Aminoácido, proteinas e enzimas

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BIOQUIMICA – P3
AMINOÁCIDOS
Unidades básicas que compõe as proteínas
Formam também as enzimas
Precursores de outros compostos
Geram energia
Grupo amino = NH3
Grupo carboxila = COOH
Carbono α = carbono vizinho ao carbono da carboxila, ligado também a um átomo de hidrogênio.
- Existem mais de 300 tipos de aminoácidos mas apenas 20 o nosso DNA consegue codificar.
- Diferem entre si por apresentarem cadeias laterais (grupo R) diferentes
Aminoácidos essenciais: nosso corpo não consegue sintetizar
	Ex: clara do ovo e carne: principais proteínas
	 Arroz e feijão: metionina e lisina, um complementa o outro
Aminoácidos não essenciais: o corpo consegue sintetizar
Os aminoácidos podem ser classificados pelo seu grupo R:
- AA não polares: hidrofóbicos e não polares (não tem diferença de eletronegatividade), são neutros, são importantes na estabilização da estrutura da proteína.
	Ex: glicina (menos AA existente, apenas H na cadeia lateral)
	 Alanina (CH3 na cadeia lateral)
	 Valina, leucina e isoleucina (principais AA do músculo que são degradados na contração muscular)
- AA polares mas não carregados: mais hidrofílicos que os não polares pois contem grupos funcionais que formam pontes de H com a água. Não tem carga.
	Ex: serina, teolina, cisteina, asparagina, glutamina.
- AA polares carregados positivamente: básicos, AA na qual os grupos R mais hidrofílicos são aqueles que são positiva ou negativamente carregados,
	Ex: lisina, arginina, histidina
- AA polares carregados negativamente: ácidos, contem outra carboxila na cadeia lateral
	Ex: aspartato e glutamato
- AA aromáticos: cadeias laterais aromáticas e relativamente apolares. Participam de interações hidrofóbicas.
	Ex: fenilalanina, tirosina, tripofano.
Aspartame: dipeptídeo (dois aminoácidos juntos). Adoçante. Fenilalanina + aspartato
Tirosina: precursor da melanina
Triptofano: presente no chocolate, síntese de serotonina
Forma espacial: para formar as proteinas, precisam estar na forma de L-aminoácidos (grupamento amino para a esquerda)
	L-aminoácido: grupamento amino para a esquerda
	D-aminoácido: grupamento amino para a direita (presente na parede das bactérias)
*alguns alimentos durante seu cozimento (aquecimento) mudam da forma L para a forma D
Cisteina: contem um resíduo de SH na extremidade da cadeia lateral
	- quando duas cisteinas se juntam formam uma cistina (característica do cabelo enrolado)
	- se juntam por ligação disulfeto
	- escova progressiva, definitiva: produtos a base de formol (agente redutor) que quebra a ponte disulfeto, desfazendo a cistina, alisando assim o cabelo
	- permanente: contem um agente oxidante, forma a ponte disulfeto e cria a cistina, enrolando assim o cabelo.
Depois de inseridos em uma proteína, os AA podem sofrer modificações ou alteração enzimática. Podem sofrer adificacao (mais um grupamento) com a ação de enzimas especificas
	- 4-hidroxiprolina: prolina + enzima prolina oxidase. Coloca uma oxidrila no carbono 4. Importante no colágeno.
	- para a formação do colágeno é preciso vitamina C. a falta causa o escorbuto (sangramento gengival)
- em pH 7, geralmente os AA ficam na sua forma ionizada (com cargas): grupamento amino positivo; grupamento carboxila negativo.
TITULACAO
- adição ou remoção gradual de prótons.
pKa: constante de dissociação do ácido
- o numero de zonas de tamponamento depende do numero de grupamentos ionizáveis
- AA não polares servem como tampões (molécula que limita a variação do ph)
- cada molécula tem uma capacidade tamponante em um determinado momento
- pK1: da carboxila, em torno de 2
- pK2: do grupo amino, em torno de 9,5
- pKa da cadeia lateral: varia de um AA para outro
Titulação em glicina
- para se fazer a titulação deve se partir de um pH bem ácido, é adicionado então HCl ate o pH baixar para em torno de 1.
