Apostila Bioquímica - Proteínas - Universo

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Bioquímica Básica 
 
Temas Emergentes 
em Serviços 1ª 
ed
iç
ão
 
Bioquímica Básica 
Michel Miranda 
Bioquímica Básica 
 
 
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2 Proteínas 
Bioquímica Básica 
 
 
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Nesta unidade, vamos entender a cerca das características gerais dos aminoácidos 
e das proteínas, suas estruturas químicas, suas funções celulares e as diferentes 
técnicas de identificação, separação, purificação e análise destas moléculas. 
 
Objetivos da Unidade 
 Identificar e compreender as propriedades dos aminoácidos, 
incluindo pK e pI 
 Conhecer as funções das proteínas 
 Estudar os diferentes níveis estruturais das proteínas 
 Conhecer as técnicas de identificação, separação, purificação e 
análise de proteínas. 
 Caracterizar as enzimas 
 
Plano da Unidade 
 Os aminoácidos 
 Aminoácidos como ácidos e bases 
 Peptídeos 
 Estrutura e funções das proteínas 
 Desnaturação de proteínas 
 Técnicas de estudo das proteínas 
 Enzimas 
 
Bons Estudos! 
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As proteínas (ou também conhecidas como polipeptídeos) são as 
macromoléculas mais abundantes nas células vivas e com o maior número de 
funções. São instrumentos moleculares nos quais a informação genética é 
expressa. Todas as proteínas são formadas por moléculas menores chamadas 
aminoácidos. A quantidade e a ordem destes aminoácidos provêm uma 
quantidade enorme de diferentes proteínas celulares. 
 
Os aminoácidos 
 
Os aminoácidos são as unidades formadoras das proteínas. São mais de 200 
tipos de aminoácidos diferentes na natureza, mas somente 20 são encontrados nas 
proteínas. Estes aminoácidos possuem regiões em comum como um carbono 
central (α), no qual estão ligados um hidrogênio, uma região amina (NH2), uma 
região carboxila ou também conhecida como ácido carboxílico (COOH) e uma 
cadeia lateral (ou grupamento R), com exceção da prolina que é considerado um 
iminoácido e, portanto não apresenta uma amina. Em pH fisiológico (próximo de 
7,0), os aminoácidos estão carregados na forma de íons dipolares (ou zwitterions) 
tendo a amina como NH3+ e a carboxila como COO-, no entanto, esta característica 
não interfere nas propriedades químicas dos aminoácidos (figura 1). 
O carbono central dos aminoácidos formadores das proteínas é então 
considerado um centro quiral, no qual estão ligadas quatro regiões moleculares 
diferentes em um arranjo tetraédrico e assimétrico. Estas diferentes regiões podem 
ocupar duas posições espaciais distintas, sendo estas duas formas chamadas de 
estereoisômeros (ou enantiômeros). Nas proteínas, os aminoácidos têm sempre a 
forma L (levógiro), que por convenção, o grupo amino da molécula está na 
esquerda. No entanto, em peptídeos (pequenas sequências de aminoácidos) 
encontrados, por exemplo, nas paredes celulares de bactérias Gram+ como as do 
gênero Estafilococos, e em alguns antibióticos, os aminoácidos estão na forma D 
(dextrógiro), onde o grupo amino está na direita. 
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Os aminoácidos são diferenciados entre si pelas suas cadeias laterais. As 
cadeias laterais variam em tamanho, forma, carga elétrica, reatividade química e 
definem os aminoácidos como polares ou apolares, no entanto esta denominação 
só funciona quando os aminoácidos estão incorporados nas proteínas, pois todos 
os aminoácidos livres são, a princípio, solúveis em água. Neste contexto, os 
aminoácidos glicina, alanina, prolina, valina, leucina, isoleucina, metionina, 
triptofano e fenilalanina são considerados apolares, enquanto os demais, por ter 
em suas cadeias laterais regiões capazes de interagir com a água, seja por pontes 
de hidrogênio ou por interações eletrostáticas, são aminoácidos polares (figura 1). 
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Figura 1: Os aminoácidos formadores das proteínas. As fórmulas acima mostram as 
formas zwitterion dos aminoácidos (em pH fisiológico). Acido glutâmico e ácido aspártico são 
aminoácidos comumente referidos respectivamente como glutamato e aspartato. A cadeia 
lateral da glicina está destacada das demais por ser a mais simples. Fonte: 
www.infoescola.com, acesso em 18/10/2014, adaptado. 
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Os aminoácidos podem apresentar algumas características funcionais 
interessantes: o aminoácido mais simples, a glicina, tem este nome por ter gosto 
doce, assim lembrando o nome glicose, além de ser um neurotransmissor; o 
glutamato e o triptofano são usados na produção dos neurotransmissores ácidos γ-
aminobutírico, serotonina e melatonina; leucina, isoleucina e valina são os 
aminoácidos conhecidos como BCAA (aminoácidos de cadeia lateral ramificada), 
muito procurados por praticantes de alguma atividade física, que serão estudados 
nas próximas unidades; aspartato e fenilalanina são usados na produção do 
adoçante aspartame; arginina participa do ciclo da uréia (importante via 
metabólica que ocorre no fígado e que será estudada nas próximas unidades); 
tirosina é usada na formação do hormônio tiroxina. 
Além dos 20 aminoácidos descritos anteriormente, algumas raras proteínas 
podem conter aminoácidos modificados após a sua incorporação na cadeia 
polipeptídica. Dentre estes podemos incluir a 4-hidroxiprolina e a 5-hidroxilisina, 
encontradas no colágeno, a 6-N-metillisina, encontrada na miosina, a desmosina, 
encontrada na elastina e o γ-carboxiglutamato, encontrado na protrombina. 
Os aminoácidos podem também ser classificados como naturais (não-
essenciais) e essenciais. Os naturais são os aminoácidos produzidos pelo 
organismo. Os essenciais não são produzidos pelo organismo e, portanto precisam 
ser adquiridos na alimentação. Os vegetais produzem todos os 20 aminoácidos que 
formam as proteínas e, portanto só possuem aminoácidos naturais. Os humanos 
produzem somente 11 (alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteina, glicina, 
glutamato, glutamina, prolina, serina e tirosina) do total de 20 aminoácidos. Deste 
modo, ao ingerir proteínas, os humanos obtêm os 20 aminoácidos, sendo alguns já 
produzidos pelo corpo e outros essenciais. É importante ressaltar que para formar 
as proteínas são necessários todos os 20 aminoácidos. 
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Aminoácidos como ácidos e bases 
 
Como os aminoácidos possuem grupamentos amina e carboxila capazes de se 
ionizar, a forma iônica predominante dos aminoácidos é dependente do pH no 
qual este aminoácido se encontra. Os aminoácidos podem apresentar 2 ou 3 
grupamentos ionizáveis referentes a amina, a carboxila e algumas cadeias laterais, 
ou seja 2 ou 3 regiões com poder tamponante (tabela 1). 
Um aminoácido em solução cujo pH é muito ácido (entre 0 e 1), tem seus 
grupamentos ionizáveis totalmente protonados (com íons H+). À medida que o pH 
aumenta (com adição de base), os íons H+ são liberados, sempre primeiro os 
prótons das carboxilas e depois os prótons das aminas. 
Tabela 1: Valores de pK e pI dos aminoácidos. 
Aminoácido pK pI 
Nome Abreviação 
de três 
letras 
Abreviação 
de uma 
letra 
COOH NH3+ Cadeia lateral 
(grupamento 
R) 
 
