Estrutura e Função das Proteínas

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UNIDADE Estrutura e Função das Proteínas Aminoácidos 1 I. VISÃO GERAL A Aminoácido livre As proteínas são as moléculas mais abundantes e com maior diversidade de funções nos sistemas vivos. Praticamente todos os processos vitais de- Comuns a todos os pendem dessa classe de moléculas. Por exemplo, enzimas e hormônios poli- das proteínas peptídicos controlam e regulam o metabolismo corporal, enquanto proteínas contráteis no músculo permitem a realização dos movimentos. Nos ossos, a COOH proteína colágeno forma uma estrutura para a deposição de cristais de fosfato de cálcio, atuando como as barras de aço no concreto armado. Na corrente +H3N- sanguínea, proteínas como a hemoglobina e a albumina plasmática trans- portam moléculas essenciais para a vida, enquanto as imunoglobulinas com- Grupo R Grupo amino carboxila batem bactérias e vírus causadores potenciais de infecções. Em suma, as proteínas apresentam uma diversidade incrível de funções; todavia, todas têm em comum a característica estrutural de serem polímeros lineares de aminoá- o carbono cidos. Este capítulo descreve as propriedades dos aminoácidos; o Capítulo A cadeia lateral encontra-se entre é distinta para 2 mostra como esses blocos constitutivos simples são unidos para formar cada aminoácido. os grupos proteínas com estruturas tridimensionais singulares, tornando-as capazes de carboxila e amino. desempenhar funções biológicas específicas. B Aminoácidos combinados em ligações peptídicas II. ESTRUTURA DOS AMINOÁCIDOS Embora mais de 300 diferentes aminoácidos tenham sido descritos na na- tureza, apenas 20 deles são usualmente encontrados como constituintes R R de proteínas em mamíferos. (Nota: esses são os únicos aminoácidos codi- ficados pelo DNA, o material genético da célula [veja a p. 395].) Cada ami- As cadeias laterais noácido (exceto a prolina, que possui um grupo amino secundário) apre- determinam as senta um grupo carboxila, um grupo amino primário e uma cadeia lateral propriedades das proteínas. que o distingue dos demais (o "grupo R") ligados ao átomo de carbono a (Figura 1.1A). Em pH fisiológico (aproximadamente 7,4), o grupo carboxi- la encontra-se dissociado, formando o íon carboxilato, carregado negati- Figura 1.1 vamente e o grupo amino encontra-se protonado Nas Características estruturais dos aminoá- proteínas, quase todos esses grupos carboxila e amino estão combinados cidos (mostrados em sua forma com- nas ligações peptídicas e, em geral, não estão disponíveis para reações pletamente protonada).2 Harvey & Ferrier químicas, exceto pela possibilidade de formação de ligações de hidrogênio (Figura 1.1B). Portanto, em última análise, é a natureza dessas cadeias laterais que determina o papel do aminoácido na proteína. Por isso, é útil classificá-los de acordo com as propriedades de suas cadeias laterais - ou seja, se são apolares (apresentam distribuição homogênea de elétrons) ou polares (apresentam distribuição desigual de elétrons, como no caso de ácidos e bases; Figuras 1.2 e 1.3). A. Aminoácidos com cadeias laterais apolares Cada um desses aminoácidos possui uma cadeia lateral apolar, que é inca- paz de receber ou doar prótons, de participar em ligações ou de hidro- gênio (Figura 1.2). As cadeias laterais desses aminoácidos podem ser vistas como "oleosas", ou semelhantes a lipídeos, uma propriedade que promove interações hidrofóbicas (veja a Figura 2.10, p. 19). 