metabólicas até o controle do
crescimento e de diferenciações celulares.
Considerando os conceitos aprendidos sobre síntese e degradação
proteicas, assinale a alternativa correta.
a. As informações da sequência de aminoácidos estão armazenadas no DNA, que, por sua vez,
associa-se aos ribossomos para a síntese de proteínas em um processo chamado de
transcrição.
b. A proteína-alvo é marcada por poliubiquitina para ser reconhecida pela unidade regulatória
do proteassomo e, em seguida, é direcionada ao centro catalítico, onde é degradada em
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REFERÊNCIAS
pequenos peptídeos.
c. A marcação pela ubiquitina é essencial para que a proteína-alvo seja reconhecida por
receptores especí�cos nos lisossomos. Em seguida, em pH alcalino, as proteases lisossomais
degradam a proteína-alvo.
d. As proteínas extracelulares são endocitadas pela célula e o endossomo se funde com o
lisossomo. No interior do lisossomo, ocorre a proteólise dependente de ATP dessas proteínas
mediada pelo proteassomo.
e. As informações contidas no DNA são transcritas no RNA mensageiro, que, em seguida,
associa-se aos proteassomos. Dessa maneira, as informações do RNA mensageiro são
traduzidas em sequência de aminoácidos pelo proteassomo.
Questão 3
As enzimas são uma classe especial de proteínas, essenciais para a
manutenção da vida. As vias metabólicas relacionadas à produção de
energia, biossíntese e degradação são dependentes das enzimas. Em
casos de enzimas defeituosas, as reações químicas catalisadas por essas
enzimas são prejudicadas e, consequentemente, desenvolve-se um
quadro patológico.
Em relação às propriedades estruturais e funcionais das enzimas,
assinale a alternativa correta.
a. Apesar de interagir corretamente com a fenilalanina, a enzima fenilalanina hidroxilase não
consegue reduzir a energia de ativação da reação de conversão da fenilalanina em tirosina,
por isso, desenvolve-se um quadro patológico: a fenilcetonúria.
b. A atividade das enzimas não depende do pH do meio, por isso, a manutenção do pH
sanguíneo por sistemas-tampão é desnecessária para a capacidade funcional das enzimas.
c. O ácido ascórbico (vitamina C) é cofator de enzimas para a hidroxilação da prolina e lisina
no colágeno. Apesar de atuar como cofator, a ausência de ácido ascórbico não interfere nas
propriedades funcionais do colágeno.
d. Na catálise enzimática, as enzimas aumentam a energia de ativação, pois, assim, mais
moléculas de substrato passam a ter energia su�ciente para romper as ligações entre os
átomos, o que favorece a formação dos produtos.
e. Muitas enzimas têm importância clínica no diagnóstico e prognóstico de doenças ou danos
teciduais. Um exemplo é a creatina quinase tipo 2 ou MB, que é biomarcador de lesões no
músculo cardíaco.
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7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.
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