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B IO Q U ÍM IC A 35www.biologiatotal.com.br R Grupamento Amino Hidrogênio Grupamento Carboxila (ácido carboxílico) Agrupamento “R” ou cadeia lateral Fórmula geral de um aminoácido PROTEÍNAS CLASSE EXEMPLO Enzimas tripsina, maltase Transporte hemoglobina, mioglobina Contrácteis actina, miosina Protetoras anticorpos, fibrinogênio Hormônios insulina, prolactina Estruturais colágeno, elastina As proteínas são macromoléculas, isto é, moléculas grandes, constituídas por unidades chamadas aminoácidos. Algumas propriedades importantes dos seres vivos estão associadas a elas: a facilitação para a ocorrência de reações químicas (enzimas), o transporte de oxigênio (hemoglobina), a transmissão de informações (hormônios), a composição estrutural das células (membranas, túbulos, etc.), a defesa orgânica (anticorpos), etc. Classificação das proteínas quanto à função biológica O que distingue O que distingue uma proteína da outra é o número de aminoácidos, o tipo de aminoácidos e a sequência na qual eles estão ligados. Todos os aminoácidos possuem um átomo de carbono central, ao qual se ligam um grupo carboxila (COOH), que confere caráter ácido, um grupo amina (NH2), que tem caráter básico, um átomo de hidrogênio e um radical R, variável de um aminoácido para outro. O radical R pode ser um átomo de hidrogênio, um grupo ou grupos mais complexos, contendo carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre. Os animais podem sintetizar aminoácidos a partir de açúcar, graças à transferência do grupo NH2 das proteínas da dieta. Podem, ainda, transformar alguns aminoácidos em outros. Todavia, existem alguns aminoácidos que não podem ser produzidos pelos animais, e precisam ser conseguidos na alimentação. São os aminoácidos essenciais. Aqueles que podem ser sintetizados nas células animais são chamados aminoácidos naturais. AS REAÇÕES DE SÍNTESE E HIDRÓLISE DAS PROTEÍNAS As proteínas, ou cadeias polipeptídicas são formadas pela união entre aminoácidos. As ligações entre os aminoácidos são denominadas ligações peptídicas e ocorrem entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amina de outro aminoácido. Para o organismo aproveitar as proteínas como fonte de aminoácidos, deve ocorrer ação enzimática na digestão das proteínas, que ocorre no estômago e no intestino, para quebrar as ligações peptídicas. Como cada ligação peptídica é formada entre dois aminoácidos, uma proteína com 100 (cem) aminoácidos apresentará 99 (noventa e nove) ligações peptídicas. AS ESTRUTURAS DAS PROTEÍNAS O número de aminoácidos é muito variável de uma proteína para outra, veja os exemplos abaixo: Insulina bovina - 51 aminoácidos Hemoglobina humana - 574 aminoácidos Desidrogenase glutâmica - 8.300 aminoácidos A sequência linear de aminoácidos de uma proteína define sua estrutura primária. 36 B IO Q U ÍM IC A O filamento de aminoácidos se enrola ao redor de um eixo, formando uma escada helicoidal chamada alfa-hélice. É uma estrutura estável, cujas voltas são mantidas por ligações de hidrogênio. Tal estrutura helicoidal é a estrutura secundária da proteína. As proteínas estabelecem outros tipos de ligações entre suas partes. Com isto, dobram sobre si mesmas, adquirindo uma configuração espacial tridimensional chamada estrutura terciária. Essa configuração pode ser filamentar como no colágeno, ou globular, como nas enzimas. Tanto o estabelecimento de ligações de hidrogênio como o de outros tipos de ligações dependem da sequência de aminoácidos que compõem a proteína. Uma alteração na sequência de aminoácidos (estrutura primária) implica em alterações nas estruturas secundária e terciária da proteína. Como a função de uma proteína se relaciona com sua forma espacial, também será alterada. Muitas proteínas são formadas pela associação de dois ou mais polipeptídios (cadeias de aminoácidos). A maneira como estas cadeias se associam constitui a estrutura quaternária dessas proteínas. Estruturas das proteínas, começando pela primária (cadeia de aminoácidos), secundária (dobramentos devidos às ligações), terciária (enovelamento) e quaternária (conjugação de mais de uma proteína). DESNATURAÇÃO DAS PROTEÍNAS Quando as proteínas são submetidas à elevação de temperatura, a variações de pH ou a certos solutos como a ureia, sofrem alterações na sua configuração espacial, e sua atividade biológica é perdida. Este processo se chama desnaturação. Ao romper as ligações originais, a proteína sofre novas dobras ao acaso. Geralmente, as proteínas se tornam insolúveis quando se desnaturam. Na desnaturação, a sequência de aminoácidos não se altera e nenhuma ligação peptídica é rompida. Isto demonstra que a atividade biológica de uma proteína não depende apenas da sua estrutura primária, embora esta seja o determinante da sua configuração espacial. Algumas proteínas desnaturadas, ao serem devolvidas ao seu meio original, podem recobrar sua configuração espacial natural. Todavia, na maioria dos casos, nos processos de desnaturação por altas temperaturas ou por variações extremas de pH, as modificações são irreversíveis. Como é o caso da clara do ovo que se solidifica e se torna branca, ao ser cozida, mas não se liquefaz nem volta a ser transparente, quando esfria. B IO Q U ÍM IC A 37www.biologiatotal.com.br A importância das proteínas no organismo humano. AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS As proteínas desempenham quatro funções importantes para os seres vivos: As proteínas estruturais estão presentes em estruturas esqueléticas, como ossos, tendões e cartilagens, unhas, cascos, etc., além da membrana celular. As proteínas hormonais atuam no metabolismo como mensageiros químicos, como a insulina e o glucagon que controlam a glicemia do sangue e o hormônio de crescimento denominado