1. Localização dos aminoácidos apolares nas proteínas. Nas pro- teínas encontradas em soluções aquosas - um ambiente polar as Cadeias laterais apolares COOH COOH COOH C H +H3N +H3N H CH3 CH H3C Glicina Alanina Valina COOH COOH COOH +H3N-C-H +H3N-C-H +H3N-C-H CH2 H-C-CH3 CH2 CH CH2 H3C CH3 Leucina Isoleucina Fenilalanina COOH COOH +H3N +H3N C-H COOH CH2 CH2 +H2N C-H C CH2 H2C S CH2 CH N H CH3 Triptofano Metionina Prolina Figura 1.2 A classificação dos 20 aminoácidos comumente encontrados nas proteínas, de acordo com a carga e a polaridade de suas laterais em pH ácido, é mostrada aqui e continua na Figura 1.3. Cada aminoácido é mostrado em sua forma completamente protonada, com os íons hidrogênio dissociáveis representados em vermelho. Os valores de para os grupos e dos aminoácidos apolares são semelhantes àqueles mostrados para a glicina (continua na Figura 1.3).Bioquímica Ilustrada 3 Cadeias laterais polares desprovidas de carga COOH +H3N-C-H COOH COOH CH2 +H3N-C-H +H3N-C-H H-C-OH H-C-OH H CH3 OH - Serina Treonina Tirosina COOH COOH +H3N-C-H COOH - CH2 CH2 +H3N-C-H CH2 CH2 NH2 SH NH2 Asparagina Glutamina Cisteína Cadeias laterais ácidas COOH COOH pK3=9,8 +H3N C-H CH2 CH2 CH2 o OH o OH 4,3 Ácido aspártico Ácido glutâmico Cadeias laterais básicas COOH COOH COOH +H3N - C - H +H3N-C-H +H3N-C-H CH2 CH2 CH2 C CH CH2 CH2 NH CH2 CH2 C H CH2 N-H NH3+ C=NH2+ NH2 Histidina Lisina Arginina Figura 1.3 A classificação dos 20 aminoácidos comumente encontrados nas proteínas, de acordo com a carga e a polaridade de suas cadeias laterais em pH ácido (continuação da Figura 1.2).4 Harvey & Ferrier cadeias laterais apolares dos aminoácidos tendem a agrupar-se no Aminoácidos apolares Aminoácidos apolares interior da proteína (Figura 1.4). Esse fenômeno, conhecido como (O) agrupados agrupados na superfície no interior de de proteínas de membrana. efeito hidrofóbico, é o resultado da hidrofobicidade dos grupos R proteínas solúveis. apolares, que atuam como gotículas de óleo coalescendo em am- biente aquoso. Desse modo, os grupos R apolares preenchem o in- terior da proteína à medida que ela se dobra e ajudam a estabelecer sua forma tridimensional. Entretanto, nas proteínas localizadas em ambiente hidrofóbico, como o interior de uma membrana, os grupos Membrana celular R apolares são encontrados na superfície da proteína, interagindo com o ambiente lipídico (veja a Figura 1.4). A importância dessas interações hidrofóbicas para a estabilização da estrutura proteica é Aminoácidos polares discutida na p. 19. agrupados na superfície de proteínas solúveis. Proteína solúvel Proteína de membrana A anemia falciforme, uma doença caracterizada pela forma em foice dos eritrócitos do paciente, resultan- Figura 1.4 te da substituição do glutamato, um aminoácido com Localização dos aminoácidos apolares grupo R polar, pelo aminoácido valina, com grupo R em proteínas solúveis e de membrana. apolar, na posição 6 da subunidade da hemoglobina (veja na p. 36). Grupo amino Grupo amino 2. Prolina. A cadeia lateral da prolina e seu N formam uma secundário primário estrutura rígida em anel, com 5 átomos, de modo que esse amino- ácido difere dos demais (Figura 1.5). A prolina, portanto, apresenta COOH COOH um grupo amino secundário, e não primário, sendo frequentemente C-H denominada de iminoácido. A geometria sem igual da molécula da prolina contribui para a formação da estrutura fibrosa do colágeno CH3 (veja a p. 45) e, com frequência, interrompe as hélices a encontra- Prolina Alanina das em proteínas globulares (veja a p. 26). Figura 1.5 B. Aminoácidos com cadeias laterais polares, desprovidas de Comparação entre o grupo amino se- carga elétrica cundário encontrado na prolina e o gru- Esses