Alanina Ala A 2,34 9,69 6,01 
Arginina Arg R 2,17 9,04 12,48 10,76 
Asparagina Asn N 2,02 8,80 5,41 
Aspartato Asp D 1,88 9,60 3,65 2,77 
Cisteína Cys (Cis) C 1,96 10,28 8,18 5,07 
Fenilalanina Phe (Fen) F 1,83 9,13 5,48 
Glicina Gly (Gli) G 2,34 9,60 5,97 
Glutamato Glu E 2,19 9,67 4,25 3,22 
Glutamina Gln Q 2,17 9,13 5,65 
Histidina His H 1,82 9,17 6,00 7,59 
Isoleucina Ile I 2,36 9,68 6,02 
Leucina Leu L 2,36 9,60 5,98 
Lisina Lys (Lis) K 2,18 8,95 10,53 9,74 
Metionina Met M 2,28 9,21 5,74 
Prolina Pro P 1,99 10,96 6,48 
Serina Ser S 2,21 9,15 5,68 
Tirosina Tyr(Tir) Y 2,20 9,11 10,07 5,66 
Treonina Ter T 2,11 9,62 5,87 
Triptofano Trp W 2,38 9,39 5,89 
Valina Val V 2,32 9,62 5,97 
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Duas abreviações de três letras para o mesmo aminoácido significam 
abreviação adotada no Inglês e no Português respectivamente. As demais são 
abreviações universais. 
A titulação da glicina, um exemplo de aminoácido com 2 grupamentos 
ionizáveis, mostra que em pH muito ácido, a glicina tem ambos amina e carboxila 
protonadas (NH3+ e COOH respectivamente), iniciando a titulação com carga 
elétrica líquida +1. À medida que o pH vai aumentando, moléculas de glicina 
começam a liberar prótons da carboxila até que todas as moléculas estejam com a 
carboxila sem próton (COO-). Neste momento, a carga elétrica líquida da glicina é 
zero. À medida que o pH continua a aumentar, as moléculas de glicina perdem 
mais prótons, desta vez das aminas, até que todas estejam na forma de NH2. Neste 
momento todas as glicinas estarão com carga elétrica líquida -1 e seguirá assim até 
o fim da titulação. Entre a carga +1 e a zero, existirá um pK (pK1) onde 50% das 
moléculas de glicina estarão com a carboxila protonada (COOH) e 50% com a 
carboxila desprotonada (COO-) e assim a carga elétrica líquida será +0,5 e entre a 
carga zero e -1, existirá outro pK (pK2), onde 50% das moléculas de glicina estarão 
com a amina protonada (NH3+) e 50% com a amina desprotonada (NH2) e assim a 
carga elétrica líquida será -0,5. O somatório dos dois pKs dividido por 2 revelará o pI 
(ponto isoelétrico do aminoácido), que significa o valor de pH no qual o 
aminoácido está com carga absolutamente zero (figura 2). 
A titulação de aminoácidos com três grupamentos ionizáveis como, por 
exemplo, o glutamato e a histidina mostra uma curva com três pKs. O glutamato, 
por ter duas carboxilas (incluindo a da cadeia lateral) e uma amina, inicia a sua 
titulação com carga elétrica líquida +1 e termina a titulação com carga elétrica 
líquida -2. A histidina por ter uma carboxila e duas regiões positivas (uma amina e 
um anel imidazol) inicia a titulação com carga elétrica líquida +2 e termina a 
titulação com carga elétrica líquida -1. Em ambos os casos o pI será a soma dos dois 
pKs mais próximos, dividido por 2 (figura 2). 
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Se a glicina for colocada em um ambiente com pH definido e submetida a um 
campo elétrico, esta se moverá para o lado positivo (anodo) em pHs acima do seu 
pI, pois pHs acima de 5,97 (pI da glicina) fará com que a molécula comece a adquirir 
carga elétrica líquida negativa. Em pHs abaixo do seu pI, a glicina, por adquirir 
carga elétrica líquida positiva, migrará para o lado negativo (catodo). Em pH 12,0 
por exemplo ela migrará para o lado positivo com uma velocidade maior que em 
pH 9,6 pois em pH 12,0 a glicina está com carga elétrica líquida -1 e em pH 9,6 
(valor referente ao seu pK2) a glicina estará com carga elétrica líquida -0,5. Em pH 
5,97 (valor referente ao seu pI), a glicina não se deslocará no campo elétrico. 
Se glicina, histidina e glutamato forem submetidos a um campo elétrico em 
pH 5,97, a glicina não se deslocará, mas o glutamato, por ter pI 3,22 estará com 
carga negativa neste pH e migrará para o lado positivo. Já a histidina, por ter pI 
7,59 estará com carga positiva neste pH e assim se deslocará para o lado negativo. 
Assim, diferentes aminoácidos podem ser separados em um campo elétrico com 
um pH definido, de acordo com seus pIs (esta técnica chamada de eletroforese será 
explicada ainda nesta unidade). Em resumo, pHs abaixo do pI do aminoácido fazem 
o aminoácido migrar para o lado negativo, pHs acima do pI fazem o aminoácido 
migrar para o lado negativo e pH igual ao pI não permite que o aminoácido se 
mova no campo elétrico. 
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Figura 2: Curvas de titulação dos aminoácidos glicina, glutamato e histidina. O primeiro 
tem 2 grupamentos ionizáveis e os outros dois tem 3 grupamentos ionizáveis. As fórmulas 
predominantes ao longo da titulação são mostradas acima dos gráficos. Na curva de titulação 
da glicina os retângulos sombreados em vermelho indicam as duas regiões de 
tamponamento. Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica. 
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Os aminoácidos se unem para formar proteínas através da ligação peptídica. 
Esta ligação covalente é formada a partir de uma reação entre o grupamento 
amina de um aminoácido e o grupamento carboxila do outro aminoácido, 
resultando na saída de uma molécula de água (figura 3). Esta reação química ocorre 
somente no citoplasma ou nas membranas do retículo endoplasmático rugoso das 
células, dentro de uma estrutura chamada ribossomo. 
 
 
 
Figura 3: A ligação peptídica. Esta ligação (representada com um traço em vermelho) é 
formada a partir de uma reação de condensação entre o grupamento amina de um 
aminoácido e o grupamento carboxila do outro aminoácido. 
Fonte: www.colegiovascodagama.com, acesso em 18/10/2014. 
 
Peptídeos 
 
Os peptídeos são biomoléculas com uma quantidade pequena de 
aminoácidos. Diversos autores citam peptídeos como moléculas contendo 2 
aminoácidos (dipeptídeos) ou de 3 até um máximo de 50 aminoácidos 
(oligopeptídeos). Acima de 50 aminoácidos a molécula já é considerada uma 
proteína. Peptídeos, apesar de pequenos, apresentam funções biológicas 
importantes: a ocitocina (com 9 aminoácidos), secretada pela hipófise, é 
responsável pelas contrações musculares do útero no parto e na produção de leite 
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pelas glândulas mamárias; a bradicinina (com 9 aminoácidos) inibe inflamação nos 
tecidos; o glucagom (com 29 aminoácidos) é produzido pelo pâncreas em 
situações de hipoglicemia sanguínea; a glutationa (com 3 aminoácidos) atua como 
agente redutor e protege as células dos efeitos oxidantes de algumas substâncias 
como a água oxigenada; o hormônio antidiurético (com 9 aminoácidos) é 
sintetizado pelo hipotálamo e estimula os rins a reter água. 
 
Estrutura e função das proteínas 
Como descrito anteriormente, as proteínas são macromoléculas formadas por 
aminoácidos através de ligações peptídicas. As proteínas diferem quanto à 
quantidade e a sequência de aminoácidos que possuem. Por exemplo, duas 
proteínas contendo o mesmo número de aminoácidos não são necessariamente 
idênticas porque podem ter diferentes sequências de aminoácidos. O tamanho das 
proteínas varia desde moléculas pequenas como a insulina (com 51 aminoácidos 
de tamanho) até moléculas bem grandes como a hemoglobina (com 574 
aminoácidos de tamanho). 
As proteínas podem ser encontradas tanto intracelulares quando 
extracelularmente e apresentam diversas funções, incluindo hormonal (ex: insulina, 
produzida pelo pâncreas e GH produzido na hipófise), nutricional (ex: caseína, a 
principal proteína do leite e ovalbumina, a principal proteína da clara do ovo), 
imunológica (ex: imunoglobulinas), contração (ex: actina e miosina, as principais 
proteínas de contração muscular), motilidade (ex: tubulina, encontrada no flagelo 
dos espermatozóides e cílios de protozoários), transporte (ex: hemoglobina, 
encontrada nas hemácias e albumina, transportadora de lipídios no plasma 
sanguíneo), estrutural (ex: colágeno e queratina) e enzimática (será detalhada no 
final desta unidade). 
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Baseada em sua composição as proteínas podem ser simples ou conjugadas. 
As simples apresentam somente aminoácidos na sua estrutura. As conjugadas 
apresentam, além de aminoácidos, outros componentes como íons (ex: ferro, 
zinco, cobre nas metaloproteínas) ou moléculas (ex: lipídios nas lipoproteínas, 
oligossacarídeos nasglicoproteínas e fosfato nas fosfoproteínas). 
A estrutura das proteínas é bastante complexa. Distinguem-se quatro níveis de 
organização nas proteínas: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. A 
estrutura primária é a forma da proteína que acaba de ser sintetizada na célula. Esta 
forma contém aminoácidos unidos por ligações peptídicas e em algumas 
proteínas, também por pontes (ligações) dissulfeto. Esta ligação covalente (em 
alguns casos referidos também como interação química) ocorre através de uma 
reação química entre os grupamentos sulfidrila (SH) das cadeias laterais dos 
aminoácidos cisteína que estão próximos na cadeia polipeptídica, criando uma 
ligação covalente entre dois átomos de enxofre (S-S). 
Cada estrutura primária é formada de acordo com a informação genética 
contida nos genes do organismo. Atualmente, é conhecida a estrutura primária de 
centenas de proteínas. A primeira a ter a sua estrutura elucidada foi à insulina, com 
duas cadeias peptídicas, uma com 21 e outra com 30 aminoácidos, contendo três 
pontes dissulfeto. A forma primária de uma proteína ainda não tem função. Para ter 
função esta forma deverá assumir uma conformação final: secundária, terciária ou 
quaternária. Abaixo um modelo de dobramento de uma proteína sem forma 
definida e consequentemente sem função (estrutura primária) para uma forma 
terciária (figura 4). 
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Figura 4: Dobramento (enovelamento) de uma proteína. A estrutura primária (proteína 
recém-sintetizada na célula) assumindo a forma final terciária. Esta figura é representada 
como modelo em fita. Fonte: www.dc205.4shared.com, acesso em 18/10/2014. 
 