somatotrofina, secretado pela hipófise. As proteínas de defesa imunológica são as imunoglobulinas (anticorpos). As proteínas de ação enzimática (enzimas) são importantes como catalisadores biológicos favorecendo reações do metabolismo celular, como as proteases, a catalase, a desidrogenase, entre outras. PAPEL FUNÇÃO EXEMPLO Hormonal Controle Metabólico Insulina, Glucagon Estrutural Proteínas de Reserva Albumina, Caseina Proteínas de Transporte Hemoglobina e Transferrina Proteínas Contráteis Miosina e Actina Componentes de Tecidos Colágeno, Elastina, Reticulina Defesa Anticorpos Imuglobulinas Controle Catalisadoras (Enzimas) Pesina, Tripsina ENZIMAS As enzimas são responsáveis por catalisar milhares de reações químicas que constituem o metabolismo celular. Os catalisadores são substâncias que interferem na velocidade de uma reação química, sem sofrer alteração. Como todo catalisador, a enzima pode participar de uma reação várias vezes, podendo realizar uma mesma reação química milhares de vezes por segundo. Todas as enzimas são proteínas. Portanto, sua produção é subordinada ao controle do DNA. É através da produção de enzimas específicas que o DNA comanda todo o metabolismo celular. Sendo proteínas, quando submetidas a fatores capazes de modificar sua configuração espacial natural, podem perder suas propriedades catalíticas. Algumas enzimas só atuam quando ligadas a um outro composto, chamado cofator. O cofator pode ser um metal (Zn, Fe, Mg, Mn, etc.) ou uma molécula orgânica designada por coenzima. As vitaminas da dieta, geralmente, são coenzimas. As reações químicas ocorrem quando ligações químicas das moléculas reagentes são rompidas e novas ligações são formadas, originando novas moléculas. Para que aconteçam, as moléculas reagentes devem alcançar um nível de energia maior que o normal (estado de transição). A 38 B IO Q U ÍM IC A energia necessária para elevar o nível energético dos reagentes a este estado de transição é a energia de ativação. Pode ser comparada à energia necessária para levar uma pedra até o alto de uma montanha, de onde irá rolar. Funcionamento deuma enzima sobre um substrato. Caminho de uma reação catalisada e não catalisada. Na presença de um catalisador, as moléculas atingem o estado de transição em um nível energético inferior aquele que atingiram na sua ausência. Portanto, os catalisadores aumentam a velocidade da reação porque diminuem a energia de ativação necessária. Quando os produtos são formados, o catalisador se desprende, inalterado. Quando o catalisador é uma enzima, os reagentes são chamados substratos. O nome de uma enzima pode indicar o tipo de reação catalisada (hidrolase, transaminase, desidrogenase, etc.) ou substrato sobre o qual ela atua (amilase, protease, lipase, etc.). As enzimas atuam oferecendo às moléculas dos substratos um local para aderirem e aonde a reação irá se processar. Tal local é o centro ativo. A ligação entre o substrato e o centro ativo é muito precisa e específica. A estrutura do centro ativo depende da configuração espacial da enzima. Alterações na estrutura tridimensional da enzima podem torná-la inativa, por impedir o encaixe do substrato no centro ativo. A ligação da enzima com seu substrato tem, portanto, grande especificidade. FATORES QUE MODIFICAM A AÇÃO ENZIMÁTICA EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO A enzima E combina-se com o substrato S, formando um complexo ES, em uma reação rápida. Em uma reação mais lenta, o complexo ES se desfaz, originando o produto P e liberando a enzima. Se a concentração da enzima for constante, aumentos sucessivos na concentração do substrato são acompanhados por aumentos cada vez menores na velocidade da reação. Atinge-se um ponto no qual novos aumentos não provocarão elevação na velocidade. Ao ser alcançada a velocidade máxima, a enzima encontra-se saturada e não pode atuar mais rapidamente. Todas as moléculas da enzima encontram- se em atividade. Este é um exemplo de saturação, onde a velocidade máxima da reação é alcançada, conhecida como Constante de Michaelis Menten. EFEITO DA TEMPERATURA Sabe-se que a velocidade das reações químicas aumenta com a elevação da temperatura. Todavia, nas reações catalisadas por enzimas, a velocidade tende a diminuir quando a temperatura passa de 35°C a 40°C. Isso ocorre porque temperaturas elevadas alteram a estrutura secundária, terciária e até quaternária da enzima, afetando sua configuração espacial. Em temperaturas superiores a 70 °C as reações enzimáticas cessam para os humanos, pois deve ocorrer desnaturação da enzima. B IO Q U ÍM IC A 39www.biologiatotal.com.br O pH ótimo das principais enzimas digestivas. Existe, portanto, uma temperatura na qual a atividade da enzima é máxima, a temperatura ótima. Nos animais homeotérmicos, cuja temperatura corporal é constante, a temperatura ótima está entre 35°C e 40 °C. Nos pecilotérmicos, de temperatura variável, as enzimas atuam em temperatura de 25°C, aproximadamente. As enzimas não se tornam inativadas pelo congelamento. A velocidade das reações diminui com a queda da temperatura, podendo mesmo cessar. Porém, a atividade catalítica reaparece, quando a temperatura se eleva a valores normais. A diminuição da atividade enzimática e da taxa metabólica em baixas temperaturas é útil para o congelamento de sêmen e de embriões, para a conservação de órgãos para transplantes ou para a preservação de órgãos durante a realização de cirurgias. EFEITO DO PH As enzimas têm um pH ótimo no qual sua atividade biológica é máxima. Em valores abaixo (mais ácido) ou acima (mais básico) desse pH, a atividade biológica diminui porque a estrutura tridimensional da enzima se altera. O pH ótimo varia de enzima para enzima. Enzima pH ótimo Pepsina 2,0 Tripsina 8,5 Ptialina 6,8 Os gráficos a seguir mostram como o fator pH