aminoácidos apresentam carga líquida igual a zero em pH neutro, po amino primário encontrado em ou- embora as cadeias laterais da cisteína e da tirosina possam perder um tros aminoácidos, como a alanina. próton em pH alcalino (Figura 1.3). Cada um dos aminoácidos serina, treonina e tirosina, contém um grupo hidroxila polar que pode participar da formação de ligações de hidrogênio (Figura 1.6). Cada cadeia lateral da asparagina e da glutamina contém um grupo carbonila e um grupo COOH amida, que podem também participar de ligações de hidrogênio. +H3N-C-H CH2 1. Ligação dissulfeto. A cadeia lateral da cisteína contém um gru- po sulfidrila (-SH), componente importante do sítio ativo de muitas Tirosina enzimas. Nas proteínas, os grupos -SH de duas cisteínas podem oxidar-se e formar um dímero, a cistina, que contém uma ligação cruzada denominada ponte dissulfeto (-S-S-) (para discussão so- H bre a formação da ligação dissulfeto; veja a p. 19). Ligação de hidrogênio Grupo carbonila Muitas proteínas extracelulares são estabilizadas por ligações dissulfeto. Um exemplo é a albumina, Figura uma proteína do plasma sanguíneo que funciona Ligação de hidrogênio entre o grupo hi- como transportadora de uma grande variedade de droxila fenólico da tirosina e outra molé- moléculas. cula contendo um grupo carbonila.Bioquímica Ilustrada 5 2. Cadeias laterais como sítios de ligação para outros compostos. grupo hidroxila polar da serina, da treonina e, mais raramente, da 1 Primeira letra única tirosina pode servir como sítio de ligação para estruturas, como o Cisteína = Cys = C grupo fosfato. Além disso, o grupo amida da asparagina e os grupos Histidina = His = H hidroxila da serina e da treonina podem servir como sítio de ligação Isoleucina = lle = I para cadeias de oligossacarídeos nas glicoproteínas (veja a p. 165). Metionina = Met = M Serina = Ser = S Valina = Val = C. Aminoácidos com cadeias laterais ácidas Os aminoácidos ácido aspártico e ácido glutâmico são doadores de pró- 2 Os aminoácidos de ocorrência mais frequente têm prioridade tons. Em pH fisiológico, as cadeias laterais desses aminoácidos estão Alanina = Ala = A completamente ionizadas, com um grupo carboxilato carregado negativa- Glicina = Gly = G mente Esses aminoácidos são, portanto, denominados aspar- Leucina = Leu = L tato e glutamato, para enfatizar o fato de estarem carregados negativa- Prolina = Pro = P mente em pH fisiológico (Figura 1.3). Treonina = Thr = T D. Aminoácidos com cadeias laterais básicas 3 Nomes com sons semelhantes As laterais dos aminoácidos básicos são aceptoras de prótons Arginina = Arg = R ("aRginine") (Figura 1.3). Em pH fisiológico, as cadeias laterais da lisina e da arginina Asparagina = Asn = N (contém N) estão completamente ionizadas, com carga positiva. Em contraste, a his- Aspartato = Asp = D ("asparDic") Glutamato tidina é fracamente básica, e, em geral, o aminoácido livre não apresenta = Glu = E ("glutEmate") Glutamina = = Q ("Q-tamine") carga elétrica em pH fisiológico. Entretanto, quando a histidina encontra- Fenilalanina = Phe = F ("Fenilalanina") -se incorporada em uma proteína, sua cadeia lateral pode apresentar Tirosina = Tyr = Y ("tYrosine") carga positiva ou neutra, dependendo do ambiente fornecido pelas Triptofano = Trp = W (duplo anel cadeias polipeptídicas da proteína. Essa é uma propriedade importante na molécula) da histidina e contribui para o papel que esse aminoácido desempenha 4 Letra próxima à letra inicial no funcionamento de proteínas, como a hemoglobina (veja a p. 31). Aspartato ou = Asx = B (próxima do A) E. Abreviaturas e símbolos para os