A estrutura secundária pode se apresentar como dois modelos: a α-hélice e a 
folha-β (ou β-pregueada). Em ambos os modelos à estrutura secundária é 
estabilizada por pontes de hidrogênio. Na estrutura α-hélice, as pontes de 
hidrogênio ocorrem entre o oxigênio da região C=O da ligação peptídica de um 
aminoácido e o hidrogênio da região N-H da ligação peptídica de outro 
aminoácido, distantes quatro aminoácidos entre si, criando uma forma helicoidal, 
daí o nome hélice (figura 5). Além disso, nesta conformação costumam ocorrer com 
freqüência interações eletrostáticas entre cadeias laterais de cargas opostas e 
interações hidrofóbicas entre cadeias laterais apolares dos aminoácidos, pois em 
ambos os casos estas cadeias laterais estão distantes três ou quatro aminoácidos, 
fazendo com que estas interações possam ocorrer e assim contribuir para a 
configuração da hélice. A folha-β é bem diferente da alfa hélice, pois é quase 
totalmente distendida ao invés de enrolada. A folha-β é estabilizada por pontes de 
hidrogênio entre grupos N-H e C=O de 2 ou mais moléculas polipeptídicas 
adjacentes, estas que podem estar paralelas (no mesmo sentido) ou antiparalelas 
(sentidos opostos), enquanto que nas α-hélices as pontes de hidrogênio entre 
grupos N-H e C=O são na mesma molécula (figura 5). 
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As formas secundárias, também conhecidas como estruturas fibrosas, são 
conhecidamente insolúveis em água. A explicação se baseia no fato destas 
proteínas apresentarem muitos aminoácidos com cadeias laterais apolares, tanto 
no interior quanto na superfície da proteína assim como a maioria das cadeias 
laterais polares dos aminoácidos estarem no interior da proteína, escondidas da 
água, dificultando ainda mais a interação da água com a proteína. 
A B 
 
Figura 5: As conformações secundárias das proteínas. Na conformação A, encontra-se a 
α-hélice e na conformação B encontra-se a folha-β no modelo antiparalelo. Ambas as formas 
são estabilizadas por pontes de hidrogênio. As regiões R representam as cadeias laterais dos 
aminoácidos. Fonte: www.bioquimica.faculdade.zip.net, acesso em 19/10/2014. 
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O colágeno, proteína mais abundante dos vertebrados (representa mais de 
30% do total de proteínas), encontrado na pele, dentina, córnea, tendões, 
cartilagens e ossos é uma proteína fibrosa. O colágeno é classificado em 12 tipos (I, 
II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI e XII), sendo o tipo I o mais comum, amplamente 
distribuído pelo corpo. Cada molécula de colágeno pode se apresentar como uma 
estrutura em hélice simples ou conter três cadeias polipeptídicas (tripla hélice) 
enroladas uma em torno da outra, criando uma estrutura chamada super-hélice 
(também referida como estrutura quaternária do colágeno), bastante resistente, 
estabilizadas por pontes de hidrogênio e algumas ligações covalentes cruzadas 
(figura 6). Analisando a sua composição química, encontram-se muitos 
aminoácidos com cadeia lateral apolar, incluindo 35% de glicina, 11% de alanina e 
21% de prolina/4-hidroxiprolina, o que, em parte, explica sua insolubilidade em 
água. No corpo humano, o colágeno desempenha várias funções como, por 
exemplo, unir e fortalecer tecidos. A deficiência de colágeno no organismo leva a 
um quadro de colagenose, gerando má formação óssea, rigidez muscular, 
inflamação de juntas ósseas etc. Na formação do colágeno é necessária a 
participação da vitamina C. Sob a deficiência desta vitamina, pode ocorrer o 
escorbuto, uma doença cujos sintomas vão desde hemorragias na gengiva, 
fragilidade dos vasos sanguíneos até a morte. Mutações nos genes relacionados ao 
colágeno levam a produção de proteínas anormais. A osteogênese imperfeita é 
uma doença rara (1:25.000 nascimentos) relacionada a um defeito na síntese de 
colágeno tipo I, que leva a uma formação óssea anormal em bebês, com 
conseqüentes fraturas e deformidades ósseas. Já a doença Ehlers-Danlos 
(1:3.000.000 nascimentos) se caracteriza por um defeito na síntese de colágeno 
tipo I, III ou IV, levando a frouxidão em ligamentos, hipotonia muscular, desvios de 
coluna etc. 
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Figura 6: Estrutura do colágeno. Em A, está o colágeno evidenciando os seus principais 
aminoácidos. Em B, está à representação das três moléculas adjacentes de colágeno e em C a 
união das três moléculas, criando a super-hélice. Fonte: www.bifi.es, acesso em 19/10/2014. 
 
 A queratina, outra proteína fibrosa, é encontrada nos animais na pele, 
cabelos, unhas, garras, chifres, cascos e penas. Sua composição de aminoácidos 
revela um alto número dos aminoácidos hidrofóbicos alanina, valina, leucina, 
isoleucina, fenilalanina e metionina. A queratina apresenta duas cadeias 
polipeptídicas enroladas em espiral, contendo ligações covalentes cruzadas através 
de um grande número de pontes dissulfeto, conferindo à molécula alta resistência. 
 A elastina é uma proteína fibrosa encontrada em vários locais do corpo 
dos animais vertebrados como no pavilhão auditivo, na epiglote, em algumas 
cartilagens e nas artérias elásticas. Tal como o colageno, ela é produzida pelos 
fibroblastos do tecido conectivo (derme). A elastina se caracteriza por formar fibras 
mais finas que aquelas formadas pelo colágeno. Essas fibras cedem bastante à 
tração, mas retornam à forma original quando é cessada a força, portanto a elastina 
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confere a estas fibras elasticidade e resistência. Assim como o colágeno e a 
queratina, a elastina é uma proteína composta na sua maioria por aminoácidos 
com cadeia lateral apolar (glicina, valina, alanina e prolina). 
 A estrutura terciária das proteínas é conhecida como estrutura globular 
ou enovelada. As proteínas terciárias são solúveis em água por apresentarem a 
maioria das cadeias laterais de aminoácidos hidrofóbicos voltados para o interior 
da proteína, enquanto a maioria das cadeias laterais polares está exposta 
facilitando a interação da água por pontes dehidrogênio e interações 
eletrostáticas. Proteínas enoveladas podem conter várias regiões α-hélice, várias 
regiões folha-β ou uma mistura das duas regiões. Encontramos neste modelo de 
proteína um alto número de interações entre as cadeias laterais dos aminoácidos, 
incluindo as pontes dissulfeto, interações hidrofóbicas, pontes de hidrogênio e 
interações eletrostáticas, isto porque os aminoácidos que estão distantes na 
proteína podem interagir nesta forma terciária devido ao enovelamento poder 
aproximar aminoácidos muito distantes, até mesmo o primeiro e o último 
aminoácido da cadeia polipeptídica. 
 A mioglobina, uma proteína pequena, com 153 aminoácidos e um grupo 
heme (consiste de uma estrutura orgânica cíclica, a protoporfirina, no qual se 
encontra um átomo de ferro no estado ferroso, Fe++, capaz de se ligar 
reversivelmente ao oxigênio) é um exemplo de estrutura terciária (figura 7). Sua 
estrutura molecular mostra 78% de regiões α-hélice e sem regiões folha-β. Presente 
no citoplasma das células musculares, a mioglobina é uma proteína transportadora 
e armazenadora de oxigênio nos músculos estriados do corpo (músculos 
esqueléticos e cardíacos). O interior da molécula é bastante apolar, contendo 
muitos aminoácidos leucina, valina, metionina e fenilalanina; já o exterior da 
molécula é bastante polar. Esta proteína não contém pontes dissulfeto, porém 
apresenta várias interações hidrofóbicas, interações eletrostáticas e pontes de 
hidrogênio. 
 O citocromo C, uma proteína de 104 aminoácidos, é também uma 
proteína terciária contendo heme. A proteína está relacionada com a cadeia 
respiratória mitocondrial e funciona como uma transportadora de elétrons (esta 
função será estudada nas próximas unidades). Apenas cerca de 40% da proteína é 
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formada por α-hélice; o restante da proteína não contém folhas-β, no entanto é 
composta por segmentos enovelados irregularmente e estendidos. 
 Diferente do observado na mioglobina e no citocromo C, a lisozima, uma 
proteína terciária de 129 aminoácidos, contém tanto regiões α-hélice quanto 
folhas-β. Enquanto as regiões α-hélice são representadas por espirais, as regiões 
folhas-β são representadas por setas (figura 7). Esta proteína está presente na 
saliva, lágrima e na clara do ovo e atua como bactericida, quebrando ligações 
químicas de moléculas chamadas peptidoglicano, presentes na parede celular de 
bactérias Gram+, como por exemplo, bactérias dos gêneros Estafilococos e 
Estreptococos. 
 A estrutura quaternária das proteínas se refere à união de duas ou mais 
cadeias polipeptídicas terciárias, podendo chegar a centenas de cadeias 
polipeptídicas terciárias agrupadas. Sendo assim, a estrutura quaternária é também 
chamada de globular, enovelada ou solúvel e possui as mesmas interações 
químicas encontradas na estrutura terciária. 
 A primeira proteína quaternária a ter a sua estrutura decifrada foi a 
hemoglobina. Esta proteína, de 574 aminoácidos, presente nas hemácias, contém 
quatro cadeias terciárias, sendo duas de 141 aminoácidos (cadeias α) e duas de 146 
aminoácidos (cadeias β), estabilizadas por pontes de hidrogênio e interações 
eletrostáticas (figura 7). Apesar das cadeias terem estas denominações, em nada se 
refere às estruturas secundárias estudadas anteriormente, pois a hemoglobina não 
apresenta regiões folha-β, mas somente regiões α-hélice. Cada cadeia polipeptídica 
contém um grupamento heme, capaz de ligar ao oxigênio. Sua função é a de 
transportar oxigênio dos pulmões para os tecidos e gás carbônico dos tecidos para 
os pulmões para liberação pela respiração. Enquanto a mioglobina apresenta alta 
afinidade pelo oxigênio, a hemoglobina apresenta afinidade que aumenta à 
medida que o primeiro oxigênio se liga, facilitando a ligação dos outros oxigênios. 
De modo inverso, a saída do primeiro oxigênio da hemoglobina para os tecidos 
facilita a liberação dos demais. A ligação dos oxigênios à hemoglobina é afetada 
por vários fatores: assim que o sangue atinge os tecidos, moléculas de CO2 se 
difundem para as hemácias, causando redução do pH nos tecidos. Esta redução do 
pH favorece a liberação do oxigênio da hemoglobina. Quando as hemácias 
chegam aos pulmões, o CO2 liberado aumenta o pH e consequentemente aumenta 
Bioquímica Básica 
 