- para baixar o pH é adicionado hidrogênio
- a molécula de glicina fica totalmente protonada
- há a adição de H na carboxila
- começa a ser adicionado base (Na OH) aos poucos para aumentar o pH (de 1,0 em 1,0 mL)
- o NaOH rouba os prótons da carboxila e posteriormente do grupo amino
- vai formando água
- quando 50% das moléculas apresentarem grupo carboxila protonado (COOH) e 50% apresentarem o grupo carboxila desprotonado (COO-), diz-se que o pK1 é igual ao pH. Entre 2,3. Atua como tampão entre 1,3 e 3,3.
- quando todos os H da carboxila são retirados é começado a tirar os H do grupamento amino. Isso acontece depois do ponto isoelétrico (PI)
- quando 50% das moléculas apresentarem o grupo amino protonado (NH3+) e 50% apresentarem o grupo amino desprotonado (NH2), diz-se que o pK2 é igual ao pH. Entre 9,6. Varia como tampão entre 8,6 e 10,6.
- quando a carga é 0 e a molécula não se desloca no campo elétrico, esse momento é chamado de ponto isoelétrico. Soma do pK1 e do pK2 dividido por 2. Entre 5,9
Titulação de um aminoácido ácido
- carga inicial +1
- glutamato e aspartato
- primeiro sai o H da 1 carboxila ligada ao carbono α (pK1, em torno de 2,19)
- o segundo H a sair é da segunda carboxila, na cadeia lateral (pKr, em torno de 4,25)
- por ultimo sai o H do grupamento amino (pK2, em torno de 9,67)
- PI: pk1+pkr/2 = 3,22 = carga 0
Titulação de um aminoácido básico
- histidina
- primeiro H que sai é da carboxila
- depois sai o H do grupamento amino da cadeia lateral
- por ultimo sai o H do grupamento amino do carbono α
-PI: pkr + pk2/2= 7,5 = carga 0
PROTEINAS
Ligação peptídica: entre a carboxila de um AA e o grupo amino de outro
	- forma água
	- o H do grupo amino se junta com a oxidrila da carbonila, formando água e criando a ligação peptídica (condensação)
	- ligação planar, rigida, não tem liberdade de rotação (por causa da dupla ligação)
	- presente em todas as junções dos AA, tanto pra formar proteinas quanto enzimas
	- pepsina: presente no estomago, quebra a molécula de água, insere a hidroxila de volta a carbonila e o H de volta ao grupo amino, quebra a ligação peptídica. (hidrolise). Chamada enzima proteolítica.
Como um AA se apresenta em pH 7?
Se apresentará com cargas. O H da carbonila já ira ter saído (em torno de 2) e o H do grupo amino ainda estará intacto (só sai em torno de 10)
Dipeptídeo: dois aminoácidos ligados
Oligopeptídeo: pequenas quantidades de AA ligados
Polipeptídeo: vários aminoácidos ligados
Cadeia polipeptídica: um monte e AA
	- “colar de pérolas”: se juntam por afinidade
	- hemoglobina: 4 cadeias polipeptídicas
	- depende de uma proteína para outra	
	- insulina: 51aa (considerado um pepídeo)
Conjugados: outro tipo de molécula se liga a proteína
	- lipoproteína: lipídeo + proteína Ex: LDL, HDL
	- glicoproteina: carboidrato + proteina
	- fosfoproteina: fosfato + proteina
	- flavoproteina: vitamina + proteína
Forma estrutural das proteínas
- Cada proteína tem uma conformação espacial
- ligações fracas: ligação iônica, van der walls, ponte de H, interação hidrofóbica
- é por meio das interações fracas que as cadeias laterais dos AA (que não estão envolvidas na ligação peptídica) que faz com que as proteínas fiquem com tal característica espacial
- a estrutura tridimensional das proteínas e sua função é determinada pela seqüência de AA
- a mudança da posição dos AA numa seqüência faz com que ocorram interações diferentes entre eles, conseqüentemente essa proteína terá uma forma espacial e uma função diferente
- a conformação de uma proteina é estabilizada em grande parte, por interações fracas não covalentes
Estrutura primáriael
- sequencia de AA que se une por ligação peptídica
- ela que diz como será a posição das cadeias laterais e das interações covalentes
Estrutura secundária
- como a sequencia de AA se dispõe no espaço