aminoácidos de ocorrência asparagina mais frequente Glutamato ou = Z glutamina nome de cada aminoácido possui uma abreviatura associada de três Lisina = Lys = K (próxima do L) Aminoácido = letras e um símbolo de uma letra (Figura 1.7). Os códigos de uma letra indeterminado são determinados pelas seguintes regras: 1. Primeira letra única. Se apenas um aminoácido começa com de- Figura 1.7 terminada letra, então aquela letra é utilizada como seu símbolo. Abreviaturas e símbolos para os ami- Por exemplo, = isoleucina. noácidos de ocorrência mais frequente. 2. Os aminoácidos de ocorrência mais frequente têm prioridade. Se mais de um aminoácido começam com determinada letra, o aminoácido de ocorrência mais frequente recebe aquela letra como símbolo. Por exemplo, a glicina é mais frequente que o glutamato, então G = glicina. 3. Nomes com sons semelhantes. Alguns símbolos de uma letra soam, em inglês, de forma semelhante ao início do nome do ami- COOH HOOC noácido que representam. Por exemplo, = fenilalanina, ou W = triptofano ("twyptophan", como diria Elmer Fudd). CH3 4. Letra próxima à letra inicial. Para os demais aminoácidos, é atri- buído um símbolo de uma letra, tão próxima quanto possível no al- fabeto à letra inicial do nome daquele aminoácido. Por exemplo, K = lisina. Além disso, a letra B é atribuída ao significando tanto ácido aspártico quanto asparagina; o Z é atribuído ao signifi- Figura cando tanto ácido glutâmico quanto glutamina; e o X é atribuído a As formas D e L da alanina são imagens um aminoácido não identificado. especulares (imagens no espelho).F. Propriedades ópticas dos aminoácidos carbono a de cada aminoácido está ligado a quatro grupos químicos diferentes e, portanto, é um átomo de carbono quiral ou opticamente ati- A glicina é a exceção, pois seu carbono a apresenta dois átomos de hidrogênio como substituintes e, assim, é opticamente inativa. Os aminoácidos que apresentam um centro assimétrico em seu carbono a podem existir em duas formas, designadas D e L, que são imagens es- peculares uma da outra (Figura 1.8). As duas formas, em cada par, são denominadas estereoisômeros isômeros ópticos ou enantiômeros. Todos os aminoácidos encontrados nas proteínas apresentam a configuração L. Os D-aminoácidos, no entanto, são encontrados em alguns antibióticos e em paredes celulares de plantas e bactérias (veja, na p. 253, uma discus- são acerca do metabolismo de D-aminoácidos). III. PROPRIEDADES ACIDOBÁSICAS DOS AMINOÁCIDOS OH H20 Em solução aquosa, os aminoácidos contêm grupos a-carboxila fracamen- CH3COOH te ácidos e grupos fracamente básicos. Além disso, cada amino- FORMA I FORMA II (ácido acético, HA) H+ ácido ácido e cada aminoácido básico contém um grupo ionizável na ca- (acetato, lateral. Assim, tanto os aminoácidos livres quanto alguns aminoácidos combinados por meio de ligações peptídicas podem atuar como tampões. Região Lembre-se que os ácidos podem ser definidos como doadores de prótons de tamponamento e as bases como aceptoras de prótons. Ácidos (ou bases) são descritos 1,0 como "fracos" quando ionizam em proporção limitada. A concentração de prótons em solução aquosa é expressa como pH, onde pH = log 1/[H+] ou -log[H+]. A relação quantitativa entre o pH da solução e a concentração de = 4,8 um ácido fraco (HA) e sua base conjugada é descrita pela equação de 0,5 de A. Derivação da equação 0 Considere a liberação de um próton por um ácido fraco, representado 0 3 4 5 6 7 por HA: pH HA H+ + A Figura 1.9 ácido próton forma salina ou Curva de titulação do ácido acético. fraco base conjugada "sal" ou base conjugada, é a