BIOQUÍMICA PROTEINAS

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BIOQUÍMICA 
UNIDADE I
AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
MARCO ANTONIO PRATES NIELEBOCK
MESTRE EM PATOLOGIA - UFF
INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA
SISTEMA TAMPÃO
• A MAIORIA DOS PROCESSOS BIOQUÍMICOS 
SÃO SENSÍVEIS A VARIAÇÕES DO pH. NOS 
SERES HUMANOS, O pH DO PLASMA DEVE 
SER MANTIDO EM UMA FAIXA MUITO 
ESTREITA EM TORNO 7,4. QUANDO DESCE A 
VALORES PRÓXIMOS A 7.0 PODERÁ 
INTERFERIR EM DIVERSOS PROCESSOS. 
EXEMPLOS: ATIVIDADE DAS ENZIMAS, 
ALTERAÇÕES NAS REAÇÕES QUÍMICAS, ETC.
SISTEMA TAMPÃO
• ÁGUA (H2O):
– SUBSTÂNCIA MAIS ABUNDANTE EM 
SISTEMAS VIVOS (70% DO PESO CORPORAL);
– TODOS OS ASPECTOS DA ESTRUTURA E 
FUNÇÃO CELULAR SÃO ADAPTADOS AS 
PROPRIEDADES QUÍMICAS E FÍSICAS DA 
ÁGUA;
– FORMAM PONTES DE HIDROGÊNIO.
ÁGUA
AMINOÁCIDOS
• AS PROTEÍNAS SÃO POLÍMEROS DE 
AMINOÁCIDOS:
– AS PROTEÍNAS, APESAR DE 
APRESENTAREM ESTRUTURAS E 
FUNÇÕES DIVERSIFICADAS, SÃO 
SINTETIZADAS A PARTIR DE 
APROXIMADAMENTE 20 MONÔMEROS 
DIFERENTES: OS AMINOÁCIDOS.
AMINOÁCIDOS
• OS AMINOÁCIDOS SÃO COMPOSTOS QUE 
APRESENTAM, NA SUA MOLÉCULA, UM GRUPO 
AMINO (-NH2) E UM GRUPO CARBOXILA (-COOH); A 
ÚNICA EXCEÇÃO É A PROLINA, QUE CONTÉM UM 
GRUPO IMINO (-NH-) NO LUGAR DO AMINO. EM pH 
FISIOLÓGICO, ESTES GRUPOS ESTÃO NA FORMA 
IONIZADA. OS AA TÊM UMA FÓRMULA BÁSICA 
COMUM – O CARBONO α, AO QUAL SE LIGA O 
ÁTOMO DE HIDROGÊNIO E UM GRUPO VARIÁVEL 
CHAMADO DE CADEIA LATERAL OU GRUPO R.
AMINOÁCIDO
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS 
PROTEÍNAS
• ESTRUTURA PRIMÁRIA
– SEQUÊNCIA LINEAR DE AA MANTIDOS 
JUNTOS POR LIGAÇÕES PEPTÍDICAS. A 
SEQUÊNCIA LINEAR DOS AA É LIDA DA 
ESQUERDA PARA DIREITA. –H3N-Ala-Asp-Gli-
Leu-COO-
• ESTRUTURA SECUNDÁRIA
– ESTABILIZADA POR PONTES D HIDROGÊNIO 
ENTRE AS LIGAÇÕES PEPTÍDICAS 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS 
PROTEÍNAS
• ESTRUTURA TERCEÁRIA
– A ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL 3D COMPLETA DE UM 
POLIPEPTÍDEO. FORMADA ESPONTANEAMENTE E 
ESTABILIZADA TANTO PELAS INTERAÇÕES ENTRE AS 
CADEIAS LATERAIS E PONTES DISSULFETOS.
• ESTRUTURA QUARTENÁRIA
– MANTIDAS POR LIGAÇÕES NÃO-COVALENTES, SE ASSOCIAM 
DE FORMA ALTAMENTE ESPECÍFICA PARA COMPOREM 
OLIGÔMEROS (DÍMEROS E TETRÂMEROS – PRINCIPALMENTE). 
POSSUEM REGIÕES HIDROFÓBICAS E HIDROFÍLICAS.