influencia na atividade enzimática. ANOTAÇÕES 40 B IO Q U ÍM IC A LEITURA COMPLEMENTAR Entender as informações e quantidades presentes em rótulos e tabelas nutricionais é fundamental para que possamos fazer boas escolhas para nossa saúde e alimentação. Algumas das informações podem ser de difícil compreensão e por isso destacamos alguns pontos que você precisa estar ligado (a) na hora de realizar uma boa compra! Para que nós, consumidores, possamos fazer escolhas conscientes quando compramos nossos alimentos, precisamos entender as informações contidas nas embalagens. Nesta semana, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) informou que a população ainda considera as informações das tabelas nutricionais de difícil compreensão e por isso, estas são pouco usadas pelos consumidores. A população se queixa de que são necessários conhecimentos e tempo, para entender e utilizar os dados das tabelas. Hoje, algumas das informações obrigatórias nos rótulos dos alimentos são: o valor energético, carboidratos, proteínas, gorduras totais, gorduras saturadas, gorduras trans, fibra alimentar e sódio. Você sabe o que significa cada uma delas? COMO ENTENDER OS RÓTULOS E TABELAS NUTRICIONAIS DOS ALIMENTOS? O valor energético corresponde à energia produzida pelo nosso corpo proveniente dos carboidratos, proteínas e gorduras totais. O valor aqui pode estar expresso em Quilojoules (kJ) ou Quilocalorias (kcal), onde cada kJ corresponde a aproximadamente 4,2 quilocalorias. Os carboidratos são os componentes dos alimentos que fornecem energia para o nosso corpo e atividades diárias, e as proteínas são componentes necessários para a construção e manutenção dos nossos órgãos, tecidos e células. As gorduras merecem atenção, já que no rótulo dos alimentos aparecem 3 tipos delas: totais, saturadas e trans. As gorduras totais são a soma de todos os tipos de gordura encontradas em um alimento. As saturadas correspondem aos alimentos de origem animal e devem ter seu consumo controlado, já que o seu consumo em excesso aumenta o risco de desenvolvermos doenças do coração. Gorduras trans são encontradas em grandes quantidades em alimentos industrializados e o consumo delas deve ser reduzido, já que o nosso corpo não necessita desse tipo de gordura. As fibras alimentares estão presentes principalmente em alimentos de origem vegetal, e seu consumo é fundamental para um bom funcionamento do intestino. O sódio, por sua vez, está presente no sal de cozinha e também em alimentos industrializados, e seu consumo não pode ser em excesso, já que isso pode levar a um aumento da pressão arterial. A primeira informação que você precisa saber é que a lista de ingredientes do produto está em ordem decrescente, isto é, o primeiro ingrediente é aquele em maior quantidade no produto e o último, em menor quantidade. Fique atento (a)! Exemplo de tabela nutricional contida em um alimento. B IO Q U ÍM IC A 41www.biologiatotal.com.br Além de ficar ligado(a) nas quantidades da tabela nutricional, atente-se quanto aos valores diários também presentes nos rótulos. O valor diário é a quantidade dos nutrientes que a população deve consumir para ter uma alimentação saudável, e diferentes nutrientes, têm diferentes valores. Não é necessário ficar somando quantidades para verificar se você atingiu a recomendação diária. O importante é escolher alimentos saudáveis, avaliando as informações contidas nos rótulos. Entender essas informações possibilita um aumento na proteção e na promoção da saúde da população e uma melhoria significativa da nossa alimentação. E aí, pronto para começar a desvendar os rótulos dos alimentos? Fonte: Anvisa. ANOTAÇÕES 42 B IO Q U ÍM IC A novo linknovo link https://bit.ly/2BYPpzL https://bit.ly/2BYPpzL EX ER CÍ CI O S 43www.biologiatotal.com.br (FUVEST 2013) Louis Pasteur realizou experimentos pioneiros em Microbiologia. Para tornar estéril um meio de cultura, o qual poderia estar contaminado com agentes causadores de doenças, Pasteur mergulhava o recipiente que o continha em um banho de água aquecida à ebulição e à qual adicionava cloreto de sódio. Com a adiçãode cloreto de sódio, a temperatura de ebulição da água do banho, com relação à da água pura, era ______. O aquecimento do meio de cultura provocava _______. As lacunas podem ser corretamente preenchidas, respectivamente, por: maior; desnaturação das proteínas das bactérias presentes. menor; rompimento da membrana celular das bactérias presentes. a mesma; desnaturação das proteínas das bactérias. maior; rompimento da membrana celular dos vírus. menor; alterações no DNA dos vírus e das bactérias. (UPF 2014) Celulose, esteroides, RNA e albumina são exemplos dos seguintes tipos de moléculas orgânicas, respectivamente: proteína, carboidratos, lipídio, ácido nucleico. carboidrato, lipídios, ácido nucleico, proteína. carboidrato, proteínas, ácido nucleico, lipídio. lipídio, carboidratos, proteína, ácido nucleico. proteína, carboidratos, ácido nucleico, lipídio. a a a a b b b b c c c c d d e d d e e EXERCÍCIOS (UECE 2015) A Astrobiologia, uma ciência moderna que trata de investigar a existência de moléculas orgânicas em outros planetas, asteroides e meteoros, aponta em pesquisas recentes a “importação” de aminoácidos por meteoritos que caíram na Terra. Tais moléculas são de grande relevância para o estudo da vida, pois são: os monômeros dos ácidos nucleicos. os monômeros construtores de proteínas. moléculas básicas para a atividade da maioria das enzimas. coenzimas de importante relevância no processo de síntese proteica. (PUCPR 2015) Rosto vermelho depois de beber pode sinalizar risco de câncer. Manifestação está ligada à deficiência enzimática no metabolismo do álcool. (...) Essa resposta do fluxo sanguíneo, que pode acompanhar náusea e batimentos cardíacos acelerados, é causada, principalmente, por uma deficiência herdada numa enzima chamada ALDH2, uma característica compartilhada por mais de um terço da população de famílias do leste asiático – japoneses, chineses ou coreanos. Mesmo meia garrafa de cerveja já pode deflagrar a reação. Adaptado de: http://q1.globo.com./ Noticias?Ciencia/0,,MUL1057722-5603,00-ROSTO+VERMELHO+D EPOIS+DE+BEBER+PODE+SINALIZAR+RISCO+DE+CANCER.html. Acesso em: 17.04.2015. 