 
54 
a ligação de novas moléculas de O2 à hemoglobina. Este efeito do pH e da 
concentração de CO2 sobre a ligação e liberação de O2 pela hemoglobina é 
chamada de efeito Bohr; o 2,3-BPG (2,3-bifosfoglicerato, produzido à partir do 1,3-
bifosfoglicerato, que será estudado nas próximas unidades) regula a ligação do 
oxigênio à hemoglobina. Nas hemácias o 2,3-BPG diminui a afinidade do oxigênio à 
hemoglobina por se ligar a hemoglobina desoxigenada, mas não à hemoglobina já 
com oxigênio. Ao nível do mar, nos pulmões, a quantidade de O2 liberada nos 
tecidos está em 40% do máximo que pode ser transportada pelo sangue. Em 
grandes altitudes, a entrega de O2 diminui, entretanto um aumento na 
concentração de 2,3-BPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2, facilitando a 
entrega do O2 da hemoglobina para os tecidos e melhorando a respiração no 
ambiente com pouco oxigênio. 
 
 
Figura 7: As estruturas moleculares da mioglobina, lisozima e hemoglobina 
(representação em fita). A mioglobina (A) e a lisozima (B) são proteínas terciárias por serem 
somente formadas por uma única proteína enovelada. Já a hemoglobina (C) é uma proteína 
quaternária por ser formada por mais de uma proteína terciária (neste caso, formada por 
quatro proteínas terciárias representadas por cores diferentes). A estrutura heme da 
mioglobina e as cadeias laterais dos aminoácidos no local de ligação da lisozima à parede 
celular das bactérias Gram+ estão mostradas em vermelho. As regiões α-hélice são 
representadas por espirais enquanto as regiões folhas-β são representadas por setas. Fonte: 
Lehninger, Princípios de Bioquímica. 
Várias enfermidades são associadas a problemas relacionados à hemoglobina 
e são conhecidas como hemoglobinopatias: na anemia falciforme, uma mutação 
nos genes para as cadeias β da hemoglobina (localizados no cromossomo 11) faz 
com que estas cadeias apresentem uma modificação de ácido glutâmico 
(aminoácido com cadeia lateral polar) para valina (aminoácido com cadeia lateral 
Bioquímica Básica 
 
 
55 
apolar) no 6º aminoácido das duas cadeias β da hemoglobina. Em condições de 
baixa tensão de oxigênio as moléculas de hemoglobina agregam-se levando à 
formação de polímeros fibrosos de hemoglobina com precipitação destas 
moléculas e conseqüente deformação das hemácias para uma forma de foice, 
provocando isquemia local, hemólise acentuada, coágulos, acidentes vasculares 
cerebrais dentre outros problemas, levando em alguns casos a morte. Já as 
talassemias são doenças relacionadas à hemoglobina por serem caracterizadas 
pela redução ou ausência da síntese das cadeias α ou β da hemoglobina, levando a 
quadros de anemia desde leve até profunda, hepatomegalia, esplenomegalia e 
outros problemas também potencialmente fatais. 
 
Desnaturação de proteínas 
 
As proteínas podem sofrer desnaturação. A desnaturação é a perda da 
estrutura da proteína (através do rompimento de suas interações químicas, com 
exceção das ligações peptídicas) com conseqüente perda parcial ou total da sua 
função biológica. 
O aquecimento do ovo revela um modelo de desnaturação. A ovalbumina da 
clara do ovo é um exemplo de proteína que ao sofrer desnaturação não renatura 
mais. A clara do ovo antes de ser submetida à alta temperatura é líquida e incolor, 
mas ao ser aquecida, se torna branca e sólida, evidenciando a desnaturação da 
proteína,no entanto ao resfriarmos o ovo, a clara não volta mais a ser líquida e 
transparente. A febre alta pode causar uma leve desnaturação de algumas 
proteínas do corpo. Vários agentes químicos e físicos podem causar desnaturação 
em uma proteína. Dentre eles, podemos citar: 
 
a) alteração no pH: rompe interações eletrostáticas e pontes de hidrogênio 
na proteína; 
b) alta temperatura: rompe interações eletrostáticas, interações hidrofóbicas 
e pontes de hidrogênio na proteína; 
Bioquímica Básica 
 
 
56 
c) detergentes: rompem interações hidrofóbicas na proteína; 
d) solventes orgânicos: rompem interações hidrofóbicas na proteína; 
e) redutores: rompem pontes dissulfeto na proteína; 
f) metais pesados: rompem interações eletrostáticas na proteína; 
g) radiações: dependendo da radiação (U.V, X, gama) pode romper 
qualquer interação química na proteína. 
 
A modelagem do cabelo em um salão de beleza é um processo que envolve 
desnaturação. O cabelo é submetido a um agente redutor (geralmente tioglicolato, 
guanidina, formol etc) e também à alta temperatura (com auxílio de touca térmica). 
Deste modo, rompem-se todas as interações (interações eletrostáticas, interações 
hidrofóbicas, pontes dissulfeto e pontes de hidrogênio) da queratina. Após certo 
tempo, remove-se o agente redutor, aplica-se um agente oxidante e resfria-se o 
cabelo, restaurando a conformação em α-hélice da queratina, mas com pontes 
dissulfeto em locais diferentes do usual na queratina, por isso consegue-se moldar 
o fio do jeito que se deseja. 
Algumas proteínas podem, ao ser removido o agente redutor, sofrer 
renaturação, recuperando a sua forma nativa e consequentemente a sua função 
biológica. A ribonuclease, uma proteína terciária secretada pelo pâncreas e 
liberada no intestino delgado para a quebra de RNAs oriundos da dieta é um 
exemplo de proteína que consegue se renaturar. 
Bioquímica Básica 
 
 
57 
 
Técnicas de estudo das proteínas 
 
Uma célula bacteriana, como a Escherichia coli, contém cerca de 3.000 
proteínas diferentes. Uma célula humana produz mais de 50.000 proteínas. Como 
uma delas pode ser purificada e identificada no meio de tantas outras? 
Atualmente, várias técnicas de separação e purificação de proteínas são usadas 
rotineiramente em laboratórios que trabalham com proteínas. 
Para isolar uma proteína, é necessária uma fonte desta molécula, que pode ser 
um microorganismo como uma bactéria, protozoário ou fungo, tecidos vegetais ou 
animais ou até mesmo alimentos como leite. 
O primeiro passo é o rompimento das células para a obtenção do extrato 
bruto ou também referido como extrato total. Com o extrato, pode-se fazer uma 
separação inicial por diferenças de solubilidade através da técnica de “salting out” 
onde a adição de sal (geralmente sulfato de amônio) pode precipitar algumas 
proteínas enquanto outras permanecerão solúveis. No leite, por exemplo, não há a 
necessidade da etapa de obtenção do extrato bruto pelo fato de não haver células 
para serem rompidas, sendo assim o leite já é o extrato total. 
Os métodos mais comuns utilizados em laboratórios para a separação e 
purificação de proteínas são a cromatografia em coluna e a eletroforese. Na 
cromatografia, uma resina (material sólido e poroso) é colocada em uma coluna 
contendo uma solução tampão. Uma solução de proteínas é adicionada no topo da 
coluna e migrada ao longo desta. Logo abaixo existem tubos para coletar frações 
de proteínas. As proteínas migram mais lentamente ou mais rapidamente na 
coluna dependendo das características das proteínas e do material contido na 
coluna, assim as proteínas podem se prender ou são liberadas da coluna (eluídas) 
em momentos distintos (figura 8). 
Bioquímica Básica 
 