– LONGOS POLÍMEROS DE AMINOÁCIDOS, 
REPRESENTANDO O PRINCIPAL CONSTITUINTE 
CELULAR DEPOIS DA ÁGUA;
– ALGUMAS PROTEÍNAS TEM ATIVIDADE CATALÍTICA 
E FUNCIONAM COMO ENZIMAS, OUTRAS SERVEM 
COMO ELEMENTOS ESTRUTURAIS, PROTEÍNAS 
SINALIZADORAS,
RECEPTORES CELULARES, TRANSPORTADORES QUE 
CARREIAM SUBSTÂNCIAS ESPECÍFICAS PARA DENTRO 
E FORA DA CÉLULA;
– AS PROTEÍNAS TALVEZ SEJAM AS BIOMOLÉCULAS 
MAIS VERSÁTEIS.
PROTEÍNAS
DESNATURAÇÃO DAS 
PROTEÍNAS
• O ROMPIMENTO E A PERDA DA CONFORMAÇÃO 
NORMAL SÃO CHAMADOS DE DESNATURAÇÃO; 
ELA É ACOMPANHADA PELA PERDA DA 
ATIVIDADE BIOLÓGICA. CAUSAS:
– ALTERAÇÕES EXTREMAS NO pH
– EXTREMOS NA FORÇA IÔNICA
– DETERGENTES
– AUMENTO DA TEMPERATURA
– REAÇÃO COM METAIS PESADOS – ARSÊNICO/ 
MERCÚRIO/ CHUMBO
ALGUMAS CONSIDERAÇÕES 
CLÍNICAS
• A HEMOGLOBINA DA CÉLULA FALCIFORME 
POSSUI UMA SUBSTITUIÇÃO DA VALINA NO 
LUGAR DO GLUTAMATO.
• OS PRÍONS SÃO FORMADOS A PARTIR DE 
PROTEÍNAS NEUROLÓGICAS NORMAIS 
CAUSANDO ENCEFALOPATIAS –
ENCEPALOPATIA ESPONGIFORME BOVINA 
(DOENÇA DA VACA LOUCA).
• A PROTEÍNA β- AMILOIDE ESTÁ RELACIONADA 
À DOENÇA DE ALZHEIMER.
ANÁLISE DA ESTRUTURA DA 
PROTEÍNA
• COMPOSIÇÃO DE AA  DETERMINADA PELA 
ANÁLISE QUANTITATIVA APÓS A DIGESTÃO DA 
PTN ( HIDRÓLISE ÁCIDA PELA QUEBRA DE TODAS 
AS LIGAÇÕES PEPTÍDICAS)
• SEQUENCIAMENTO DO FRAGMENTO 
HIDRÓLISE ESPECÍFICA POR COMPOSTOS 
QUÍMICOS OU ENZIMAS PROTEOLÍTICAS –
QUEBRA AS LIGAÇÕES PEPTÍDICAS EM LOCAIS 
ESPECÍFICOS PRODUZINDO FRAGMENTOS 
PEQUENOS E FÁCEIS DE MANUSEAR.
MÉTODOS DE ESTUDO DA 
ESTRUTURA PROTEICA
• PRECIPITAÇÃO DE PROTEÍNAS
• CROMATOGRAFIA
• CENTRIFUGAÇÃO
• DIÁLISE
• ELETROFORESE
• IMPRESSÃO DIGITAL
• DIFRAÇÃO DE RAIO X
• RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
ELETROFORESE DE PROTEÍNAS
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
• ESTAS PROTEÍNAS SÃO BEM ESTUDADAS E 
CLINICAMENTE RELEVANTES.
• SERVEM COMO PROTEÍNAS-MODELO, POIS AJUDAM A 
DEMONSTRAR OS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE ESTRUTURA E 
FUNÇÃO.
• AS SEMELHANÇAS E DIFERENÇAS NA FUNÇÃO SE 
CORRELACIONAM COM SUAS CARACTERÍSTICAS 
ESTRUTURAIS.
• A HEMOGLOBINA TRANSPORTA O2 DOS PULMÕES PARA 
OS TECIDOS, SENDO ENCONTRADA NOS ERITRÓCITOS 
OU HEMÁCEAS.
• A MIOGLOBINA É ENCONTRADA NO CORAÇÃO E NOS 
MÚSCULOS ESQUELÉTICOS, MAS NÃO NO SANGUE.
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
• ELA SE LIGA AO OXIGÊNIO DE FORMA REVERSÍVEL, 
TORNANDO-SE SATURADA COM OXIGÊNIO QUANDO ESTE 
SE ENCONTRA EM ALTAS CONCENTRAÇÕES NOS PULMÕES.
• O OXIGÊNIO É LIBERADO SOB BAIXA PRESSÃO DE 
OXIGÊNIO NOS TECIDOS, ONDE É UTILIZADO NO 
METABOLISMO AERÓBICO.