1 3 4 2 Assinale a alternativa que NÃO caracteriza a ação das enzimas. Aumentam a velocidade das reações químicas. Não se misturam aos produtos formados, isto é, não são consumidas na reação. Aumentam a energia de ativação das reações químicas. São produzidas de acordo com a informação contida no DNA. Atuam como catalisadores orgânicos nas reações. (UFRGS 2014) Os quatro tipos de macromoléculas biológicas estão presentes, aproximadamente, nas mesmas proporções, em todos os organismos vivos. Sobre essas macromoléculas, assinale a alternativa correta. As vitaminas são triglicerídeos sintetizados no fígado e podem funcionar como coenzimas. Os polissacarídeos, como a frutose e o glicogênio, são respectivamente compostos armazenadores de energia em plantas e animais. As proteínas têm, entre as suas funções, o suporte estrutural, a catálise e a defesa dos organismos. Os ácidos nucleicos são polímeros de nucleotídeos, caracterizados pela presença de hexoses. Os carboidratos, assim como os ácidos nucleicos, podem funcionar como material hereditário. a b c d e 5 44 EX ER CÍ CI O S (PUCRJ 2014) Na preparação do meio de cultura para células animais, o técnico de um determinado laboratório esqueceu-se de adicionar o suprimento de aminoácidos. Que moléculas terão sua formação imediatamente prejudicada? Lipídios Glicídios Nucleotídeos Proteínas Ácidos nucleicos (UEG 2013) As enzimas são moléculas de proteínas que funcionam como efetivos catalisadores biológicos. A sua presença nos seres vivos é essencial para viabilizar as reações químicas, as quais, em sua ausência, seriam extremamente lentas ou até mesmo não ocorreriam. Considerando-se a propriedades desses biocatalisadores, constata-se o seguinte: a mioglobina presente nos músculos é um exemplo de enzima. as enzimas aumentam a energia de ativação de uma reação química. com o aumento da temperatura, a atividade catalítica atinge um ponto máximo e depois diminui. essas moléculas alteram a posição de equilíbrio das reações químicas. (UECE 2016) Atente à seguinte representação químico- estrutural de um aminoácido. (UFG 2013) Uma reportagem em relação à definição do que é o leite de fato foi veiculada na Folha de S. Paulo, edição do dia 16/09/2012 (página C7). Segundo essa reportagem: “leite é um produto natural composto de água, gordura, vitaminas, proteínas, enzimas e lactose...”. Dentre essas substâncias mencionadas, a classe que é um catalisador biológico é a: dos lipídios. dos minerais. das enzimas. das vitaminas. dos glicídios. (PUCCAMP 2017) O glúten é formado pelas proteínas gliadina e glutenina, que se encontram naturalmente na semente de muitos cereais, como trigo, cevada, centeio e aveia. A formação das proteínas depende da união dos aminoácidos por meio de ligações do tipo: glicosídicas. peptídicas. fenólicas. aromáticas. lipídicas. (CFTMG 2010) Todas as atividades celulares dependem, de certa forma, da ação de proteínas, entre as quais, algumas são especiais e denominadas enzimas, cuja função é: catalisar as reações biológicas. promover a adesão entre as células. servir como depósito temporário de glicose. lubrificar as juntas esqueléticas dos animais. a a a a a a b b b b b b c c c c c c d e d d d d d e e 6 7 11 8 9 10 Considerando a figura acima, assinale a afirmação verdadeira. Observa-se a presença de um carbono central α (alfa) responsável pela diferenciação entre os 20 aminoácidos. O quarto ligante é um radical chamado genericamente de R ou cadeia lateral R de forma constante ou inalterada nos 20 aminoácidos. Um grupamento carboxila, um grupamento amina, um grupo R e um átomo de hidrogênio estão ligados ao carbono central. Além desses 20 tipos de aminoácidos principais, há alguns aminoácidos especiais que só aparecem em alguns tipos de proteínas e não possuem o grupo amina. EX ER CÍ CI O S 45www.biologiatotal.com.br (UPF 2016) As proteínas desempenham diversas funções fisiológicas e estruturais nos seres vivos. Com relação a essas substâncias, é incorreto afirmar: Cada indivíduo produz as suas próprias proteínas, que são codificadas de acordo com o seu material genético. As proteínas são constituintes, juntamente com os lipídios, das biomembranas celulares. Na membrana plasmática, desempenham papéis importantes na permeabilidade. Proteínas especiais ligam-se ao DNA de seres eucariotos para formar a cromatina. São todas constituídas por sequências monoméricas de aminoácidos e monossacarídeos. Diferem umas das outras pelo número, pelo tipo e pela sequência de aminoácidos que as constituem. (UECE 2015) As proteínas observadas na natureza evoluíram pela pressão seletiva para efetuar funções específicas, e suas propriedades funcionais dependem da sua estrutura tridimensional. Sobre essas biomoléculas, é correto afirmar que a estrutura tridimensional das proteínas surge porque sequências de aminoácidos em cadeias polipeptídicas se enovelam a partir de uma cadeia enovelada em domínios compactos com estruturas tridimensionais específicas. as cadeias polipeptídicas das proteínas são normalmente compostas por 20 aminoácidos diferentes que são ligados não covalentemente durante o processo de síntese pela formação de uma ligação peptídica. as interações que governam o enovelamento e a estabilidade das proteínas são: interações não covalentes, forças eletrostáticas, interações de Van der Waals, pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas. os 