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22 Perguntaserespostasdebiologia Proteínas 1. O que são proteínas? Como explicar a diversidade proteica dos seres vivos? proteínas),afunçãodeintegraçãoendócrina (hormônios) e a função informativa (receptores de membrana, sinalizadores intracelulares).Existemtambémmuitasproteínascujas funções biológicas ainda não são conhecidas. Asproteínassãomoléculasfeitasde sequênciasdeaminoácidosligadasporumaligação peptídica. O código genético codifica vinte aminoácidos diferentesquepodemcomporproteínas.Portanto, existem inúmeras combinações de aminoácidosquepodemformarcadeiaspolipeptídicas eporestarazãoasmoléculasdeproteínapodem ser imensamente diversas. 3. Qual é a unidade constitucional das proteínas? Asunidadesconstitucionaisdasproteínassãoos aminoácidos. 4. Oqueéumoligopeptídeo? Comoédiferentedeumpolipeptídeo? 2. Qual a importância das proteínas para os seres vivos? As proteínas desempenham um papel fundamentalemquasetodososprocessos biológicos.Devidoàsuadiversidade,podemassumir muitas configurações diferentes e desempenhar funções variadas nas células e tecidos. Algumasfunçõesproteicasmerecemdestaque:a funçãoestrutural(proteínasdamembranacelular, proteínas do citoesqueleto, proteínas do tecido conjuntivo),afunçãoenzimática(enzimassãoproteínas), a função de armazenamento de energia (proteínas podem ser degradadas em acetil-CoA e “ciclo” ciclo de Krebs), a função de regulação osmótica (albumina), afunçãodetransporte(canaisdemembrana,pigmentos respiratórios), a função de proteção imunológica (anticorpos), a função de movimento (contrátil). Peptídeoéamoléculaformadapelauniãode aminoácidos através da ligação peptídica. Oligopeptídeoéumpeptídeofeitodepoucos aminoácidos (oligo = poucos). Polipeptídeos são peptídeos com muitos aminoácidos(poli=muitos),emgeralmaisde50. 5. Quantos são os aminoácidos conhecidos que formam as proteínas nos seres vivos? Existemvintediferentesaminoácidosconhecidosque formam proteínas relacionadas ao código genético dos seres vivos. Existemaindamuitosoutrosaminoácidosaindanão conhecidos. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 23 Perguntaserespostasdebiologia 6. Todoaminoácidopossuiumcarbono central? A qual grupo orgânico esse carbonocentralestáligado? Umgrupocarboxila–COOH,umgrupoamina–NH2, um átomo de hidrogênio –H e um radical variável -R estãonecessariamenteligadosaocarbonocentraldeum aminoácido. Umaminoácidotemumcarbonocentralaoqualse liga umgrupocarboxilaemumladoeaoqualum–R(radical variável) se liga no lado oposto. Na direção perpendicular desses ligantes, um grupo amina liga-seaocarbonocentraldeumladoeumhidrogênioliga- se ao lado oposto. Aligaçãodogrupocarboxilaaumcarbonoondeum hidrogênio está ligado lateralmente é responsável pelo nome “ácido” nos aminoácidos. A ligação de um grupoaminanocarbonocentralforneceonome“amino”. 7. Comopodemserclassificadosos grupos amina? Asaminaspodemserclassificadasemaminas primárias,aquelasnasquaisum–R(radicalvariável)está ligado a um –NH2, aminas secundárias, aquelas em que um hidrogênio de NH2 é substituído por outro –R, possuindo assim dois –R, e aminas terciárias.,aquelessemhidrogênioligadoaonitrogênio e com três – R. 8. Qualéarepresentaçãoestrutural de um grupo carboxila? 