• A HEMOGLOBINA TEM UMA ESTRUTURA QUATERNÁRIA 
TETRAMÉRICA COMPOSTA POR DOIS MONÔMEROS 
DIFERENTES DE GLOBINA.
• A MIOGLOBINA APRESENTA UMA FORMA MONOMÉRICA, 
PORTANTO, ELA NÃO POSSUI ESTRUTURA QUATERNÁRIA.
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
• A HEMOGLOBINA E A MIOGLOBINA TÊM ESTRUTURAS TERCEÁRIAS 
SEMELHANTES;
• AMBAS SÃO TOTALMENTE α – HELICOIDAIS, COM REGIÕES DE 
CONEXÃO ENTRE AS HÉLICES;
• AMBAS SÃO ALTAMENTE COMPACTAS, COM RESÍDUOS 
HIDROFÍLICOS VOLTADOS PARA O EXTERIOR E RESÍDUOS 
HIDROFÓBICOS VOLTADOS PARA O INTERIOR.
• AMBAS POSSUEM UMA REGIÃO HIDROFÓBICA PARA ASSOCIAÇÃO 
COM UM GRUPAMENTO HEME;
• O GRUPAMENTO HEME É UM ANEL CONTENDO FERRO E SE 
MANTÉM POR LIGAÇÕES COORDENADAS;
• SÃO SEIS PONTES DE COORDENAÇÃO, QUATRO OCUPADAS PELOS 
NITROGÊNIOS, A QUINTA PELA HISTIDINA E A SEXTA PELO O2.
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
• EMBORA O FERRO DO GRUPO HEME SE LIGUE AO O2, ELE 
NÃO É OXIDADO, PERMANECE NO ESTADO Fe-- PARA SE 
LIGAR AO O2.
• A METEMOGLOBINA É A HEMOGLOBINA CUJO FERRO FOI 
OXIDADO A Fe+++ E NÃO PODE MAIS SE LIGAR AO O2.
• A COOPERATIVIDADE OCORRE QUANDO A LIGAÇÃO A UM 
MONÔMERO DE UMA PTN MULTIMÉRICA AFETA A 
LIGAÇÃO A UM MONÔMERO ADJACENTE.
• A HEMOGLOBINA DEMONSTRA COOPERATIVIDADE 
POSITIVA, AUMENTANDO SUA AFINIDADE PELO O2 À 
MEDIDA QUE SE LIGA A QUANTIDADES CRESCENTES DE O2.
• OS MONÔMEROS DE GLOBINA ALTERNAM ENTRE UMA 
FORMA RELAXADA DE ALTA AFINIDADE (FORMA R) E UMA 
CONFORMAÇÃO TENSA (FORMA T).
METEMOGLOBINEMIA
AFINIDADE DO OXIGÊNIO
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
• ALOSTERIA É DIFERENTE DA COOPERATIVIDADE, POIS 
OCORRE MUDANÇA NA AFINIDADE DE LIGAÇÃO DE UM 
SUBSTRATO PARA OUTRO DISTANTE DO SÍTIO ATIVO.
• O 2,3-BIFOSFOGLICERATO (2,3-BPG) É UM METABÓLITO 
QUE SE ENCONTRA EM ALTAS CONCENTRAÇÕES NAS 
HEMÁCIAS. AO SE LIGAR À HEMOGLOBINA INTERFERE NA 
LIGAÇÃO COM O O2.
• O CO2 AO LIGAR-SE À GLOBINA FORMA CARBAMATO. A 
HEMOGLOBINA TRANSPORTA 15% DO CO2 PRESENTE NO 
SANGUE. A FORMAÇÃO DO CARBAMATO FAVORECE A 
FORMAÇÃO DE PONTES SALINAS E DIMINUI A AFINIDADE 
DA HEMOGLOBINA PELO O2.
COOPERATIVIDADE X ALOSTERIA
HEMOGLOBINA - MIOGLOBINA
• O EFEITO BOHR SE REFERE À PERDA DE AFINIDADE POR O2
COM A DIMINUIÇÃO DO pH (AUMENTO DA ACIDEZ), COMO 
OCORRE NA MICROCIRCULAÇÃO À MEDIDA QUE O O2 É 
CONSUMIDO E O CO2 É LIBERADO PELOS TECIDOS.
• EM QUADROS FEBRIS OCORRE UMA REDUÇÃO DA 
AFINIDADE DA HEMOGLOBINA POR O2.
• A HEMOGLOBINA FETAL TEM LIGAÇÃO MAIS FRACA AO 
BPG DO QUE A HEMOGLOBINA DO ADULTO, PORTANTO A 
HEMOGLOBINA FETAL PASSA A TER MAIS AFINIDADE PELO 
O2.