20 aminoácidos que compõem proteínas possuem em comum somente o Carbono alfa e o grupamento amino (NH2). a a a a a b b b b b cc c c c d d d d d e e e e 12 13 a b c d e (ENEM 2ª APLICAÇÃO 2010) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam- se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? (UFPR 2010) Boa parte das proteínas são classificadas como enzimas e apresentam papel importante no processo de aumento da velocidade de uma reação química. Sobre as enzimas do corpo humano, é correto afirmar: Apresentam capacidade de suportar grandes variações de pH, solubilidade e temperatura sem perder as suas características funcionais. Em geral, uma mesma enzima pode apresentar diferentes aplicações, trabalhando com um grande número de substratos. Essa flexibilidade é dada pela capacidade das enzimas em alterar a sua conformação de acordo com o substrato. As enzimas apresentam alta especificidade com o seu respectivo substrato, devido às características químico- estruturais do sítio de ligação geradas pela estrutura tridimensional da própria enzima. As enzimas apresentam a característica de sinalizarem e desencadearem respostas fisiológicas a partir do seu reconhecimento por um receptor. Em geral são produzidas em algum tecido específico, diferente daquele onde se desencadeia a resposta. As enzimas apresentam a capacidade de serem reguladas somente pelos produtos diretamente formados pela sua atividade, em um processo denominado retroalimentação negativa. (UESPI 2012) O funcionamento dos organismos vivos depende de enzimas, as quais são essenciais às reações metabólicas celulares. Essas moléculas: possuem cadeias nucleotídicas com dobramentos tridimensionais que reconhecem o substrato numa reação do tipo chave-fechadura. diminuem a energia de ativação necessária à conversão dos reagentes em produtos. aumentam a velocidade das reações químicas quando submetidas a pH maior que 8,0 e menor que 6,0. são desnaturadas em temperaturas próximas de 0ºC paralisando as reações químicas metabólicas. são consumidas em reações metabólicas exotérmicas, mas não alteram o equilíbrio químico. (G1 - IFCE 2016) Sobre as proteínas e sua formação, é correto afirmar que leite, ovos e pão são reconhecidos como alimentos ricos em proteínas. as ligações peptídicas, que formam as proteínas, ocorrem entre os grupos carboxila de aminoácidos diferentes. são formadas pela união de vários aminoácidos por meio de ligações glicosídicas. não apresentam função energética. apresentam função plástica, também conhecida como função construtora. 14 15 16 17 Temperatura, superfície de contato e concentração. Concentração, superfície de contato e catalisadores. Temperatura, superfície de contato e catalisadores. Superfície de contato, temperatura e concentração. Temperatura, concentração e catalisadores. 46 EX ER CÍ CI O S (UFPB 2012) O aumento da atividade industrial, embora tenha trazido melhorias na qualidade de vida, agravou os níveis de poluição do planeta, resultantes, principalmente, da liberação de agentes químicos no ambiente. Na tentativa de minimizar tais efeitos, diversas abordagens vêm sendo desenvolvidas, entre elas a substituição de agentes químicos por agentes biológicos. Um exemplo é o uso, na indústria têxtil, da enzima celulase no processo de amaciamento dos tecidos, em substituição aos agentes químicos. Considerando os conhecimentos sobre estrutura e função de proteínas, é correto afirmar que essas moléculas biológicas são úteis no processo industrial citado devido à sua insensibilidade a mudanças ambientais. capacidade de uma única enzima reagir, simultaneamente, com diversos substratos. capacidade de diminuir a velocidade das reações. alta especificidade com o substrato. capacidade de não se reciclar no ambiente. a a a a a b b b b b c c c c c d e d d d d e e e (FATEC 2015) Na indústria têxtil, é uma prática comum aplicar goma aos tecidos no início da produção, para torná-los mais resistentes. Esse produto, entretanto, precisa ser removido posteriormente, no processo de desengomagem. Nesse processo, os produtos têxteis são mergulhados em um banho aquoso com uma enzima do grupo das amilases. Os gráficos nas figuras 1 e 2 representam a eficiência da atividade dessa enzima em diferentes valores de temperatura e pH. (UPF 2015) A maioria das reações metabólicas de um organismo somente ocorre se houver a presença de enzimas. Sobre as enzimas, analise as afirmativas abaixo. I. A ação enzimática sofre influência de fatores como temperatura e potencial de hidrogênio; variações nesses fatores alteram a funcionalidade enzimática. (UEG 2012) Nos seres vivos, os processos celulares de transformação de energia são realizados por meio de reações químicas. As reações químicas são processos nos quais moléculas reagem entre si, transformando-se em outras moléculas, chamadas de produto. A respeito dos processos de transformação de energia nas células, é correto afirmar: nenhuma das atividades celulares envolve liberação de energia na forma de calor. as reações exergônicas que ocorrem na célula são devidas à energia de ativação. as reações químicas que liberam energia são chamadas de endotérmicas e endogônicas. nas reações exergônicas ou exométricas, os reagentes possuem mais energia do que o produto, sendo que parte da energia é liberada sob a forma de calor. (IFCE 2011) O leite materno é o único alimento que contém todos os nutrientes necessários ao bebê durante os primeiros meses de vida, pois, além de fornecer os compostos químicos necessários ao desenvolvimento, ele contém anticorpos que ajudam a prevenir doenças. Essas macromoléculas são classificadas como carboidratos de defesa que desempenham funções biológicas importantes. lipídios protetores que participam da formação de estruturas celulares. proteínas especiais encontradas nos seres vivos. vitaminas fundamentais à nossa saúde que produzem imunidade ativa. ácidos nucleicos constituídos por nucleotídeos. 