 
58 
 
Várias cromatografias são conhecidas: a cromatografia de troca iônica contém 
na coluna uma resina com um polímero sintético carregado negativamente (resina 
aniônica) ou positivamente (resina catiônica). Se uma solução de proteínas for 
migrada em uma resina aniônica, as proteínas de carga positiva (contendo muitas 
cadeias laterais dos aminoácidos lisina, arginina e histidina) ficarão presas na matriz 
porosa enquanto as negativas (contendo muitas cadeias laterais dos aminoácidos 
glutamato e aspartato) migrarão mais facilmente e serão eluídas primeiro. Deste 
modo a cromatografia de troca iônica separa proteínas por carga elétrica; a 
cromatografia de gel filtração separa as proteínas pelo tamanho, onde a matriz da 
coluna contém poros por onde as proteínas menores entram e ficam mais tempo 
retidas e as proteínas maiores, por não entrar nestes poros passam mais facilmente, 
sendo então eluídas primeiro; a cromatografia de fase reversa separa proteínas 
pela sua hidrofobicidade, onde as mais hidrofóbicas ficam presas na resina da 
coluna e as mais hidrofílicas saem facilmente; a cromatografia de afinidade separa 
proteínas pelas suas especificidades de ligação, onde as proteínas retidas na coluna 
estão presas a um ligante (referido como anticorpo) para a proteína de interesse e 
as demais são liberadas da coluna. Deste modo esta cromatografia é a mais 
específica de todas, mas infelizmente não existem muitos anticorpos disponíveis 
para ligar às diferentes proteínas conhecidas. 
Bioquímica Básica 
 
 
59 
 
 
Bioquímica Básica 
 
 
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Bioquímica Básica 
 
 
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Bioquímica Básica 
 
 
62 
Figura 8: Modelos de cromatografias em coluna. Aqui estão mostrados três 
tipos comuns de cromatografias. Em A, a cromatografia de troca iônica, em B, a 
cromatografia de gel-filtração e em C, a cromatografia de afinidade. Fonte: 
Lehninger, Princípios de Bioquímica. 
 
A eletroforese se baseia na migração de proteínas carregadas em um campo 
elétrico. A eletroforese pode atuar sozinha ou em conjunto com a cromatografia no 
sentido de revelar o número de proteínas e o grau de pureza em uma amostra. 
Além disso, os diferentes tipos de eletroforese fornecem o tamanho e o pI de uma 
proteína (figura 9). 
A eletroforese simples é geralmente executada em um gel de poliacrilamida, 
um polímero capaz de separar proteínas pelo tamanho. Na preparação do gel 
utiliza-se um detergente, o dodecil sulfato de sódio (SDS) que se liga por interações 
hidrofóbicas às proteínas e, conferem às mesmas, carga negativa, independente 
dos aminoácidos que a proteína possua assim todas as proteínas inseridas no gel 
terá a mesma carga. Além disso, pelo fato do SDS ser um detergente, ele desnatura 
as proteínas que serão aplicadas no gel, facilitando a migração das mesmas. Uma 
corrente elétrica faz as proteínas irem em direção ao pólo positivo, onde as 
proteínas menores migram mais rapidamente e as maiores migram mais 
lentamente formando “bandas” que são reveladas após coloração do gel com um 
corante chamado azul Coomassie que cora proteínas, mas não cora o gel. Proteínas 
secundárias e terciárias formam apenas uma banda no gel, mas proteínas 
quaternárias formam um número de bandas que é dependente do tamanho e 
número de suas cadeias polipeptídicas. Se duas ou mais proteínas apresentam o 
mesmo tamanho ou tamanho muito aproximado, estas estarão praticamente na 
mesma localização no gel, criando uma banda mais forte. Para facilitar a 
determinação do tamanho de uma proteína de interesse, utiliza-se um padrão de 
peso molecular que é na verdade uma solução contendo proteínas conhecidas e 
com tamanhos definidos, esta que é aplicada no gel junto com a amostra de 
proteínas a ser identificada. É comum após a obtenção de um extrato bruto ou de 
uma cromatografia realizar uma eletroforese para saber o número de proteínasna 
amostra e verificar se este número diminui após as purificações. 
Bioquímica Básica 
 
 
63 
 
A eletroforese bidimensional separa proteínas pelo tamanho e pI da proteína, 
sendo então mais eficiente na separação das proteínas que a eletroforese 
convencional, porém mais trabalhosa. Um gradiente de pH é criado através da 
adição de ácidos e bases sob ação de um campo elétrico ao longo de um gel. 
Quando proteínas são aplicadas, cada uma irá migrar até a região de pH idêntico 
ao seu pI. Em seguida as proteínas são migradas para separação por tamanho. 
Como as proteínas tem tamanhos e pIs diferentes, a separação é maior. Neste gel 
as proteínas não são vistas como bandas, mas como pontos (spots), onde cada 
ponto é referente a uma ou poucas proteínas. 
O pI de uma proteína é dependente dos valores de pK de todos os 
grupamentos ionizáveis dos aminoácidos. A maioria das proteínas apresenta pI na 
faixa de 4,0 à 7,0 mas algumas proteínas podem apresentar pIs muito baixos ou 
muito altos. Por exemplo, a pepsina, uma proteína estomacal tem pI aproximado 
de 1,5 por conter muitos aminoácidos ácidos (glutamato e aspartato) enquanto 
citocromo C apresenta pI próximo de 10,0 por apresentar muitos aminoácidos 
básicos (lisina, arginina e histidina). 
Bioquímica Básica 
 
 
64 
 
 
 
Figura 9: A eletroforese. Em A, uma simulação de uma eletroforese simples 
onde um padrão de peso molecular e uma proteína, com tamanho desconhecido, 
são migradas em gel de poliacrilamida na presença de SDS. Em B, gel de 
eletroforese simples mostrando etapas da purificação da enzima RNA polimerase 
de Escherichia coli, onde a primeira faixa com proteína mostra o extrato total e as 
faixas sucessivas (da esquerda para a direita) mostram as proteínas restantes a cada 
passo de purificação. Na última faixa a proteína já está purificada, mas como a RNA 
polimerase tem 4 subunidades, é possível a visualização de 4 bandas, duas muito 
próximas de maior tamanho e duas mais afastadas. Em C, eletroforese 
bidimensional de proteínas intracelulares do fungo Cryptococcus neoformans. As 
proteínas foram separadas em um gradiente de pH entre 4,0 e 10,0 para depois 
serem separadas por tamanho. O padrão de peso molecular foi aplicado somente 
no segundo gel. Fontes: Lehninger, Princípios de Bioquímica e www.ufrgs.br, 
acesso em 19/10/2014. 
Bioquímica Básica 
 
 
65 
Enzimas 
 
 As enzimas são moléculas capazes de acelerar reações químicas, 
catalisando reações tanto dentro quanto fora das células (por exemplo, em lúmen 
de órgãos). Com exceção de alguns RNAs com atividade catalítica, todas as enzimas 
são proteínas. As enzimas podem acelerar uma reação química no mínimo 106 
vezes em relação à mesma reação não catalisada, sendo que algumas enzimas 
aceleram a reação na ordem de 1017 vezes. Alguns aspectos importantes sobre as 
enzimas incluem: 
1. Alto grau de especificidade; 
2. Catálise de reações de síntese e degradação de moléculas; 
3. Conservação e transformação de energia química; 
4. Algumas doenças são o resultado da ausência de uma ou mais enzimas e 
outras pelo excesso da atividade de uma determinada enzima; 
5. Muitos medicamentos e toxinas exercem seu efeito biológico através da 
interação com enzimas; 
6. Algumas enzimas são utilizadas no diagnóstico de doenças através da 
medida da sua atividade; 
7. São ferramentas importantes na indústria química, no processamento de 
alimentos e na agricultura; 
8. Possuem mecanismo de renovação, desempenhando a mesma função 
consecutivamente, sem serem consumidas no processo. 
Cada organismo vivo produz centenas de enzimas em pequenas quantidades. 
Os microorganismos podem produzir enzimas em quantidades muito altas e as 
excretar no ambiente como mecanismo de digestão extracelular. 
As enzimas são classificadas de acordo com as reações que catalisam em seis 
classes (tabela 2). Uma classe bastante conhecida é a das hidrolases. Estas enzimas 
utilizam a água para a quebra de ligações químicas. No tubo digestivo, 
praticamente todas as enzimas são hidrolases, quebrando, com o auxílio da água, 
proteínas, triglicerídeos, fosfolipídios, oligossacarídeos, polissacarídeos e outras 
moléculas. Nos lisossomos das células, existe cerca de 50 tipos diferentes de 
hidrolases, por isso esta organela tem a função primordial de digestão intracelular. 
Bioquímica Básica 
 