- levaem consideração as pontes de H presente na ligação peptídica
 α hélice
	- espiral perfeita
	- H de um grupamento amino e O2 da carboxila do grupo ácido de outro aminoácido
	- flexível e elástica
	- cadeias laterais voltadas para fora	
	- proteinas fibrilares e globulares
β folha/ β lamina
	- forma sanfonada
	- flexível mas não elástica
	- cadeias laterais não envolvidas
	- podem ser paralelas ou antiparalelas
	- entre a sequencia de AA formam pontes de H
	- paralela: ponte de H na diagonal
	- antiparalela: ponte de H na vertical
Dobras β
	- AA pequenos
	- elementos de conexão entre trechos sucessivos de α hélice e conformação β
	- junção entre duas estruturas secundárias
Estrutura terciária
- leva em consideração as ligações covalentes nas cadeias laterais
- apenas uma cadeia peptídica
Estrutura quaternária
- duas ou mais cadeias peptídicas envolvidas
Proteinas fibrosas ou fibrilares
- cadeias polipeptídicas em forma de folhas ou feixes
- geralmente apresentam um único tipo de estrutura secundária
- fornecem suporte, dão forma e proteção.
Ex: α-queratina, colágeno e fibroína da seda
α-queratina
	- principal componente da camada externa rígida da epiderme
	- cabelos, unhas, garras, chifres, cascos
	- ligações que estabilizam a estrutura quaternária são as ligações dissulfeto
	- quanto mais cisteina presente, mais dura a queratina
Colágeno
	- sustentação do tecido conjuntivo
	- prolina, glicina, alamina
	- 3 cadeias polipeptídicas mantidas por ligações de H (α hélice)
	- hidroxiprolina: hidroxila junto a prolina. Enzima que faz isso é a hidroxilase. Para fazer esse processo precisa de uma coenzima da vitamina C. a falta de vitamina C leva ao escorbuto (sangramento gengival)
	- lisina e histidina unidas por ligação covalente nas hélices do colágeno e com o passar da idade aumentam essas ligações cruzadas o que deixa, por exemplo, a carne do boi mais dura
Fibroína da Seda
	- suas cadeias polipeptídicas estão predominantemente na conformação β
	- rica em resíduos de alanina e glicina
	- a seda não sofre estiramento pois a conformação β já é altamente estendida
Proteínas globulares
- montagem de segmentos polipeptídicos nas conformações α-hélice e folha β
- motivos: arranjos estáveis formados por diversos elementos de estrutura secundária
- tem função de transporte, atividade catalítica, defesa
Ex: hemoglobina
Anemia falciforme: substituição de um único AA (glutamato por valina) na seqüência de AA da hemoglobina fazendo com que o oxigênio não seja transportado corretamente.
Desnaturação protéica
- proteína perde sua função
- mas a ligação peptídica não se desfaz
- somente as interações fracas das cadeias laterais
- desnaturação permanente
- alteração de ph, temperatura, presença de solventes e metais pesados desnaturam proteinas
ENZIMAS
- catalisam reações
Co-fatores: um ou mais íons inorgânicos. Ex: ferro, manganês
Coenzimas: moléculas orgânicas derivadas das vitaminas
- co-fatores e coenzimas estão presentes no sitio ativo da enzima para auxiliar o processo de transformação química
Apoenzima: parte protéica da enzima, seqüência de AA
Holoenzima: enzima completa, parte protéica + aditivos (co-fatores e coenzimas)
Velocidade de reação e energia de ativação
- o substrato deve atravessar uma “barreira” (energia) para se transformar em produto
- estado de transição: topo da barreira. O substrato a partir daí pode progredir e virar produto ou regredir e ficar na forma de substrato
- com um catalisador (enzima) presente no substrato, se está diminuindo a energia de transição necessária para poder virar um produto
- aumenta a velocidade de reação conforme abaixa a energia de ativação
SUBSTRATO → ENZIMA + SUBSTRATO ↔ PRODUTO + ENZIMA → PRODUTO
*Enzimas podem catalisar reações reversíveis. Ex: LDH faz a reação reversível do piruvato e do lactato
*Outras condições também podem melhorar a ação das enzimas: pH, temperatura.
