Resumo - Aminoácidos, Proteínas, Carboidratos e Lipídeos

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Resumo – Aminoácidos e Proteínas, Carboidratos e Lipídeos.
Aminoácidos e Proteínas
Características gerais dos aminoácidos 
Cada aminoácido (exceto a prolina, que possui um grupo amino secundário) apresenta um grupo carboxila, um grupo amino primário e uma cadeia lateral que o distingue dos demais, o grupo R, ligados ao átomo de carbono α.
Em pH fisiológico, o grupo carboxila encontra-se dissociado, formando o íon carboxilato, carregado negativamente (-COO-), e o grupo amino encontra-se protonado (-NH3).
Nas proteínas, quase todos esses grupos carboxila e amino estão combinados nas ligações peptídicas, em geral, indisponíveis para reações químicas, exceto pela possibilidade de formação de ligações de hidrogênio.
Os aminoácidos podem ser classificados de acordo com o radical “R”
Alifáticos apolares
Aromáticos
Não carregados, mas polares
Carregados negativamente
Carregados positivamente
Propriedades acidobásicas dos aminoácidos
Em solução aquosa, os aminoácidos contêm grupos α-carboxila fracamente ácidos e grupos α-amino fracamente básicos.
Cada aminoácido ácido e cada aminoácido básico contém um grupo ionizável na cadeia lateral. Isso permite a atuação de alguns aminoácidos isolados ou por meio de ligações peptídicas atuarem como tampões.
A reação quantitativa entre o pH da solução e a concentração de um ácido fraco e sua base conjugada é descrita pela equação de Henderson-Hasselbalch:
HA ↔ H+ + A-
A- é a forma ionizada de um ácido fraco. Ka é a constante de ionização do ácido
Ka = [H+] [A-] ⁄ [HA]
Quanto maior o Ka, mais forte o ácido, pois indica que a maior parte de HA ionizou-se. Se isolarmos o [H+] na equação anterior, tomando o logaritmo de ambos os lados da equação, multiplicando ambos os lados da equação por -1 e substituindo pH = -log [H+] e pKa = -log Ka, obteremos a equação de Henderson-Hasselbalch
pH = pKa + log [A-] ⁄ [HA]
Tampão é uma solução que resiste a mudanças de pH quando se adicionam pequenas quantidades de ácido ou base. O tampão pode ser produzido pela mistura de um ácido fraco (HA) com sua base conjugada (A-)
A capacidade tamponante máxima ocorre quando o pH for igual ao pKa.
O efeito tampão ainda ocorre com até uma unidade de diferença entre o pH e o pKa.
Para valores de pH inferiores ao pKa, a forma ácida é a predominante.
Para valores de pH superiores ao pKa, a forma básica não protonada é a predominante na solução.
Titulação de um aminoácido
Dissociação do grupo carboxila 
Para um pH ácido, os dois grupos α-carboxila e α-amino encontram-se protonados
À medida que o pH da solução é aumentado, o grupo -COOH pode ionizar-se, doando um próton ao meio. A liberação do próton forma o íon carboxilato, -COO-. Essa nova forma é denominada zwitterion, com carga líquida igual a zero.
Aplicação da equação de Henderson-Hasselbalch. 
A constante de dissociação do grupo carboxila de um aminoácido é denominada K1, e não Ka, pois a molécula possui dois grupos tituláveis.
Ionização do grupo amino
O grupo amino é o segundo grupo titulável. É um ácido muito mais fraco do que o -COOH; portanto apresenta uma constante de ionização muito menor, K2.
A liberação de um próton resulta na forma desprotonada do aminoácido.
Considerações 
O par -COOH | -COO- pode servir como tampão na região de pH ao redor do pK1, e o par -NH3 | -NH2 pode tamponar na região ao redor do pK2.
Quando o pH = pK1 existem quantidade iguais da forma 1 (protonada) e da forma 2 (carboxila desprotonada), quando o pH = pK2, quantidades iguais da forma 2 (carboxila desprotonada) e da forma 3 (totalmente desprotonada).
Em pH neutro o aminoácido apresenta os grupamentos amina e carboxila ionizados, mas a carga líquida é zero. O ponto isoelétrico (pI) é o pH no qual o aminoácido é eletricamente neutro, ou seja, a soma das cargas negativas é igual a soma das cargas positivas. O pI é a média entre pK1 e pK2. Predomina a forma 2 e há quantidades idênticas das formas 1 e 3. 
Características gerais das proteínas
As proteínas são polímeros lineares construídos a partir de unidades monoméricas chamadas de aminoácidos, unidos ponta a ponta.
As proteínas têm ampla variedade de grupos funcionais responsáveis pelo amplo espectro de funções das proteínas.