10. Qualaimportânciadogrupo–R(radical variável) em uma molécula de aminoácido? Ogrupo–R,tambémchamadodecadeialateral, éapartevariáveldamoléculadeaminoácido.Ogrupo– R pode ser uma cadeia carbônica complexa, um grupo metilasubstituto(formandoentãooaminoácidoalanina) ou mesmo apenas um hidrogênio (formando a glicina, o aminoácido mais simples). Portanto, o grupo –R é importante porque é o fator de diferenciação dos aminoácidos. Os grupos carboxila têm um carbono ligado a um grupo hidroxilaporumaligaçãosimpleseaumoxigênioporuma ligação dupla. Ooutrolocaldeligaçãonocarbonoestádisponívelpara outras entidades químicas. 11. Comopodeserdescritaaligação de dois aminoácidos para a formaçãodopeptídeo? 9. Qualéarepresentaçãoestruturalplana de uma molécula de aminoácido? Um peptídeo é formado quando um carbono do grupo carboxiladeumaminoácidoéconectadoaonitrogêniodo grupo amina de outro aminoácido. Durante www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 24 Perguntaserespostasdebiologia quealigaçãodahidroxiladacarboxilaeum hidrogênio da amina é perdida, resultando na liberação de uma molécula de água. 15.Osgruposaminaecarboxila ligadosaoscarbonoscentraisparticipam da união entre os aminoácidos? 12. Comoéchamadaaligação entre dois aminoácidos? A ligação química entre dois aminoácidos é chamada de ligação peptídica. Sim. O nitrogênio do grupo amina de um aminoácido liga-se ao carbono do grupo carboxila do outro aminoácido. A molécula de água liberada da formação da ligação peptídica possui, portanto, um hidrogênio da amina e um oxigênioeoutrohidrogêniodacarboxila. 13. Osgrupos–Rligadosaoscarbonos centrais participam da união entre os aminoácidos? 16.Areaçãoquímicaparauniraminoácidos incorpora ou libera átomos? A ligação peptídica liga o nitrogênio do grupo amina de um aminoácido ao carbono do grupo carboxila de outro aminoácido, liberando uma molécula de água. Portanto, os grupos –R não participam desse vínculo. Quaissãoasentidadesquímicasincorporadas ou liberadas nesta reação? Auniãodosaminoácidosporligaçãopeptídicalibera átomos. Eles são liberados como constituintes de uma molécula de água. 14. Osgrupos–Hligadosaoscarbonos centraisparticipamdaligaçãopeptídica? 17.Existemproteínasdiferentes produzidaspelomesmonúmerototal de aminoácidos? Os próprios carbonos centrais, os grupos –R e os hidrogênios ligados aos carbonos centrais não participam da ligação peptídica. Podem existir diferentes proteínas com o mesmo número totaldeaminoácidos.Nessescasosadiferenciaçãose dápelostiposdeaminoácidosoupelasequênciaem que formam a proteína. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 25 Perguntaserespostasdebiologia 18. Asproteínascomomesmo númerodecadaaminoácidodiferentequeas formam são necessariamente proteínas idênticas? Mesmoquemuitasproteínastenhamomesmo número de cada aminoácido diferente que as formam, por exemplo, 50 alaninas, 70 glicinas e20histidinas,assequênciasnasquaisesses aminoácidos estão ligados podem ser muito diferentes.Portanto,seduasoumaisproteínas estãoemtalcondiçãodesimilaridadenuméricapara cadatipodeaminoácidosconstituintes,elasnãosão necessariamente idênticas. 19. Qualéacondiçãoessencial paraqueumaproteínasejaidênticaa outra proteína? Paraqueumaproteínasejaidênticaaoutraproteína énecessárioqueasequênciadeaminoácidosquea forma seja idêntica. 20. Qualéaestruturaprimáriade umaproteína?Qualéaimportânciada estrutura primária? Aestruturaprimáriadaproteínaéasequência lineardeaminoácidosqueformamamolécula. Aestruturaprimáriaéabasedaidentidadedaproteína. A modificação de apenas um aminoácido da estrutura primária cria uma proteína diferente. Essa proteína diferente pode ser inativa ou até ter outras funções biológicas. 