21 22 23 18 20 19 Com base nas informações apresentadas, está correto afirmar que, para se obter a máxima eficiência da ação da enzima no processo industrial citado no texto, seria necessário manter o banho aquoso de desengomagem a 50ºC e pH ácido, sendo que a enzima age especificamente sobre proteínas. 50ºC e pH ácido, sendo que a enzima age especificamente sobre polissacarídeos. 50ºC e pH básico, sendo que a enzima age especificamente sobre polissacarídeos. 70ºC e pH ácido, sendo que a enzima age especificamente sobre polissacarídeos. 70ºC e pH básico, sendo que a enzima age especificamente sobre proteínas. O modo de ação das enzimas e a análise do gráfico permitem concluir que todas as moléculas de enzimas estão unidas às moléculas de substrato quando a reação catalisada atinge a taxa máxima. com uma mesma concentração de substrato, a taxa de reação com enzima é menor que a taxa de reação sem enzima. a reação sem enzima possui energia de ativação menor do que a reação com enzima. o aumento da taxa de reação com enzima é inversamente proporcional ao aumento da concentração do substrato. a concentração do substrato não interfere na taxa de reação com enzimas porque estas são inespecíficas.(FMP 2016) O gráfico a seguir mostra como a concentração do substrato afeta a taxa de reação química. EX ER CÍ CI O S 47www.biologiatotal.com.br a a b b c c d d e e a a b b c c d d (UERJ 2013) Existem dois tipos principais de inibidores da atividade de uma enzima: os competitivos e os não competitivos. Os primeiros são aqueles que concorrem com o substrato pelo centro ativo da enzima. Considere um experimento em que se mediu a velocidade de reação de uma enzima em função da concentração de seu substrato em três condições: • ausência de inibidores; • presença de concentrações constantes de um inibidor competitivo; • presença de concentrações constantes de um inibidor não competitivo. Os resultados estão representados no gráfico abaixo: (UDESC 2015) Dezenas de milhões de átomos de elementos químicos unem-se e formam os diferentes compostos orgânicos que constituem os seres vivos. Proteínas, glicídios e ácidos nucleicos são exemplos destes compostos orgânicos. Em relação a estes compostos, analise as proposições. I. Proteínas são compostos orgânicos constituídos por carbono, hidrogênio e oxigênio. (PUCMG 2015) O bom funcionamento de nosso organismo depende em parte de rotas metabólicas correlacionadas e controladas. Glicose, lipídeos e proteínas podem servir como fontes de energia para nosso corpo. Diante da decisão de uma pessoa perder peso rapidamente, foram feitas as afirmações a seguir. I. As proteínas possuem funções essenciais ao organismo, como enzimas e elementos estruturais, não sendo então armazenadas como fonte primordial de energia. II. As gorduras apresentam maior conteúdo energético por unidade de massa do que os carboidratos. III. Os músculos podem utilizar tanto suas reservas de glicogênio como ácidos graxos para a produção aeróbica de ATP. IV. Na gliconeogênese alguns aminoácidos podem ser desaminados e usados para produzir glicose para o cérebro, que depende de glicemia adequada para o bom funcionamento. Estão CORRETAS as afirmações: I, II, III e IV. II, III e IV, apenas. I, III e IV, apenas. I, II e III, apenas. (UEPB 2014) Sobre os compostos orgânicos dos seres vivos são apresentadas as proposições abaixo, leia atentamente cada uma delas e, em seguida, relacione o composto à proposição apresentada. I. Carboidratos II. Lipídios III. Proteínas A. São os principais componentes das biomembranas. Apresentam uma região polar e outra apoIar, estando esta característica intimamente ligada à estrutura em bicamada das membranas celulares. B. Elevação da temperatura e alterações no pH do meio podem provocar alteração da estrutura espacial destes compostos, fenômeno este denominado desnaturação. C. São moléculas apolares, utilizadas pelos seres 24 25 26 27 II. São formadas por aminoácidos e algumas delas podem conter também componentes não proteicos adicionais, como, por exemplo, carboidratos, lipídios, metais ou fosfatos. III. Apresentam alteração em sua estrutura após a reação que catalisam, uma vez que perdem aminoácidos durante o processo. IV. A ligação da enzima com seu respectivo substrato tem elevada especificidade. Assim, alterações na forma tridimensional da enzima podem torná-la afuncional, porque impedem o encaixe de seu centro ativo ao substrato. Está correto apenas o que se afirma em: I, II e IV. I , II e III. II, III e IV. III e IV. I, III e IV. A curva I corresponde aos resultados obtidos na ausência de inibidores. As curvas que representam a resposta obtida na presença de um inibidor competitivo e na presença de um não competitivo estão indicadas, respectivamente, pelos seguintes números: II e IV II e III III e II IV e III II. O nitrogênio é um elemento comum tanto às proteínas quanto aos ácidos nucleicos. III. Um elemento fundamental na composição de glicídios, como a glicose e a frutose, é o nitrogênio. IV. Algumas proteínas podem apresentar em sua composição metais, a exemplo, o ferro ou o magnésio. Assinale a alternativa correta. Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. 