forma ionizada de um ácido fraco. Por definição, a constante de dissociação do ácido, é [HA] (Nota: quanto maior o mais forte o ácido, pois indica que a maior parte de HA dissociou-se em H+ e Por sua vez, quanto menor o menos ácido foi dissociado e, portanto, mais fraco é o ácido.) Se isolarmos na equação anterior, tomando o logaritmo de ambos os lados da equa- ção, multiplicando ambos os lados por -1 e substituindo pH = -log e -log obteremos a equação de Henderson-Hasselbalch: [HA]Bioquímica Ilustrada 7 OH H20 OH H20 COOH COO H +H3N-C-H H2N H CH3 H+ H+ FORMA FORMA FORMA III Alanina em solução ácida Alanina em solução neutra Alanina em solução básica (pH menor que 2) (pH aproximadamente 6) (pH maior que 10) Carga líquida = +1 Carga líquida = 0 Carga líquida = -1 (forma isoelétrica) Figura Formas da alanina em soluções ácida, neutra e básica. B. Tampões Um tampão é uma solução que resiste a mudanças de pH quando se adicionam pequenas quantidades de ácido ou base. tampão pode ser produzido pela mistura de um ácido fraco (HA) com sua base conjugada Se um ácido, como o HCI, for adicionado a tal solução, pode ser neu- tralizado pelo que no processo é convertido em HA. Se uma base for adicionada, o HA pode neutralizá-la, sendo convertido em nesse pro- cesso. A capacidade tamponante máxima ocorre quando o pH for igual ao mas um par conjugado ácido/base ainda pode servir como tampão efetivo quando o pH da solução estiver até unidade de pH afastado do Se as quantidades de HA e forem iguais, o pH é igual ao Como mostrado na Figura 1.9, uma solução contendo ácido acético (HA = e acetato = com de 4,8, resiste a mudanças no pH entre os pHs 3,8 e 5,8, com capacidade tamponan- te máxima no pH Em pHs abaixo do a forma ácida protonada é a forma predominante. Em pHs acima do a forma básica não protonada é a forma predominante na solução. C. Titulação de um aminoácido 1. Dissociação do grupo carboxila. A curva de titulação de um amino- ácido pode ser analisada como descrito anteriormente para o ácido acético. Considere a alanina, por exemplo. Esse aminoácido contém um grupo a-carboxila e um grupo Em pHs baixos (ácidos), os dois grupos encontram-se protonados (como mostrado na Figura 1.10). À medida que o pH da solução é aumentado, o grupo -COOH da Forma pode dissociar-se, doando um próton ao meio. A liberação do próton resulta na formação do grupo carboxilato, Essa es- trutura é mostrada como a Forma (a forma dipolar da molécula, está ilustrada na Figura 1.10). Também denominada zwitterion, essa é a forma isoelétrica da alanina, ou seja, possui carga líquida igual a zero. 2. Aplicação da equação de A constante de dissociação do grupo carboxila de um aminoácido é denominada K1 e não pois a molécula contém um segundo grupo titulável. A equação de Henderson-Hasselbalch pode ser utilizada para analisar a dissociação do grupo carboxila da alanina, do mesmo modo des- crito para o ácido acético: K1 =8 Harvey & Ferrier onde é a forma completamente protonada da alanina e II é a forma isoelétrica da alanina (Figura 1.10). Essa equação pode ser rearran- jada e convertida em sua forma logarítmica para dar: 3. Dissociação do grupo amino. segundo grupo titulável da alani- na é o grupo amino mostrado na Figura 1.10. É um ácido muito mais fraco que o grupo -COOH; portanto, apresenta cons- tante de dissociação muito menor, (Nota: seu portanto, é maior.) A liberação de um próton pelo grupo amino protonado da Forma resulta na forma completamente desprotonada da alanina, a Forma III (Figura 1.10). COO 4. pKs da alanina. A dissociação sequencial de prótons dos grupos H2N-C-H