21. Qualéaestruturasecundáriade uma proteína? A estrutura secundária da proteína é gerada pelamaneiracomoseusaminoácidosinteragem atravésdaligaçãointermolecular. Essasinteraçõescriamumaconformaçãoespacialdo filamento polipeptídico. As duas conformações secundáriasdeproteínasmaisestudadassãoa hélice alfa e a folha beta. 22. Qualéadiferençaentre as conformaçõesdaproteínaalfa-héliceeda folha beta? Asconformaçõesdehélicealfae folhabetasãoosdoisprincipaistiposdeestrutura secundária de uma molécula de proteína. De acordo com a estrutura primária da proteína, suaestruturasecundáriapodeserdeumtipooude outro. Naestruturaalfa-hélice,opolipeptídeo enrola-selongitudinalmentepelaaçãodeligações dehidrogênioformandoumaespiralouhélice.Na conformação de folha beta, a proteína é mais distendida e as ligações de hidrogênio formam uma estrutura proteica em forma de zigue-zague chamada fita B. Muitas fitas beta montadas formam uma folha beta. 23. Qualéaestruturaterciáriade umaproteína?Quaissãoosprincipais tipos de estrutura terciária? www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 26 Perguntaserespostasdebiologia Aestruturaterciáriadaproteínaéumaconformação espacial adicional à estrutura secundária naqualahélicealfaouafolhabetasedobra. As forças que mantêm a estrutura terciária geralmente são interações entre os grupos – Rdosaminoácidoseentreoutraspartesdaproteína e das moléculas de água da solução. estruturas.Adesnaturaçãoéamodificação em qualquerumadessasestruturasespaciaisquetorna a proteína deficiente ou biologicamente inativa. Apósadesnaturação,aestruturaprimáriadaproteína não é afetada. Osprincipaistiposdeestruturaterciáriadasproteínas são as proteínas globulares e as proteínas fibrosas. 26. Comoclassificaradesnaturação quanto à sua reversibilidade? 24. Qual é a estrutura quaternária de umaproteína?Todasasproteínastêm estrutura quaternária? Adesnaturaçãodaproteínapodeserumprocesso reversívelouirreversível,ouseja,podeserpossível ou impossível fazer com que a proteína recupere a sua conformação espacial original. Aestruturaquaternáriadaproteínaéaconformação espacial devido às interações entre as cadeias polipeptídicas que formam a proteína. 27. Quaissãoalgunsfatoresque podemlevaràdesnaturaçãodas proteínas? Apenas aquelas proteínas compostas por duas ou mais cadeias polipeptídicas possuem estruturaquaternária.Ainsulina(duascadeias), ahemoglobina(quatrocadeias)easimunoglobulinas (anticorpos,quatrocadeias)sãoalgunsexemplosde proteínas com estrutura quaternária. 25. Oqueédesnaturação deproteínas?Existealgumamudança na estrutura primária quando umaproteínaédesnaturada? Adesnaturaçãodasproteínaspodesercausadapor variação de temperatura, mudança de pH, mudanças na concentração dos solutos circundantes e por outros processos. A maioria dasproteínasdesnaturaapóscertaelevação de temperaturaouquandoemsoluçõesmuitoácidas ou muito básicas. Esta é uma das principais razões pelas quais é necessário que os organismosmantenhamatemperaturaeopH estáveis. As estruturas secundárias, terciárias e quaternáriasdasproteínassãoespaciais www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 27 Perguntaserespostasdebiologia 28. Espera-sequeumaalteração naestruturaprimária,secundáriaou terciária de uma proteína produza consequências mais funcionais? Qualqueralteraçãonaestruturadaproteínaé relevantesealterarasuaatividadebiológica. Mudançasnaestruturaprimáriadaproteína sãomaisimportantesporquesãomodificaçõesna composição da molécula e tal composiçãodeterminatodasasoutrasestruturasda proteína. 29. Naanemiafalciforme,doença hereditária, ocorre a substituição de um aminoácidoporoutroemumadasquatro cadeiaspolipeptídicasdahemoglobina. Nestecaso,todososníveis estruturaisdaproteínaestãomodificados? 