48 EX ER CÍ CI O S (UERJ 2011) Em um experimento, uma pequena amostra de soro sanguíneo foi colocada em um suporte poroso embebido em meio formado por solução salina mantida em pH 6,0. Através desse suporte estabeleceu-se um circuito elétrico, como mostra o esquema abaixo. (PUCRJ 2013) Considere as afirmações abaixo relativas aos efeitos da elevação da temperatura no funcionamento das reações enzimáticas: I. A elevação da temperatura, muito acima de sua temperatura ótima, pode reduzir a atividade de uma enzima. II. A elevação da temperatura pode desnaturar uma enzima. III. Todas as enzimas têm a mesma temperatura ótima. IV. Algumas enzimas são estáveis no ponto de ebulição da água. Estão corretas: I, II e IV, apenas. I, II e III, apenas. II, III e IV, apenas. II e IV, apenas. todas as afirmações. (FAC. PEQUENO PRÍNCIPE - MEDICI 2016) Leia o texto a seguir, publicado na revista Superinteressante O que arde nem sempre cura A água oxigenada prejudica a cicatrização de um corte? Sim. No geral, o melhor é deixar o corpo cuidar sozinho do fechamento do talho. “Basta limpar bem o local com água ou soro fisiológico”, receita a cirurgiã plástica Lydia Massako Ferreira, da Universidade Federal de São Paulo. A ideia, muito difundida, de que substâncias que fazem a pele arder são boas para a cicatrização é errada. “Elas agridem quimicamente a ferida e só devem ser usadas se há risco de infecção”, aconselha Lydia. Assim, um corte com lâmina ou um joelho ralado no cimento não precisam mais do que uma boa lavada. “A água oxigenada atrapalha a formação das fibras de colágeno que vão preencher o corte”, avisa a dermatologista Núbia Rossetti. Ferimentos feitos com objetos enferrujados pedem cuidado maior. Nesses casos, a água oxigenada e outros antissépticos ajudam, mas deve ser avaliada a necessidade também de uma vacina antitetânica. Todas essas substâncias devem ser usadas, com certeza, quando já existe infecção, pois matam os microrganismos. Disponível em: <http://super.abril.com.br/comportamento/o-que- arde-nem-sempre-cura>. Acesso em: 06/05/2016. O texto relata que o uso de água oxigenada (peróxido de hidrogênio) em ferimentos não é interessante, pois sua oxidação poderia roubar elétrons das moléculas de colágeno produzidas pelos fibroblastos, atrapalhando a cicatrização do ferimento. Ainda assim, muitas pessoas utilizam a água oxigenada em ferimentos, buscando seu poder antisséptico. A água oxigenada possui essa ação porque 29 28 30 PROTEÍNA pl (valores médios)NOME VELOCIDADE DE MIGRAÇÃO gamaglobulina V1 8,0 betaglobulina V2 7,6 alfaglobulina V3 6,6 albumina v4 4,8 a a a b b b c c c d d d e e vivos como reserva energética, alguns também os utilizam como impermeabilizantes, em outros aparecem como elementos estruturais e precursores de hormônios esteroides. D. Representam a principal fonte de energia para os seres vivos, além de desempenharem relevante papel na estrutura corporal destes. E. Dentre as suas funções destacamos a de atuarem como biocatalisadores, sendo esta função desempenhada por um grupo especial. A relação está estabelecida de forma correta em: I-A, II-B, II-C, Ill-D, II-E. I-A, III-B, II-C, lI-D, III-E. III-A, II-B, I-C, II-D, II-E. II-A, I-B, III-C, I-D, I-E. II-A, III-B, II-C, I-D, III-E. Sabe-se que: - a carga elétrica de uma proteína depende do pH do meio em que está dissolvida; - o ponto isoelétrico (pI) de uma proteína corresponde ao pH do meio onde ela é eletricamente neutra; - quanto mais afastado do pH do meio for o ponto isoelétrico de uma proteína, maior será suacarga elétrica. A tabela a seguir mostra os valores médios dos pontos isoelétricos e as velocidades de migração de quatro proteínas do soro sanguíneo, para essas condições experimentais: A ordem crescente das velocidades de migração das proteínas citadas é: v3 – v1 – v4 – v2 v1 – v2 – v3 – v4 v1 – v2 – v4 – v3 v3 – v4 – v2 – v1 B IO Q U ÍM IC A 49www.biologiatotal.com.br a b c d e a reação química promovida pela catalase decompõe o peróxido de hidrogênio e isso afeta as bactérias anaeróbias. os peroxissomos bacterianos não toleram a presença do peróxido de hidrogênio e isso leva à morte bacteriana. a decomposição química do peróxido de hidrogênio acidifica a região, levando as bactérias aeróbicas à morte. ANOTAÇÕES a catalase bacteriana decompõe a água oxigenada e o oxigênio liberado oxida a parede celular da bactéria, destruindo-a. o peróxido de hidrogênio é uma substância existente no sistema imunológico e é sinalizadora para que macrófagos fagocitem as bactérias do ferimento. 50 B IO Q U ÍM IC A GABARITO 1 - [B] Os aminoácidos são as unidades estruturais (monômeros) que constituem as proteínas que formam os seres vivos. 2 - [C] As enzimas são catalisadores biológicos de natureza proteica, capazes de acelerar reações bioquímicas diminuindo a energia de ativação necessária para que a reação ocorra. 3 - [A] A dissolução do cloreto de sódio à água pura eleva o seu ponto de ebulição. O aquecimento do meio de cultura provocava a desnaturação das proteínas das bactérias presentes. 4 - [B] A celulose é um polissacarídeo formado pela condensação de moléculas de glicose (monossacarídeo). Os esteroides são lipídios derivados do colesterol. O RNA é um ácido nucleico formado pela união de nucleotídeos contendo as bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina e uracila. A albumina é uma proteína formada pela união peptídica de unidades estruturais denominadas aminoácidos. 5 - [C] As proteínas apresentam uma grande diversidade de funções biológicas atuando, por exemplo, na defesa dos organismos, na composição de muitas estruturas corporais e na catálise de diferentes reações metabólicas. As vitaminas são substâncias orgânicas não sintetizadas pelos organismos, necessárias em pequenas quantidades. A frutose é um monossacarídeo do tipo hexose. Os ácidos nucleicos caracterizam-se pela presença de pentoses e, ao contrário dos carboidratos, atuam como material hereditário. 6- [D] Os aminoácidos são os monômeros, unidades formadoras, das proteínas. 7 - [C] O aumento da temperatura, até o ótimo, dobra ou triplica a velocidade de uma reação catalisada por enzimas. Do ponto ótimo em diante, a velocidade da reação diminui devido ao processo de desnaturação sofrido pelas proteínas catalisadoras. 