 
66 
 
Tabela 2: Classes de enzimas 
Classes Subclasses 
Óxido-redutases desidrogenases, oxidases, peroxidases, catalase, oxigenases, 
hidroxilases 
Transferases transaldolases e transcetolases, acil, metil, glicosil e 
fosforiltransferases, quinases, fosfomutases 
Hidrolases esterases, glicosidases, peptidases, fosfatases 
tiolases, fosfolipases, amidases, desamidases 
ribonucleases 
Liases descarboxilases, aldolases, hidratases, desidratases 
sintases, liases 
Isomerases racemases, epimerases, isomerases, mutases 
Ligases sintetases, carboxilases 
 
As óxido-redutases catalisam reações de oxidação e redução entre moléculas; 
as transferases transferem grupos funcionais entre doadores e aceptores, sendo os 
grupos amino, acil, fosfato, carbono e glicosil, os principais resíduos transferidos; as 
hidrolases usam a água para a clivagem hidrolítica de ligações C-O, C-N, O-P e C-S; 
as liases adicionam ou removem os elementos da água, de amônia ou de dióxido 
de carbono para a formação ou rompimento de ligações duplas; as isomerases 
catalisam isomerizações de vários tipos, entre elas as interconversões cis-trans e 
aldose-cetose e as ligases estão envolvidas em reações de síntese, nas quais duas 
moléculas são unidas, às custas do ATP. 
Como as enzimas funcionam? As enzimas atuam em moléculas específicas 
chamadas substratos. Devido à alta especificidade das enzimas, a maioria reage 
com apenas um substrato, no entanto algumas enzimas podem ter mais de um 
substrato. Durante a reação, os substratos se convertem em produtos. A ligação do 
substrato na enzima ocorre em uma região da enzima chamada sítio ativo (ou 
centro ativo), contendo várias cadeias laterais de aminoácidos capazes de ligação 
ao substrato por interações eletrostáticas, interações hidrofóbicas ou pontes de 
hidrogênio (figura 10). 
Bioquímica Básica 
 
 
67 
 
A reação enzimática é esquematizada como se segue: 
 
 
 
onde E = enzima, S = substrato e P = produto. A enzima não se altera durante o 
curso da reação, somente o substrato, este que se torna produto. 
 
 
 
Figura 10: Interação enzima-substrato. Na figura acima, o substrato se liga na 
enzima em um local chamado sítio ativo, formando o complexo ES. Em seguida 
ocorre a catálise, formando um produto da reação que é liberado do sítio ativo da 
enzima. Fonte: www.biologiaufsj.blogspot.com, acesso em 20/10/2014. 
 
Existem dois modelos de interação enzima substrato: o modelo chave-
fechadura e o modelo do ajuste induzido. No primeiro modelo, o substrato se 
encaixa perfeitamente no sítio ativo da enzima; no segundo modelo o substrato 
induz uma pequena alteração conformacional na enzima, promovendo o 
reposicionamento dos aminoácidos do sítio ativo para que o substrato se encaixe 
na enzima (figura 11). 
Bioquímica Básica 
 
 
68 
 
Figura 11: Modelos de interação enzima-substrato. Fonte: 
www.docentes.esalq.usp.br, acesso em 19/10/2014. 
 
 Algumas enzimas são designadas pela incorporação do sufixo “ase” ao 
nome do substrato no qual elas atuam. Por exemplo, a enzima maltase atua 
quebrando a maltose, a amilase quebra o amido, a β-galactosidase (lactase) quebra 
a lactose etc. Em outros casos a designação é devido a reação que catalisa, por 
exemplo, glicose 6-fosfatase removeo fosfato do carbono 6 da glicose. 
Para uma enzima atuar são necessários alguns requerimentos: pH ideal, 
temperatura ideal, substrato disponível e em alguns casos a presença de um 
cofator, uma coenzima ou ambos. O pH e a temperatura ideais são necessários 
devido ao fato de alterações nestes parâmetros levarem a quebra de interações da 
proteína (desnaturação) e conseqüente perda da atividade enzimática. Enzimas 
humanas têm sua atividade ótima em temperaturas entre 36,5 e 37,5. Com relação 
ao pH, algumas enzimas como a pepsina tem atividade ótima em pH próximo de 
2,0 enquanto tripsina (uma proteína do suco entérico) tem atividade ótima em pH 
próximo de 8,0. Deste modo, a influência da temperatura e do pH na atividade das 
enzimas pode ser vista em gráficos onde a atividade ótima de uma enzima ocorre 
em temperatura e pH ideais (figura 12). 
Bioquímica Básica 
 
 
69 
 
 
Figura 12: Influência da temperatura e do pH na atividade das enzimas. As 
enzimas são testadas em diferentes temperaturas e pHs, fornecendo gráficos onde 
as curvas mostram atividade ótima das enzimas em temperatura e pH específicos. 
Fora do ponto ótimo as enzimas vão perdendo a atividade por estarem sofrendo 
desnaturação. Fonte: www.dc347.4shared.com, acesso em 20/10/2014. 
 
Os cofatores são íons importantes para o funcionamento de algumas enzimas 
(tabela 3). Estes íons alteram o sítio ativo da enzima ou finalizam o encaixe correto 
do substrato na enzima. 
 
Tabela 3: Algumas enzimas e seus cofatores 
Enzimas Cofatores (elementos inorgânicos) 
citocromo oxidase Cu+2 
catalase, peroxidase Fe+2 ou Fe+3 
piruvato quinase K+ 
hexoquinase Mg+2 
arginase Mn+2 
urease Ni+2 
Álcool desidrogenase Zn+2 
 
As coenzimas são moléculas derivadas de vitaminas (daí a importância de 
muitas vitaminas na nossa dieta). As coenzimas, seus precursores e as reações nas 
quais estão envolvidas se encontram na tabela abaixo: 
 
Bioquímica Básica 
 
 
70 
Tabela 4: Algumas enzimas e suas coenzimas 
Enzimas Coenzimas Precursores 
dietéticos 
Grupos 
químicos 
transferidos 
Piruvato 
Desidrogenase 
Tiamina Pirofosfato 
(TTP) 
Tiamina 
(vitamina B1) 
Aldeídos 
Isocitrato 
Desidrogenase 
Nicotinamida 
Adenina 
Dinucleotideo (NAD) 
Niacina 
(vitamina PP) 
Íon hidreto (:H-) 
Acetil CoA 
Carboxilase 
Coenzima A Ácido 
Pantotênico 
(vitamina B5) 
Acilas 
Piruvato 
Carboxilase 
Biocitina Biotina 
(vitamina H) 
CO2 
Succinato 
Desidrogenase 
Flavina Adenina 
Dinucleotideo (FAD) 
Riboflavina 
(vitamina B2) 
Elétrons e 
prótons 
Glicogênio 
Fosforilase 
Piridoxal Fosfato Piridoxina 
(vitamina B6) 
Grupos amino 
Timidilato Sintase Tetrahidrofolato Ácido fólico 
(vitamina B9) 
Grupos de 1 C 
 
De acordo com a termodinâmica, as enzimas aceleram as reações químicas 
convertendo substrato em produto através da diminuição da energia de ativação 
das reações químicas. Esta está relacionada com quanta barreira existe para o 
substrato se converter em produto. Mudança na energia de ativação (ou energia 
livre de ativação, representada por ΔG‡) acontece quando a enzima interage com 
substrato, estabilizando o substrato em uma forma que permitirá a formação de 
produto. Este é chamado estado de transição. Quanto mais estável é o estado de 
transição, menos energia será necessária para a conversão de substrato em 
produto e mais rápida será a reação. A velocidade de uma reação é então 
inversamente proporcional ao valor de sua energia livre de ativação: quanto maior 
o valor de ΔG‡, menor será a velocidade da reação (figura 13). 
Bioquímica Básica 
 
 
71 
 
Figura 13: Diagrama de uma reação catalítica, mostrando o nível de energia 
em cada etapa da reação. Normalmente, o substrato necessita de uma quantidade 
elevada de energia para conseguir chegar ao estado de transição, decaindo depois 
até a um produto final. A enzima estabiliza o estado de transição, diminuindo a 
energia de ativação, assim reduzindo o valor de energia necessário para que se 
formem os produtos. ΔG'º: energia livre padrão na bioquímica; ΔG‡: energia de 
ativação Fonte: www.lookfordiagnosis.com, acesso em 20/10/2014. 
A cinética enzimática (estudo da atividade de uma reação enzimática) mostra 
indiretamente a especificidade das enzimas, o mecanismo de ação, os fatores que 
podem afetar a velocidade das reações, a concentração de substrato ideal para a 
dosagem de uma enzima etc. A relação entre a velocidade de uma reação 
enzimática (conversão de substrato em produto por tempo) e a concentração do 
seu substrato foi definida por Leonor Michaelis e Maud Menten. Em experimentos 
cinéticos, se mede a velocidade inicial (Vo) da reação em função do aumento do 
substrato. Em concentrações baixas de substrato, a Vo aumenta com o aumento do 
substrato até que a reação tenha uma quantidade de substrato na qual a enzima 
não consegue ser mais veloz na formação de produto, atingindo assim a 
velocidade máxima (Vmax) da reação (figura 14). 
Bioquímica Básica 
 