carboxila e amino da alanina está resumida na Figura 1.10. Cada grupo titulável apresenta um numericamente igual ao pH no FORMA III qual exatamente metade dos prótons foram removidos daquele gru- po. para o grupo mais acídico (-COOH) é o enquanto o Região de Região de tamponamento tamponamento para o grupo acídico seguinte é o 5. Curva de titulação da alanina. Pela aplicação da equação de 2,0 Henderson-Hasselbalch a cada grupo acídico dissociável, é pos- sível calcular a curva de titulação completa de um ácido fraco. A 1,5 pl=5,7 Figura 1.11 mostra a variação no pH que ocorre durante a adi- ção de base à forma completamente protonada da alanina (I), até 9,1 produzir a forma completamente desprotonada (III). Observe o 2,3 seguinte: 0,5 a. Pares tampões. par pode servir como tam- 2 4 6 8 10 pão na região de pH ao redor do e o par pode pH tamponar na região ao redor do b. Quando pH = Quando o pH é igual ao (2,3), existem na COOH +H3N-C-H solução quantidades iguais das Formas e da alanina. Quan- +H3N-C-H do o pH é igual ao (9,1), estão presentes na solução quanti- CH3 CH3 dades iguais das Formas e III. FORMA FORMA II c. Ponto isoelétrico. Em pH neutro, a alanina existe predomi- nantemente como a Forma dipolar II, em que os grupos ami- Figura 1.11 no e carboxila estão ionizados, mas a carga líquida é zero. Curva de titulação da alanina. ponto isoelétrico (pl) é o pH no qual um aminoácido é eletri- camente neutro, ou seja, a soma das cargas positivas é igual à soma das cargas negativas. Para um aminoácido como a alanina, por exemplo, que apresenta apenas dois hidrogê- nios dissociáveis (um do grupo a-carboxila e um do grupo o pl é a média entre e (pl = [2,3 + 9,1]/2 5,7, Figura 1.11). o pl está a meio caminho entre o (2,3) e o (9,1). Ele corresponde ao pH em que predomina a Forma (com carga líquida igual a zero) e em que há tam- bém quantidades iguais das Formas I (carga líquida +1) e III (carga líquida -1).Bioquímica Ilustrada 9 A Bicarbonato como um tampão A separação de proteínas plasmáticas por meio de cargas elétricas é realizada tipicamente em pH acima do ponto isoelétrico (pl) das principais proteínas, de log modo que a carga dessas proteínas é negativa. Em Um aumento no bicarbonato um campo elétrico, as proteínas movem-se no sentido faz com que o pH aumente. do eletrodo positivo, a uma velocidade determinada por sua carga negativa líquida. Variações nos padrões Obstrução pulmonar provoca aumento no dióxido de carbono de mobilidade são indícios de certas doenças. e causa a redução do pH, resultando em acidose respiratória Alvéolos 6. Carga líquida dos aminoácidos em pH neutro. Em pH fisiológico, pulmonares todos os aminoácidos apresentam um grupo carregado negativamente e um grupo carregado positivamente ambos ligados ao carbono (Nota: os aminoácidos glutamato, aspartato, histidina, arginina e lisina apresentam, além desses, outros grupos potencial- B Absorção de fármacos mente carregados em suas cadeias laterais.) Substâncias como os aminoácidos, que podem atuar como ácidos ou bases, são classifica- [Fármaco-H] das como anfotéricas e chamadas de anfólitos (eletrólitos anfotéricos). No pH do estômago (1,5), um fármaco como a Aspirina (ácido fraco, 3,5) D. Outras aplicações da equação de Henderson-Hasselbalch estará predominantemente protonado (COOH) e. portanto, desprovido de carga. A equação de Henderson-Hasselbalch pode ser utilizada para calcular de que maneira o pH de uma solução fisiológica responde a mudanças Fármacos desprovidos de carga elétrica na concentração de um ácido fraco e/ou de sua correspondente forma geralmente