8 - [C] As enzimas são catalisadores biológicos de natureza proteica. 9- [B] As proteínas são moléculas orgânicas formadas pelo encadeamento de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. 10 - [A] As enzimas são proteínas que funcionam como catalisadores biológicos, ou seja, aceleram a velocidade de uma reação metabólica, sem participar dela. 11- [C] Ao carbono central da molécula do aminoácido estão ligados: um grupo funcional amina (-NH2), um grupo carboxila (-COOH), um átomo de hidrogênio (-H) e um radical (-R) 12 - [D] As proteínas são moléculas orgânicas formadas por sequências monoméricas de aminoácidos. 13 - [C] As principais interações químicas que determinam a forma e a estabilidade das proteínas são: interações não covalentes, forças eletrostáticas, interações de Van der Waals, ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas. 14 - [C] São fatores que aceleram a velocidade das reações químicas: aumento da temperatura e da superfície de contato e a presença de catalisadores. 15 - [C] As enzimas são catalisadores de natureza proteica. São específicas, podendo acelerar reações reversíveis envolvendo determinado tipo de substrato. A especificidade enzimática é determinada por sua forma tridimensional. A atividade enzimática é influenciada por fatores ambientais como o pH e a temperatura do meio em que atuam. 16 - [B] As enzimas são proteínas que funcionam como catalisadores biológicos. Elas diminuem a energia de ativação necessária à conversão dos reagentes em produtos. DJOW PROTEÍNAS CAIU NA PUCCAMP 2017 [B] As proteínas são moléculas orgânicas formadas pelo encadeamento de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. B IO Q U ÍM IC A 51www.biologiatotal.com.br 24 - [B] Os inibidores competitivos interferem na velocidade da reação enzimática, mas não impedem a reação. Os inibidores não competitivos alteram a estrutura da enzima e, portanto, reduzem a velocidade da reação enzimática. 25 - [E] [III] Falsa. Os monossacarídeos glicose e frutose apresentam fórmula molecular C6H12O6 e não apresentam o elemento nitrogênio em sua composição química. 26 - [A] Todas as afirmativas estão corretas e relacionadas com a proposta da questão. 27 - [E] A correlação entre os compostos orgânicos e suas funções estão relacionadas na alternativa [E]. 28 - [A] Em geral, o aquecimento aumenta as taxas de uma reação catalisada por enzima, porque sob temperaturas mais altas, uma maior proporção das moléculas do reagente tem energia cinética suficiente para prover energia de ativação da reação. No entanto, as enzimas apresentam uma temperatura ótima para o funcionamento. Temperaturas que ultrapassem essa temperatura ótima podem alterar a estrutura terciária, e as enzimas se tornam desnaturadas e perdem sua função. Algumas enzimas desnaturam ligeiramente acima da temperatura do corpo humano, enquanto outras são estáveis mesmo nos pontos de ebulição ou de congelamento da água. 29 - [D] Quanto maior for a diferença entre o pH do meio e o ponto isoelétrico de uma proteína, mais carga ela terá e, portanto, maior sua velocidade de migração em um campo elétrico, independentemente do polo para onde migrará. As diferenças entre o pH do meio (6,0) e o ponto isoelétrico das proteínas do soro são: Gamaglobulina: 2,0 (v1); Betaglobulina: 1,6 (v2); Alfaglobulina: 0,6 (v3); Albumina: 1,2 (v4). 30 - [A] A catalase é uma enzima intracelular que decompõe o peróxido de hidrogênio (água oxigenada), formando moléculas de água e oxigênio, matando as bactérias anaeróbicas estritas, mas sem efeito para as bactérias aeróbicas. Os peroxissomos são organelas citoplasmáticas que armazenam enzimas, como a catalase, que catalisam a decomposição do peróxido de hidrogênio. 17 - [E] Pães são ricos em carboidratos, enquanto leite e ovos são ricos em proteínas. As ligações peptídicas que formam as proteínas ocorrem entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amina de outro. Mesmo em pequenas quantidades, as proteínas fornecem energia, principalmente quando os carboidratos e lipídios são insuficientes. As proteínas possuem diversas funções, dentre elas, a reconstrução (plástica ou construtora) de tecidos. 18 - [B] As reações bioquímicas exergônicas ocorrem após os reagentes receberem energia de ativação. 19 - [D] As enzimas são catalisadores biológicos de natureza proteica. Elas diminuem a energia de ativação necessária para que ocorra uma reação bioquímica. Essas proteínas podem acelerar reações reversíveis sem reagir com os substratos ou produtos da reação. As enzimas podem ser reutilizadas durante certo tempo. 20 - [C] Anticorpos são proteínas específicas de defesa que anulam o funcionamento de um antígeno, que são proteínas estranhas ao organismo. Para cada tipo de antígeno existe um tipo de anticorpo e ambos funcionam como um sistema de chave- fechadura. 21- [A] [A] Correta. A velocidade da reação enzimática se estabiliza quando todas as moléculas de enzimas estão unidas ao substrato sob o qual atuam. [B] Incorreta. Numa mesma concentração de substrato, a taxa de reação será maior com enzima do que sem a presença dela. C] Incorreta. A enzima atua comoum catalisador, ou seja, aumenta a velocidade de reação, diminuindo sua energia de ativação. [D] Incorreta. Pela análise do gráfico pode-se observar que com o aumento do substrato aumenta-se a taxa de reação até um determinado limite onde ela se manterá constante. [E] Incorreta. Pela análise do gráfico observa-se que a concentração aumenta a taxa de reação até a taxa máxima. 22 - [B] A máxima eficiência da ação da enzima no processo de desengomagem é obtido, segundo os gráficos fornecidos, a e pH ácido. As amilases aceleram a hidrólise de polissacarídeos. 23 - [A] [III] Falsa. As enzimas não sofrem a perda de aminoácidos após as reações que catalisam. .