30. Qualadiferençaentreaminoácidos essenciais e naturais? Osaminoácidosessenciaissãoaquelesqueoorganismo nãoconseguesintetizarequeprecisamseringeridos pelo indivíduo. Os aminoácidos naturais são aquelesproduzidospeloorganismo. Existemespéciesvivasqueproduzemtodosos aminoácidos de que necessitam, por exemplo,abactériaEscherichiacoli,quenãopossui aminoácidos essenciais. Outras espécies, como oshumanos,precisamobteraminoácidosessenciais da dieta. Entre os vinte diferentes aminoácidos conhecidosqueformamasproteínas,oshumanos podemproduzirdozedeleseosoitorestantesprecisam ser retirados das proteínas que ingerem com osalimentos. Osaminoácidosessenciaisparahumanossão fenilalanina,histidina,isoleucina,lisina,metionina, treonina, triptofano e valina. Nadoençafalciformeháumaalteraçãonaestrutura proteicaprimáriadeumadascadeiaspolipeptídicas que formam a hemoglobina: o aminoácido ácido glutâmico é substituído pelo aminoácido valina na cadeia ÿ. Além disso, a conformação espacial da moléculatambéméafetadaemodificadapor este“erro”primárioeamodificaçãotambémcriauma forma diferente (foice) dos glóbulos vermelhos. 31. Quaissão,respectivamente, algumasfunçõesnotáveisdamiosina,CD4, albumina, queratina, imunoglobulina, transcriptase reversa, hemoglobina einsulina? Os glóbulos vermelhos modificados e falciformesàsvezesseagregameobstruema circulaçãoperiférica,causandohipóxiateciduale crises de dor típicas da anemia falciforme. Amiosinaéumaproteínaquequandoassociadaàactina produz uma contração muscular. CD4 é uma proteína de membrana de alguns linfócitos, as célulasinfectadaspeloHIV.Aalbuminaéumaproteína de armazenamento de energia e também um importante regulador da osmolaridade sanguínea. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 28 Perguntaserespostasdebiologia Aqueratinaéumaproteínacomfunção estruturalpresentenaepidermeeanexoscutâneos dos vertebrados. Asimunoglobulinassãoosanticorpos,proteínas específicas que atacam e inativam agentes estranhosqueentramnocorpo.Atranscriptasereversa é a enzima responsável pela transcrição do RNAeformaçãodoDNAnociclodevidadosretrovírus. Ahemoglobinaéaproteínaquetransportaoxigênio dospulmõesparaascélulas.Ainsulinaéumhormônio secretado pelo pâncreas que participa do metabolismodaglicose. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 29 Perguntaserespostasdebiologia Enzimas 1. Oquesãocatalisadores? Enzimassãoproteínasquesãocatalisadorasdereações químicas. Da Química sabe-se que os catalisadores são substâncias não consumíveis que reduzem a energia de ativação necessária para que ocorra uma reação química. Catalisadoressãosubstânciasquereduzemaenergia de ativação de uma reação química, facilitando-a ou tornando-a energeticamente viável. O catalisadoraumentaavelocidadedareação química. As enzimas são altamente específicas para as reaçõesquecatalisam.Elessãodevitalimportânciapara a vida porque a maioria das reações químicas das células e tecidos são catalisadas por enzimas. Sem a ação enzimática essas reações não ocorreriamounãoocorreriamnavelocidadenecessária aos processos biológicos dos quais participam. 2. Qualquantidadedecatalisadoré consumidanareaçãoquecatalisa? Oscatalisadoresnãosãoconsumidosnasreações que catalisam. 5.Oqueseentende por substratosdereaçõesenzimáticas? 