As proteínas podem interagir umas com as outras macromoléculas biológicas para formar complexos proteicos. 
As proteínas podem ser rígidas ou flexíveis. 
Proteínas são construídas a partir de um repertório de 20 resíduos de aminoácidos. 
Estrutura básica do aminoácido: carbono α ligado a um grupo amino, um grupo carboxílico, um átomo de hidrogênio e um radical R diferenciado. 
Estrutura e função das proteínas 
As proteínas são polímeros lineares formados pela ligação do grupo α-carboxila de um aminoácido ao grupo de outro α-amino de outro aminoácido por meio de uma ligação peptídica ou amídica.
A ligação peptídica ou amídica ocorre com a perda de uma molécula de água.
Trata-se de um tipo de ligação muito estável. 
Uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas forma uma cadeia polipeptídica, e cada unidade de aminoácidos em um polipeptídeo é chamada de resíduo.
A polaridade da cadeia surge em decorrência das extremidades diferentes desta, um grupo α-carboxila está em uma e um grupo α-amino em outra. 
O grupo α-amino é o começo da cadeia por convenção.
Uma cadeia polipeptídica é constituída por uma parte repetitiva regular, chamada de cadeia principal ou arcabouço, e uma parte variável, que corresponde às cadeias laterais específicas. 
Cadeias polipeptídicas naturais com variações que vão geralmente de 50 a 2000 aminoácidos são chamadas de proteínas.
As proteínas têm sequências particulares de aminoácidos, especificadas pelos genes.
Estrutura primária: cadeia polipeptídica de resíduos de aminoácidos.
Estrutura de fixação: ligação peptídica.
Estrutura secundária: as cadeias polipeptídicas podem se enovelar em estruturas regulares como a α-hélice e a folha β-pregueada.
Estrutura de fixação: ligação de hidrogênio.
Estas estruturas são formadas por padrões regulares de pontes de hidrogênio entre os grupos N-H e C=O dos aminoácidos que estão próximos uns dos outros na sequência linear do peptídeo. 
As cadeias polipeptídicas podem mudar de direção fazendo voltas reversas e alças.
Estrutura terciária: as proteínas hidrossolúveis enovelam-se em estruturas compactas com núcleos apolares.
Estrutura de fixação: pontes dissulfeto, ligação de hidrogênio, interação iônica e interação hidrofóbica.
A cadeia polipeptídica se enovela de modo que as cadeias laterais se internalizem, enquanto suas cadeias polares carregadas se dispõem na superfície. 
Algumas estruturas polipeptídicas podem ser consideradas proteínas a partir desta fase, desde que sua funcionalidade seja condizente com a estrutura terciária, como a mioglobina, por exemplo. 
Motivos ou estruturas supersecundárias são combinações de estruturas secundárias que se repetem.
Domínios ocorrem quando algumas cadeias polipeptídicas enovelam-se em duas ou mais regiões compactas que podem se conectar por um segmento flexível da cadeia polipeptídica, apresentam funcionalidade.
Estrutura quartenária: as cadeias polipeptídicas se unem formando estruturas com múltiplas subunidades.
Estrutura de fixação: ligação covalente.
A sequência de aminoácidos de uma proteína determina sua estrutura tridimensional.
Ao romper com a forma tridimensional da proteína, ela adquire conformação aleatória e perde sua atividade. Passa, portanto, a ser considerada uma proteína desnaturada.
A informação necessária para especificar a estrutura funcional da proteína está contida em sua sequência de aminoácidos. 
Na ausência do agente desnaturador, algumas proteínas se reestruturam a sua forma original de forma praticamente idêntica, processo de renaturação.
Nem sempre o processo de renaturação é possível.
O enovelamento e a desnaturação de proteínas é um processo de tudo ou nada que ocorre em um processo de transição cooperativa. Se uma parte da proteína for desenovelada, as interações entre estaparte e a célula se perdem. As perdas destas interações, por sua vez, desestabilizará toda a estrutura.
Erros no enovelamento e agregação de proteínas estão relacionados com algumas doenças neurológicas, geralmente amiloidoses. 
Algumas proteínas podem existir em múltiplas conformações, não possuindo uma estrutura intrínseca.
Estas proteínas assumem uma estrutura definida ao interagir com outras proteínas.
Esta versatilidade molecular significa que uma proteína pode assumir estruturas diferentes e interagir com parceiros diferentes, resultando em funções bioquímicas diferentes.
Proteínas metamórficas: pequenas moléculas ou outras proteínas podem se ligar a um membro em particular do conjunto, constituindo um complexo que tem uma função bioquímica que difere de outro complexo formado pela mesma proteína metamórfica ligada a um parceiro diferente.