atravessam membranas mais rapidamente do que moléculas com carga. de "sal". Por exemplo, no sistema tampão do bicarbonato, a equação de Henderson-Hasselbalch prevê de que modo mudanças na concentração do íon bicarbonato e na influenciam o pH (Figura 1.12A). A Estômago equação é útil também para calcular as quantidades das formas de drogas com características ácidas e básicas. Por exemplo, muitos fár- macos são ácidos fracos ou bases fracas (Figura 1.12B). Fármacos ácidos (HA) liberam um próton determinando a formação de um ânion car- Membrana regado lipídica HA H+ Bases fracas também podem liberar um A forma protonada dos HA fármacos básicos, no entanto, normalmente possui carga elétrica, e a H+ perda de um próton produz a base desprovida de carga (B). H+ HA BH+ Lúmen Sangue Um fármaco passa através de membranas com mais facilidade quando do estômago não apresenta carga elétrica. Assim, para um ácido fraco como a aspi- rina, a forma desprovida de carga HA consegue permear através das Figura 1.12 membranas, enquanto não consegue. Para uma base fraca como a morfina, por exemplo, a forma desprovida de carga, B, atravessa mem- A equação de Henderson-Hasselbalch branas celulares, enquanto não o faz. Portanto, a concentração efe- é utilizada para prever: (A) variações no tiva da forma permeável de cada fármaco em seu sítio de absorção é pH, à medida que as concentrações de determinada pelas concentrações relativas das formas carregada e des- ou são alteradas; ou (B) as provida de carga. A razão entre as duas formas é, por sua vez, determi- formas das substâncias. nada pelo pH no sítio de absorção e pela força do ácido fraco ou da base fraca, representada pelo do grupo ionizável. A equação de Hender- son-Hasselbalch é útil para a determinação da quantidade de fármaco encontrada em cada lado de uma membrana entre dois compartimentos com diferença de pH, por exemplo, o estômago (pH 1,0 a 1,5) e o plasma sanguíneo (pH 7,4).10 Harvey & Ferrier IV. MAPAS CONCEITUAIS A Quadros de conceitos vinculados Os estudantes às vezes encaram a Bioquímica como uma série nebulosa Aminoácidos de fatos ou equações a serem memorizadas, e não como um conjunto de (completamente protonados) conceitos a serem compreendidos. Detalhes fornecidos com a finalidade de podem enriquecer a compreensão desses conceitos tornam-se, inadvertidamente, Liberar H+ fontes de distração. Parece estar faltando um mapa do caminho, um guia que forneça aos estudantes uma compreensão intuitiva de como vários tópicos encaixam-se para fazer sentido. Pensando assim, os autores criaram uma Conceitos vinculados dentro série de mapas de conceitos-chave bioquímicos, que ilustram graficamente de um mapa as relações entre as ideias apresentadas no capítulo e mostram como a in- formação pode ser agrupada ou organizada. mapa conceitual é, portanto, uma ferramenta para visualizar as conexões entre os conceitos. material é Degradação das proteínas é produzido pela Conjunto apresentado de maneira hierárquica, com os conceitos mais gerais e inclusi- de ami- teciduais noácidos vos no topo do mapa e os conceitos mais específicos e menos gerais abaixo. De modo ideal, os mapas conceituais funcionam como matrizes ou guias para organizar as informações, de forma que os estudantes possam encontrar com Síntese e Renovação degradação leva à facilidade as melhores maneiras de integrar as novas informações ao conhe- das proteínas simultâneas cimento já consolidado. Conjunto A. Como é construído um mapa de conceitos-chave? Síntese de ami- consumido pela das proteínas noácidos 1. Quadros de conceitos vinculados. Os