 
72 
 
A Vmax é a velocidade máxima de uma reação catalisada por uma enzima e 
reflete o momento em que todas as enzimas estão ocupadas com substrato (estão 
na forma ES) e a velocidade da reação não aumenta com a introdução de novos 
substratos. Existindo substrato em excesso na reação, a Vmax aumenta com a 
introdução de mais enzima, assim a velocidade inicial da reação enzimática (Vo) é 
diretamente proporcional à concentração de enzima em condições de excesso de 
substrato. Saber a Vmax das reações enzimáticas é importante na dosagem de 
enzimas principalmente na clínica, onde se escolhe uma concentração de substrato 
necessária para a enzima trabalhar na Vmax e assim garantir uma condição ótima 
para a dosagem da enzima. 
Outro parâmetro, o Km, é a concentração de substrato necessária para a 
enzima trabalhar na metade da velocidade máxima (figura 14). A concentração da 
enzima não afeta o Km da reação, pois a afinidade da enzima pelo substrato será a 
mesma. Um baixo Km significa uma alta afinidade da enzima pelo substrato, onde a 
Vmax será atingida com pouca concentração de substrato. Um alto Km significa 
baixa afinidade da enzima pelo substrato. Na cinética, uma curva mais “em pé” terá 
um baixo Km assim como uma curva mais “deitada” terá um maior Km. Desse 
modo os dois parâmetros (Vmax e Km) são essenciais para determinar a atividade 
de uma enzima. Os Km de algumas reações enzimáticas estão exemplificados 
abaixo (tabela 5). 
 
Tabela 5: Valor de Km para algumas reações enzimáticas 
Enzima Substrato Km (mM) 
Hexoquinase ATP 
D-glicose 
D-frutose 
0.4 
0.15 
1.5 
Anidrase Carbônica HCO3- 8 
Treonina Desaminase L-treonina 5 
Bioquímica Básica 
 
 
73 
 
Enzimas com mais de um substrato apresentam diferentes velocidades e 
afinidades, refletindo em mudanças na cinética (figura 14, tabela 5). Cada enzima 
tem uma Vmax e um Km específicos, levando-se em consideração as condições de 
temperatura e pH ideais. 
 
 
Figura 14: Cinética enzimática. Em A, o efeito da concentração do substrato na 
velocidade inicial catalisada por uma enzima é mostrada em uma curva onde à 
medida que se aumenta o substrato, a velocidade da reação aumenta até que em 
um dado momento todas as enzimas estarão ocupadas com substrato (saturadas), 
atingindo assim a Vmax. O Km é a concentração de substrato necessária para a 
enzima trabalhar na metade da Vmax e reflete a afinidade da enzima pelo seu 
substrato. Um baixo Km significa uma alta afinidade da enzima pelo substrato e 
vice-versa. Em B, cinética da enzima hexoquinase com dois substratos: glicose e 
frutose. O Km paraglicose é de 0,15 mM e para frutose é de 1,5mM (ambos não 
mostrados). Isso significa que é necessária uma concentração de 0,15mM de 
glicose para que metade da enzima disponível encontre-se ligada a glicose, 
formando o complexo ES, no entanto é necessária uma concentração de frutose 10 
vezes maior, ou seja, 1,5mM. A hexoquinase tem, portanto, afinidade muito maior 
pela glicose do que pela frutose. Fontes: www.dc349.4shared.com e 
www.ebah.com.br, acessos em 20/10/2014. 
Bioquímica Básica 
 
 
74 
 
As enzimas intracelulares e extracelulares costumam trabalhar com 
concentrações baixas de substrato, ou seja, nunca estão saturadas de substrato. O 
Kcat (constante catalítica) avalia a eficiência catalítica de uma enzima, 
representando o número de moléculas de substrato convertidas em produto por 
segundo, por enzima. A constante catalítica de uma enzima pode ser desde muito 
baixa (Kcat S-1 = 299 para a enzima citidina desaminase) até muito alta (Kcat S-1 = 
1.000.000 para a enzima anidrase carbônica). A relação Kcat/Km (constante de 
especificidade) relaciona a eficiência catalítica da enzima com a sua afinidade pelo 
substrato. Se Kcat S-1 for alto e o Km for baixo, o resultado será uma alta eficiência 
catalítica da enzima pelo seu substrato. Por exemplo, a enzima anidrase carbônica, 
tem valor de Kcat/Km alto (8,3 x 107), portanto alta eficiência, enquanto a urease tem 
valor de Kcat/Km baixo (4,5 x 105), portanto baixa eficiência. 
As enzimas podem ser inibidas. Inibidores são substâncias que reduzem ou 
inibem completamente a atividade de uma enzima. Alguns medicamentos como 
analgésicos, antimicrobianos, antivirais, redutores de colesterol, assim como 
algumas moléculas encontradas em venenos de serpentes, cobras, escorpiões e 
plantas são conhecidamente inibidoras de enzimas. Os inibidores enzimáticos 
podem atuar como inibidores reversíveis e irreversíveis. 
A inibição reversível ocorre através de ligações não covalentes entre o inibidor 
e a enzima. As duas inibições reversíveis mais comuns são a competitiva e a não 
competitiva (figura 15). Na inibição competitiva o inibidor é semelhante ao 
substrato e por isso compete com este pelo sitio ativo da enzima. Comparado com 
uma reação sem inibidor, a cinética na presença do inibidor competitivo mostra 
aumento de Km (figura 15), pois como o inibidor e o substrato competem pelo sítio 
ativo da enzima, mais substrato será necessário para atingir o Km. Assim, aumento 
de substrato é a medida a ser adotada para diminuir os efeitos da inibição 
competitiva. Esta inibição não altera a Vmax, mesmo quando a concentração de 
substrato é aumentada. O metotrexato é uma molécula com estrutura semelhante 
ao ácido fólico (figura 15). A enzima dihidrofolato redutase converte o ácido fólico 
(dihidrofólico) em ácido tetrahidrofólico, importante para a posterior formação de 
nucleotídeos. A inibição desta reação pela ligação do metotrexato à enzima inibe a 
síntese de DNA e consequentemente a divisão celular, por isso o metotrexato é 
Bioquímica Básica 
 
 
75 
usado como medicamento anticâncer. O problema é que assim como o 
metotrexato, vários outros quimioterápicos também afetam células sadias e por 
isso provocam os diversos sintomas indesejáveis da quimioterapia; o malonato é 
semelhante ao succinato e assim inibe competitivamente a enzima succinato 
desidrogenase. Esta enzima converte succinato em fumarato, importante passo na 
via metabólica, conhecido como ciclo de Krebs (será estudada nas próximas 
unidades). 
Na inibição não competitiva, o inibidor não se assemelha ao substrato, 
portanto não se liga ao sitio ativo da enzima, porem ao se ligar em outro local da 
enzima, provoca uma distorção no sitio ativo da enzima, inativando-a. Este inibidor 
pode-se ligar tanto a enzima livre quanto ao complexo ES. Deste modo, o aumento 
da quantidade de substrato não reverte os efeitos desta inibição. Comparado com 
uma reação sem inibidor, a cinética tem diminuição de Vmax (provoca mais 
rapidamente a formação dom complexo ES) sem alterar o Km (figura 15). Os 
medicamentos anti-HIV efavirenz e nevirapina são dois inibidores não competitivos 
que atuam inibindo a enzima transcriptase reversa do HIV causando a ruptura do 
sítio catalítico da enzima. 
Bioquímica Básica 
 
 
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Bioquímica Básica 
 
 
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Figura 15: Inibição reversível. Em A, esquemas de ligação do substrato à 
enzima na presença e na ausência de um inibidor. Em B, similaridade entre o 
quimioterápico metotrexato e o ácido fólico. Em C, cinéticas enzimáticas na 
ausência (azul) e na presença do inibidor competitivo (vermelho). Em D, cinéticas 
enzimáticas na ausência (azul) e na presença do inibidor não competitivo 
(vermelho). Fontes: www.docentes.esalq.usp.br, www.essenciadavida-
julianacorreia.blogspot.com e www.info-farmacia.com, acessos em 20/10/2014. 
Na inibição irreversível, o inibidor se liga tão fortemente a enzima (ligação 
covalente) que bloqueia permanentemente a atividade enzimática. Envolve 
modificações químicas na enzima levando a uma inativação definitiva. O ácido 
acetil salicílico, molécula com propriedade analgésica e antitérmica, encontrada 
em muitos medicamentos, incluindo a aspirina, inibe permanentemente a enzima 
ciclooxigenase por modificação covalente da enzima, resultante do ataque 
nucleofílico da hidroxila do aminoácido serina530 da enzima ao grupamento acetila 
presente no ácido acetil salicílico. O resultado é a redução da síntese de 
prostaglandinas, moléculas envolvidas com processos de inflamação e dor (figura 
16). A penicilina, um antibacteriano, inibe, por modificação covalente, a atividade 
da enzima transpeptidase bacteriana, inpedindo a síntese da parede celular 
bacteriana e levando a bactéria a morte. Outros inibidores irreversíveis de enzimas 
incluem o paration (inseticida), o sarin (gas), etc. 
Bioquímica Básica 
 
 
78 
 
 
Figura 16: Mecanismo de inibição irreversível da COX pelo ácido acetil 
salicílico. O ácido acetil-salicílico apresenta propriedades antiinflamatórias e 
analgésicas decorrentes do bloqueio da biossíntese de prostaglandinas, devido à 
inibição da enzima cíclooxigenase (COX). Esta interação é de natureza irreversível 
em função da formação de uma ligação covalente resultante do ataque nucleofílico 
da hidroxila do aminoácido serina530 ao grupamento acetila presente no ácido 
acetil salicílico. Fonte: http://qnint.sbq.org.br adaptado, acesso em 20/10/2014. 
 
Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como 
reguladoras do metabolismo celular. Esta regulação (reversível) é essencial na 
coordenação dos inúmeros processos metabólicos celulares. Existem 2 modelos de 
regulação enzimática: a regulação covalente ocorre quando há modificação 
covalente da enzima, com conversão entre formas ativa e inativa. As modificações 
covalentes mais comuns são a fosforilação, adenilação, metilação, uridilação e ADP-
ribosilação. A enzima glicogênio fosforilase (será estudada nas próximas unidades), 
que catalisa a quebra do glicogênio é ativada quando fosforilada por uma enzima 
quinase e inativada quando desfosforilada por uma enzima fosfatase; a regulação 
alostérica ocorre nas enzimas que possuem dois sítios: um sítio ativo e, outro sitio 
de regulação (sitio alostérico), onde uma molécula se liga de forma não covalente, 
podendo atuar como reguladora positiva (aumenta a afinidade da enzima pelo 
substrato e assim a velocidade da reação enzimática) ou negativa (diminui a 
afinidade da enzima pelo substrato e assim a velocidade da reação enzimática). A 
ligação do regulador induz modificações conformacionais na enzima, promovendo 
as taismudanças na sua afinidade com o substrato. Um modelo comum de 
regulação alostérica é a retroalimentação (feed-back), onde o próprio produto da 
reação enzimática inibe momentaneamente a enzima. 
Bioquímica Básica 
 
 
79 
 
Leitura complementar 
DEVLIN, T. Manual de bioquímica com correlações clínicas. Edgard 
Blucher, 2007. 
HARPER, H. A. Bioquímica. Atheneu, 2002. 
LEHNINGER, A.L. Princípios de Bioquímica. Worth publishers, 2006. 
STRYER, L. Bioquímica. Guanabara Koogan, 2004. 
VOET, D., VOET, J.G., PRATT, C.W. Fundamentos de Bioquímica. Artmed, 2002. 
 
 
 
 
É HORA DE SE AVALIAR 
Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão 
ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de 
ensino-aprendizagem. 
 
Bioquímica Básica 
 
 
80 
Exercícios – Unidade 2 
 
1. A glicoquinase e a hexoquinase são duas enzimas que reagem com o 
mesmo substrato, a glicose. Ambas são enzimas intracelulares que convertem a 
glicose em glicose 6–fosfato, primeiro passo para a obtenção de energia na célula 
ou para a síntese de glicogênio. Qual é a afirmativa correta: 
 
 
a) A hexoquinase tem maior afinidade pela glicose porque seu Km é maior que o 
da glicoquinase 
b) A hexoquinase tem menor afinidade pela glicose porque seu Km é maior que o 
da glicoquinase 
c) Ambas apresentam a mesma afinidade pela glicose porque seus Km são 
similares 
d) Ambas apresentam a mesma afinidade pela glicose porque suas Vmax são 
similares 
e) a glicoquinase tem menor afinidade pela glicose porque seu Km é maior que o 
da hexoquinase 
Bioquímica Básica 
 
 
81 
 
2. Recentemente, houve grande interesse por parte dos obesos quanto ao início da 
comercialização do medicamento Xenical no Brasil. Esse medicamento impede a 
metabolização de um terço da gordura consumida pela pessoa. Assim, pode-se 
concluir que o Xenical inibe a ação da enzima: 
 
a) Maltase 
b) Protease 
c) Lipase 
d) Amilase 
e) Sacaridase 
 
3. As enzimas são proteínas com capacidade de acelerar reações químicas nas 
células e foram necessárias na atividade metabólica e na formação das primeiras 
células. Dentre as opções abaixo a única que NÃO é um requerimento para a 
atividade de uma enzima é: 
a) Substrato 
b) PH ideal 
c) Temperatura ideal 
d) Ambiente aquoso 
e) Solvente orgânico 
 
4. Modificar a queratina e assim alterar a forma do cabelo é bioquímica pura!!! Na 
queratina existe um número grande de aminoácidos cisteína. Estes quando 
próximos uns dos outros interagem através do elemento enxofre de suas cadeias 
laterais. Para modificar a forma do cabelo, é necessário o rompimento destas 
interações para depois refazê-las de modo diferente ao anterior. Este tipo de 
interação entre os aminoácidos cisteína é chamada: 
Bioquímica Básica 
 
 
82 
 
 
 
a) Ligação peptídica 
b) Ponte de hidrogênio 
c) Ponte dissulfeto 
d) Interação eletrostática 
e) Interação hidrofóbica 
 
5. As proteínas são formadas pela união de moléculas de aminoácidos e 
desempenham diversos papéis no organismo, como função estrutural, enzimática, 
imunológica, dentre outras. De acordo com os seus conhecimentos sobre as 
proteínas, marque a alternativa errada. 
 
a) As proteínas podem diferir uma das outras nos seguintes aspectos: quantidade 
de aminoácidos na cadeia polipeptídica; tipos de aminoácidos presentes na cadeia 
polipeptídica e sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica 
b) Os aminoácidos essenciais são aqueles que um organismo não consegue 
produzir 
c) A ligação entre dois aminoácidos vizinhos em uma molécula de proteína é 
chamada de ligação peptídica e se estabelece sempre entre um grupo amina de 
um aminoácido e o grupo carboxila do outro aminoácido 
Bioquímica Básica 
 
 
83 
d) Todas as enzimas são proteínas, sendo que muitas são proteínas simples e 
outras conjugadas. 
e) No final da reação, a molécula do produto se separa da enzima, que é descartada 
pelo organismo. 
 
6. Consideram-se aminoácidos essenciais para um determinado organismo, 
aqueles: 
a) De que ele necessita e sintetiza a partir de vitaminas 
b) De que ele necessita, mas não consegue sintetizar, tendo que recebê-los em sua 
dieta 
c) De que ele necessita apenas na infância 
d) Resultantes da degradação de suas próprias proteínas 
e) Desnecessários para a produção das proteínas 
 
7. As proteínas, formadas pela união de aminoácidos, são componentes químicos 
fundamentais na fisiologia e na estrutura celular dos organismos. Em relação às 
proteínas, assinale a proposição correta. 
a) O colágeno é a proteína menos abundante no corpo humano apresentando 
forma enovelada (globular) como a maioria das proteínas 
b) A ligação peptídica entre dois aminoácidos acontece pela reação do grupo 
carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro aminoácido 
c) A ptialina (amilase salivar), enzima produzida pelas glândulas salivares, atua na 
digestão de proteínas. 
d) A insulina, envolvida no metabolismo da glicose, é um exemplo de hormônio 
lipídico. 
e) As proteínas caseína e ovalbumina são encontradas na carne e na clara do ovo, 
respectivamente. 
Bioquímica Básica 
 
 
84 
8. Considere as afirmações abaixo relativas a enzimas: 
I. São proteínas com função catalisadora; 
II. Todas as enzimas atuam quimicamente em diferentes substratos; 
III. Continuam quimicamente intactas após a reação; 
IV. Não se alteram com as modificações da temperatura e do pH do meio. 
 
São verdadeiras: 
 
a) I e III apenas 
b) II e IV apenas 
c) I, III e IV apenas 
d) II, III e IV apenas 
e) I, II, III e IV 
 
9. Aminoácidos provenientes da hidrólise de proteínas podem ser analisados por 
eletroforese. Sabendo-se que os dois aminoácidos abaixo possuem 03 
grupamentos ionizáveis cujos pKs estão descritos abaixo, para que pólo migrariam 
esses aminoácidos em pH 7,0? Justifique. 
 
 pKCOOH pKNH3+ pK R 
lisina 2,18 8,95 10,53 
arginina 1,82 8,99 12,48 
 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
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85 
 
10. As proteínas citoplasmáticas abaixo apresentam as seguintes 
características: 
 
 
Pergunta-se: 
a) Qual seria o padrão de bandeamento destas proteínas em uma eletroforese 
de proteínas simples? 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 
b) Qual seria a ordem de eluição (saída da coluna) destas proteínas em uma 
coluna de gel filtração? 
 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 ___________________________________________________________________ 
 
PROTEÍNA 
PESO MOLECULAR 
(PM) 
PONTO ISOELÉTRICO 
(pI) 
X 48.000 7,1 
Y 126.000 3,8 
Z 31.500 10,0