3. Existe diferença entre os níveisdeenergiainicialefinalnasreaç ões catalisadasenãocatalisadas? A catálise não altera o estado energético dos reagenteseprodutosdeumareaçãoquímica.Apenasa energia necessária para que a reação ocorra, ou seja, a energia de ativação, é alterada. Ossubstratossãomoléculasreagentessobreasquais as enzimas atuam. Aenzimapossuilocaisdeligaçãoespacialparaaligação do seu substrato. Esses locais são chamados de centrosdeativaçãodaenzima.Ossubstratosligam-sea esses centros formando o complexo enzima- substrato. 6.Quaisosprincipaismodelos teóricosquetentamexplicaraformação do complexo enzima-substrato?4. Oquesãoenzimas?Qualaimportância das enzimas para os seres vivos? Existemdoismodelosprincipaisqueexplicamaformação do complexo enzima-substrato: o modelo de fechadura e chave e o modelo de ajuste induzido. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 30 Perguntaserespostasdebiologia Nomodelofechaduraechaveaenzimapossuiuma região com conformação espacial específica para ligação do substrato. No modelo de ajuste induzido,aligaçãodosubstratoinduzumamudançana configuraçãoespacialdaenzimaparaoajuste do substrato. 7. Como a formação do complexo enzima-substrato explica a redução da energia de ativaçãodasreaçõesquímicas? 9. Qualéocentrodeativaçãodeuma enzima? É a chave ou a fechadura do modelo fechadura e chave? Ocentrodeativaçãoéumaregiãodaenzimaproduzida pela sua conformação espacial à qual o substrato se liga. No modelo fechadura e chave o centrodeativaçãoéafechaduraeosubstratoéa chave. 10. Por que se pode dizer que a ação enzimática é altamente específica? A enzima possivelmente funciona como um tubo de ensaio dentro do qual os reagentes se encontrampara formar produtos. Com a facilitação do encontro proporcionadopelasenzimasémaisfácilqueocorram colisões entre os reagentes e assim a energia de ativação dareaçãoquímicaéreduzida.Estaéumadashipóteses possíveis. A ação enzimática é altamente específica porque apenassubstratosespecíficosdeumaenzimaseligam ao centro de ativação dessa enzima. Cada enzima geralmente catalisa apenas uma reação química específica. 8. De que nível estrutural da enzima (primário, secundário, terciário ou quaternário) dependeainteraçãoenzima-substrato? 11. O que acontece com uma enzima desnaturada em relação à sua funcionalidade? Como esse resultado pode ser explicado com a ajuda do modelo de fechadura e chave? Osubstratoseligaàenzimanoscentrosdeativação. Estes são locais tridimensionais específicos e, portanto, dependem das estruturas terciárias e quaternárias da proteína. As estruturas primária e secundária,porém,condicionamasoutrasestruturase por isso são igualmente importantes. De acordo com o modelo de fechadura e chave, a funcionalidade da enzima depende inteiramente da integridadedocentrodeativação,umaregiãomolecular com características espaciais específicas. Após a desnaturaçãoaconformaçãoespacialdaproteínaé modificada,ocentrodeativaçãoédestruídoeaenzima perde a sua atividade catalítica. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 31 Perguntaserespostasdebiologia 12. Quaisosprincipaisfatoresquealteram a velocidade das reações enzimáticas? Os principais fatores que alteram a velocidade das reaçõesenzimáticassãotemperatura,pHeconcentração (quantidade) de substrato. 15. No que diz respeito às reações enzimáticas,quãodiferentessãoacurva gráfica da variação da velocidade de uma reação em função da concentraçãodosubstratoea curvadevariaçãodavelocidadedeuma reação em função da temperatura? 