Modificações e clivagens conferem novas propriedades às proteínas. 
Muitas proteínas são modificadas covalentemente, por meio da adição de outros grupos que não apenas aminoácidos, para aumentar suas funções. 
Muitas são clivadas e aparadas após a síntese. Por exemplo, as enzimas digestivas são sintetizadas como precursores inativos que podem ser armazenados em segurança no pâncreas.
Carboidratos
Características gerais dos carboidratos
São moléculas cruciais para o desenvolvimento e o funcionamento de todos os organismos, não apenas como fonte de energia, mas também como moléculas ricas em informações. 
A enorme diversidade estrutural possibilita aos carboidratos o desempenho de inúmeras funções.
São formados por monossacarídeos, moléculas pequenas – contendo de 3 a 9 átomos de carbono ligados a grupos hidroxila – que variam no tamanho e na configuração estereoquímica em um ou mais centros de carbono. 
Vários monossacarídeos se ligam formando oligossacarídeos.
Estrutura e função dos carboidratos
Os carboidratos são moléculas à base de carbono ricas em grupos hidroxila. A fórmula empírica de muitos carboidratos é (CH2O)n.
Monossacarídeos são os carboidratos mais simples.
São aldeídos ou cetonas que têm dois ou mais grupos hidroxila. 
São classificados de acordo com o número de carbonos.
Existem em uma grande variedade de formas isoméricas.
Muitos carboidratos existem em formas cíclicas.
Os monossacarídeos são unidos a alcoóis e aminas por ligações glicosídicas.
Essas modificações aumentam a versatilidade dos carboidratos, possibilitando a sua atuação como moléculas de sinalização ou tornando-as mais suscetíveis à combustão. Três reagentes comuns são: alcoóis, aminas e fosfato. 
A adição de grupos fosforila é uma modificação comum dos açúcares. 
A fosforilação torna os açúcares aniônicos; a carga negativa impede que esses açúcares deixem espontaneamente a célula ao atravessar a bicamada lipídica das membranas. 
A fosforilação também cria intermediários reativos, que formarão mais prontamente ligações com outras moléculas. 
Os monossacarídeos estão ligados entre si para formar carboidratos mais complexos.
Os oligossacarídeos são produzidos pela ligação de dois ou mais monossacarídeos por ligações O-glicosídicas. 
Os resíduos de carboidrato são unidos, geralmente, por uma ligação α-1,4-glicosídica. 
Assim como as proteínas, os carboidratos apresentam uma polaridade definida pelas extremidades aminoterminal e carboxiterminal, os oligossacarídeos exibem uma polaridade redutora e não redutora.
A extremidade redutora tem um átomo de carbono anomérico livre que possui atividade redutora, visto que pode formar a cadeia aberta. 
Os múltiplos grupos hidroxila dos monossacarídeos contribuem para a infinidade de ligações glicosídicas existentes.
Um dissacarídeo é constituído de dois açúcares unidos por uma ligação O-glicosídica. São exemplos a maltose, a lactose e a sacarose. 
Glicogênio e amido são formas de armazenamento da glicose.
A glicose constitui importante fonte de energia em praticamente todas as formas de vida. Porém em altas concentrações perturba o equilíbrio osmótico da célula, com a consequência potencial de morte celular. Portanto, esse carboidrato é armazenado em unidades de um grande polímero que não é osmoticamente ativo.
Os grandes oligossacarídeos são denominados polissacarídeos. Se todas as unidades de um polissacarídeo forem iguais, trata-se de um homopolímero como o glicogênio e o amido. 
A maior parte das unidades de glicose no glicogênio é unida por ligações α-1,4-glicosídicas, as ramificações são formadas por ligações α-1,6-glicosídicas. 
Os carboidratos podem ligar-se às proteínas para formar glicoproteínas.
Muitas glicoproteínas são componentes das membranas celulares, onde participam de vários processos, como adesão celular e ligação de espermatozoides aos óvulos.
Outras são formadas pela ligação de carboidratos a proteínas solúveis; em particular, muitas das proteínas secretadas das células são glicosiladas ou modificadas pela ligação de carboidratos.
Os carboidratos podem ser ligados às proteínas por meio de resíduos de asparagina (N-ligados) ou de serina ou treonina (O-ligados).
A eritropoetina é uma glicoproteína, um hormônio secretado pelos rins e estimula a produção de eritrócitos. 
Nesse caso, em especial, a glicosilação aumenta a estabilidade da proteína no sangue. A proteína não glicosilada tem apenas cerca de 10% da bioatividade da forma glicosilada, visto que a proteína é rapidamente removida do sangue pelos rins.