educadores definem con- corporais ceitos como "regularidades percebidas em eventos ou objetos". Em nossos mapas bioquímicos, os conceitos incluem abstrações (p. ex., energia processos (p. ex., fosforilação oxidativa) e C Conceitos com vínculos compostos (p. ex., glicose-6-fosfato). Os conceitos de definição cruzados com outros mais ampla são priorizados, com a ideia central posicionada no capítulos e outros livros topo da página. Os conceitos que seguem a partir dessa ideia nesta série central são delineados em quadros (Figura 1.13A). tamanho da letra indica a importância relativa de cada Linhas são desenhadas entre os quadros dos conceitos para mostrar quais estão relacionados. A legenda na linha define a relação entre dois ...como o dobra- conceitos, de modo que se lê uma afirmação válida, ou seja, a a proteína se mento incorreto das dobra em sua conexão passa a ter sentido. As setas nas linhas indicam em que proteínas pode levar conformação nativa à doença do sentido a conexão deve ser lida (Figura 1.14). por exemplo, a doença de Creutzfeldt-Jakob 2. Vínculos cruzados. Ao contrário dos padrões ou diagramas de fluxo linear, os mapas de conceitos-chave podem conter vínculos cruzados, que permitem ao leitor visualizar relações complexas entre as ideias representadas em diferentes partes do mapa (Fi- Estrutura das Lippincott's gura 1.13B) ou entre o mapa e os outros capítulos deste livro ou 2 Illustrated proteínas Reviews em outros livros desta série (Figura 1.13C). Vínculos cruzados po- dem assim identificar conceitos centrais para mais de uma disci- plina, oferecendo aos estudantes mais eficiência em situações clí- nicas ou em outros exames com características multidisciplinares. Os estudantes aprendem a perceber visualmente relações não lineares entre os fatos, em contraste com referências cruzadas em textos lineares. Figura 1.13 Símbolos utilizados nos mapas de con- ceitos-chave.Bioquímica Ilustrada 11 Aminoácidos são compostos por quando protonados, podem Grupo Grupo Cadeias laterais de Liberar H+ (-COOH) (-NH2) 20 tipos diferentes e atuam como está está desprotonado protonado Ácidos fracos compostas por em pH fisiológico em pH fisiológico conforme descrito pela Equação de [A [HA] Cadeias laterais Cadeias laterais Cadeias laterais Cadeias laterais que prevê apolares polares, despro- ácidas básicas vidas de carga Alanina Ácido aspártico Arginina Glicina Asparagina Ácido glutâmico Histidina A capacidade tamponante Cisteína Isoleucina Lisina Glutamina Leucina Serina Metionina Treonina caracterizadas por caracterizadas por que que Fenilalanina Tirosina Prolina Triptofano Cadeias laterais que A cadeia lateral o tamponamento ocorre Valina se dissociam é protonada e em pH fisiológico geralmente tem unidade de pH a partir do carga positiva em pH fisiológico que prevê encontradas encontradas encontradas encontradas Máxima capacidade Na superfície de proteínas que atuam em ambiente aquoso e tamponante quando pH = no interior de proteínas associadas a membranas que prevê que No interior de proteínas que atuam em um ambiente aquoso e na superfície de proteínas (como as proteínas de membrana) que interagem com lipídeos quando [HA] = Estrutura das 2 Proteínas Desse modo, a natureza Nas proteínas, a maior a parte dos grupos química da deia lateral Portanto, esses proteína e dos determina o papel que grupos não estão se dobra para aminoácido aminoácidos está disponíveis para assumir sua combinada, formando desempenha em deter- reações químicas. conformação ligações peptídicas. minada proteína, em nativa. Figura Mapa de conceitos-chave para aminoácidos.