• ISTO EXPLICA O MAIOR CONSUMO DE O2 PELA GESTANTE.
HEMOGLOBINOPATIAS
• SÃO DOENÇAS GENÉTICAS CAUSADAS POR ALTERAÇÕES 
ESTRUTURAIS NASCADEIAS DE GLOBINA, OU POR TAXAS 
ALTERADAS DA SÍNTESE DE GLOBINA.
• HEMOGLOBINA FALCIFORME  CAUSADA POR UMA MUTAÇÃO 
QUE SUBSTITUI O ÁCIDO GLUTÂMICO POR UMA VALINA. AFETA 
MAIS COMUMENTE A POPULAÇÃO NEGRA DOS ESTADOS UNIDOS.
• HEMOGLOBINA C  ALTERA O ÁCIDO GLUTÂMICO PELA LISINA.
• HEMOGLOBINA DE BOSTON  SUBSTITUIÇÃO HISTIDINA PELA 
TIROSINA CAUSANDO CIANOSE.
• HEMOGLOBINA CHESAPEAKE  SUBSTITUIÇÃO DA ARGININA 
PELA LEUCINA. DIFICULTA A LIBERAÇÃO DE O2 LEVANDO À 
POLICITEMIA.
• HEMOGLOBINA KÖLN  SUBSTITUIÇÃO DA VALINA POR 
METIONINA CAUSANDO FRAGILIDADE DAS HEMÁCIAS E ANEMIA 
HEMOLÍTICA.
ANEMIA FALCIFORME
TAXAS ALTERADAS DE 
SÍNTESE DE GLOBINA
• A PRODUÇÃO DESEQUILIBRADA DE GLOBINA-α OU 
GLOBINA-β LEVA A UMA CLASSE DE DOENÇAS CHAMADAS 
DE TALASSEMIA, CAUSANDO ANEMIAS HEMOLÍTICAS.
• AS β-TALASSEMIAS POEM SER DIVIDIDAS EM MAIOR 
(LETAL NA IDADE ADULTA) E MENOR (PROVOCA UMA 
ANEMIA SUAVE).
• AS α-TALASSEMIAS SÃO GRAVES, POIS CAUSAM ANEMIA 
SEVERA NOS FETOS.
• CAUSAS:
– DELEÇÃO COMPLETA DOS GENES DAS GLOBINAS;
– SÍNTESE PREJUDICADA DE RNA
– RECOMPOSIÇÃO PREJUDICADA DO mRNA PRIMÁRIO;
– MUTAÇÕES COM MUDANÇA DA MATRIZ DE LEITURA OU MUTAÇÕES 
SEM SENTIDO, PRODUZINDO GLOBINAS QUE SÃO RAPIDAMENTE 
DEGRADADAS.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• A ESTRUTURA DA HB CONDIZ COM SEU PAPEL 
FISIOLÓGICO POR AUMENTAR A AFINIDADE POR OXIGÊNIO 
NOS PULMÕES E DIMINUIR SUA AFINIDADE POR OXIGÊNIO 
NOS TECIDOS.
• A MIOGLOBINA NÃO POSSUI ESTRUTURA QUATERNÁRIA, 
UMA VEZ QUE SUA LOCALIZAÇÃO NAS CÉLULAS 
MUSCULARES NÃO NECESSITA QUE ELA ALTERE SUA 
AFINIDADE POR OXIGÊNIO.
• AS DIFERENTES ESTRUTURAS QUATERNÁRIAS DA HB AO 
LONGO DO DESENVOLVIMENTO REFLETEM NECESSIDADES 
ESPECIAIS POR TRANSPORTE DE OXIGÊNIO.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• A COOPERATIVIDADE SE REFERE À INTERAÇÃO DA 
ESTRUTURA DA SUBUNIDADE DE UMA PTN PARA MUDAR 
SUA ATIVIDADE – A HB AUMENTA A AFINIDADE AO 
OXIGÊNIO.
• ALOSTERIA É UMA MUDANÇA NA COOPERATIVIDADE 
ALTERANDO A AFINIDADE AO OXIGÊNIO – OS PRINCIPAIS 
ALOSTÉRICOS NEGATIVOS SÃO BPG, CO2 E PRÓTONS.
• AS HEMOGLOBINOPATIAS SÃO DOENÇAS CAUSADAS POR 
ALTERAÇÕES OU NA ESTRUTURA DA HB, OU NA SUA TAXA 
DE SÍNTESE.
OBRIGADO