As mucinas são outra classe de glicoproteínas. A proteína é extensamente glicosilada nos resíduos de serina ou de treonina pela N-acetilgalactosamina. As mucinas são capazes de formar grandes estruturas poliméricas e são comuns nas secreções mucosas.
Atuam como lubrificantes dos tratos traqueobrônquico, gastrintestinal e geniturinário.
Hiperexpressão de mucinas é característica dos adenocarcinomas.
As principais vias de glicosilação de proteínas são o lúmen do retículo endoplasmático e o complexo de Golgi. A proteína é sintetizada por ribossomos presentes na membrana do RE, e a cadeia peptídica é inserida no lúmen do RE. A glicosilação N-ligada começa no RE e continua no complexo de Golgi, enquanto a glicosilação O-ligada ocorre exclusivamente no complexo de Golgi.
As unidades de carboidrato das glicoproteínas são alteradas e elaboradas no complexo de Golgi.
Os grupos sanguíneos baseiam-se em padrões de glicosilação de proteínas. Cada grupo é designado pela presença de um carboidrato diferente, ligados a glicoproteínas e glicolipídios sobre a superfície dos eritrócitos. 
Erros de glicosilação podem resultar em condições patológicas.
Doença da célula I – doença de armazenamento lisossômico. O paciente desenvolve retardo psicomotor grave e deformidades esqueléticas.
As lectinas são proteínas que ligam carboidratos específicos. 
Essas proteínas de ligação de glicanos ligam estruturas específicas de carboidratos em superfícies celulares adjacentes. 
As lectinas promovem interações entre as células, desde a formação de um tecido até a transmissão de informações.
Muitos patógenos entram em células hospedeiras específicas por meio de sua adesão a carboidratos da superfície celular.
Algumas glicoproteínas regulam a migração dos leucócitos para os tecidos. Ligam-se especificamente a carboidratos de glicoproteínas presentes na membrana de células endoteliais de vênulas. A E-selectina e a P-selectina são responsáveis pela migração de linfócitos-T de memória para tecidos com processos inflamatórios. 
Lipídeos 
Características gerais dos lipídeos
As propriedades hidrofóbicas dos lipídeos são essenciais para a sua capacidade de formar membranas e, na maioria das vezes devem-se a um componente: os ácidos graxos.
Ácidos graxos consistem em longas cadeias hidrocarbonadas, com vários comprimentos e graus de insaturação, que terminam em grupos de ácido carboxílico. 
Os ácidos graxos ionizam-se em pH fisiológico.
Variam quanto a seu comprimento de cadeia e grau de insaturação.
As propriedades dos ácidos graxos e dos lipídeos derivados deles dependem acentuadamente docomprimento da cadeia e do grau de saturação. 
As insaturações e o comprimento da cadeia interferem na fluidez do ácido, alterando, principalmente, o seu ponto de fusão.
Os três lipídeos de membrana principais são: os fosfolipídeos, os glicolipídeos e o colesterol.
Os lipídeos desempenham uma variedade de funções biológicas: servem como substratos energéticos, como altas reservas de energia, como moléculas sinalizadoras e mensageiros em vias de transdução de sinais e como componentes das membranas biológicas.
Os triglicerídeos são reservas altamente concentradas de energia metabólica visto que são reduzidos e anidros. O rendimento da oxidação completa dos ácidos graxos é de cerca de 9 Kcal g-1, em contraste com cerca de 17 Kcal g-1 das proteínas e carboidratos.
Os glicolipídeos são lipídeos que contêm açúcares. São derivados da esfingosina.
Estão relacionados com o sistema ABO, compõem a membrana celular das células sanguíneas.
O colesterol é o precursor de cinco classes principais de hormônios esteroides: os progestógenos, os glicocorticoides, os mineralocorticoides, os androgênios e os estrogênios. Esses hormônios são moléculas de sinalização que regulam inúmeras funções do organismo.
A progesterona prepara o revestimento do útero para a implantação de um óvulo, além de atuar na manutenção da gestação.
Os androgênios são responsáveis pelo desenvolvimento dos caracteres secundários sexuais masculinos.
Os estrogênios são responsáveis pelo desenvolvimento dos caracteres secundários sexuais femininos.
Os glicocorticoides atuam na resposta inflamatória.
Os mineralocorticoides atuam nos rins aumentando a reabsorção de sódio e a excreção de K+ e H+.
Os hormônios esteroides ligam-se a moléculas receptoras e as ativam; essas moléculas servem então como fatores de transcrição para regular a expressão gênica.
Bibliografia
BERG, Jeremy M. Bioquímica. 7 Edição.
HARVEY, Richard A. Bioquímica Ilustrada. 5 Edição. 
LEHNINGER. Princípios de Bioquímica. 3 Edição.