13. Como aconcentraçãodo substrato afetaavelocidade das reaçõesenzimáticas? Inicialmente,àmedidaqueaconcentraçãodo substrato aumenta, a velocidade da reação aumenta;issoaconteceporqueoscentrosde ativaçãolivresdaenzimaseligamasubstratoslivres. Uma vez que todos os centros de ativação das enzimas disponíveis se liguem aos seus substratos,novosincrementosnaconcentraçãodo substratonãoterãoefeitona velocidade da reação. A curva de variação da velocidade da reação enzimáticaemfunçãodaconcentraçãocrescente de substrato é uma curva crescente até o ponto emqueseestabilizadevidoàsaturaçãodoscentros de ativação das enzimas. A curva de variação da velocidade da reação enzimáticaemfunçãodatemperaturacrescente tem uma porção crescente e atinge um pico (a temperatura ótima) depois diminui e chega azeronopontodeinatividadedasenzimaspor desnaturação. 14. Como a temperatura afeta a ação das enzimassobre os seussubstratos? Existem faixas de temperatura definidas sob as quais as enzimas operam e existe um nível de temperatura específico(temperaturaideal)noqualasenzimastêm eficiência máxima. Portanto, as variações de temperatura afetam a atividade enzimática eavelocidadedasreaçõesquecatalisam. Alémdisso,assimcomoasproteínas,asenzimaspodem ser desnaturadas sob temperaturas extremas. 16. Como o resfriamentode órgãos etecidosparatransplantesmédicosestá associado ao efeito da temperatura nas reações enzimáticas? Adegradaçãomolecularduranteadecomposiçãode órgãos e tecidos é catalisada por enzimas. O resfriamento a temperaturas adequadas de alguns órgãos e tecidos destinados ao transplante reduz a atividadedessaenzimae,assim,diminuioprocesso natural de decomposição. Pela mesma lógica, o resfriamento reduz o trabalho metabólico dascélulas e evita a degradação de suas www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/ 32 Perguntaserespostasdebiologia estruturasprópriasparaobtençãodeenergia. A elevação da temperatura reverte posteriormente a desnaturaçãodasenzimaseosórgãosetecidostambém preservados por outras técnicas específicas podemserenxertadosnosreceptores. 19. Como a pepsina é uma enzima gástrica,elapossuiumpHidealácido ou básico? O que acontece com a pepsina quando ela passa para o duodeno? 17. O pH afeta a atividade enzimática? Aconcentraçãodeíonshidrogênioemsoluçãoafeta a atividade enzimática. CadaenzimatemeficiênciamáximasobumpH ideal. Como o pH é um dos fatores de desnaturação das proteínas,seumaenzimaforsubmetidaaumnívelde pH sob o qual é desnaturada não haverá atividade enzimática. Apepsinaatuanoestômago,portantoseupHideal é cerca de 2, um pH ácido. Quandoaenzimapassaparaoduodeno,ela atingeumpHmaiselevadoesuaatividadeenzimática termina. 20. Oquesãocofatores enzimáticos? Algumasenzimasprecisamdeoutrasmoléculas associadasparafuncionar.Essasmoléculassão chamadasdecofatoresenzimáticosepodemser, por exemplo, íons orgânicos como sais mineraisoumoléculasorgânicas. 18. AsenzimasagemmelhorempH ácido ou básico? AmaioriadasenzimasatuaempHentre6e8,faixa que corresponde ao nível geral de acidez das células e do sangue. Existemenzimas,entretanto,queatuamapenasem pH muito ácido ou muito básico. Portanto, a atividade enzimática depende do intervalo de pH. Noestômago,porexemplo,osucogástricotempH muito baixo, em torno de 2, e ali a enzima pepsina atua para digerir intensamente as proteínas. No duodeno, as secreções pancreáticas aumentamopHdosucoentéricoparaaação deoutrasenzimasdigestivas,porexemplo,atripsina. Asenzimasinativasquenãoestãoligadasaosseus cofatores são chamadas de apoenzimas.Asenzimasativasligadasaosseus cofatores são chamadas de holoenzimas. 21. Qualéarelaçãoentrevitaminase cofatores enzimáticos? Muitasvitaminassãocofatoresenzimáticosque não podem ser sintetizados pelo organismo e devem ser obtidos na dieta. www.biologia-perguntas-e-respostas.com http://www.biology-questions-and-answers.com/