Energia de ligação: energia liberada quando ocorre interações fracas do substrato no sitio ativo da enzima
- a quantidade de energia de ligação vai dizer o quanto a energia de ativacao vai ser baixada
- é especifica de cada enzima
Isoenzima: catalisam o mesmo tipo de reação, mas são codificadas por genes diferentes
Enzima absoluta: que degrada só um tipo de substrato
	Ex: lactas degrada lactose, sacarase degrada sacarose
Enzima relativa: pode degradar mais de um tipo de substrato
	Ex: hexoquinase, degrada varias hexoses (glicose, manose)
	A hexoquinase tem diferentes isoenzimas, do tipo 1, tipo 2, tipo 3, tipo 4
	Tipo 1, 2, 3 são relativas. Tipo 4 enzima absoluta, só degrada glicose
Classificacao das enzimas
	- Oxidoredutase: transferência de elétrons
	- Transferases: transferência de grupos
	- Hidrolase: reação de hidrolise
	- Liase: quebra dupla ligação e adiciona H, ou remove H e adiciona dupla ligação
	- Isomerases: mudam um grupo de posição
	- Ligases: formam ligações (condensação)
Modelo do ajuste induzido: não é um modelo de chave-fechadura perfeito
Tipo de catálise
- Ácida: grupos R presos do lado do sitio ativo da enzima de AA que doam prótons
- Básica: grupos R de AA podem receber prótons
- Ions metálicos: íons, cofatores envolvidos na reação
- Catalise covalente
Cinética
- conforme a adição de substrato vai aumentando a velocidade, mas chega a um momento em que a velocidade chega ao limite. A não ser que se adicionem mais enzimas
- a enzima fica saturada
Modelo Michaelis-Menten
- Cinetica de primeira ordem: ↑ substrato ↑ velocidade
- Cinética de ordem zero: ↑ substrato; = velocidade (não se altera mais, já chegou ao limite, os sítios ativos de todas as moléculas de enzimas estarão saturadas)
- Km (constante de Michaelis): concentração de substrato máxima necessária para atingir metade da velocidade de reação
- é por meio do Km que se descobre o perfil das enzimas (o que diferencia uma hexoquinase uma das outras é o Km)
- inverteram a equação e conseguiram chegar a um valor exato de Km, importante para os fármacos (que são inibidores)
Inibidores: interferem com a catalise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas
	- Irreversíveis: substancia que se liga à enzima promove uma mudança conformacional e inativa ela de vez. Destrói grupos funcionais importantes
	- Reversíveis: se ligam reversívelmente a enzima, pode voltar a atuar com o aumento de substrato
		- Competitiva: substrato e inibidor competem pelo mesmo sitio ativo, ganha quem tiver maior concentração
		- Incompetitiva: só se liga quando a enzima já tem o substrato ligado. Inibidor se liga em outro lugar e não no sitio ativo
		- Mista: o inibidor pode se ligar com o substrato já ligado ou não.
Modulacao alostérica: as enzimas são reguladas por meio de ligação não covalente reversível com compostos chamados moduladores alostericos, que podem regular a enzima positiva ou negativamente. Enzima alosterica é aquela que contem outro sitio que não o catalítico e precisa ser ativado primeiro para poder ativar a enzima depois. Não se encaixa na teoria Michaelis-Mentem
Modulacao covalente: modificação covalente na enzima causa sua conversão nas formas ativa e inativa. Essa regulação ocorre principalmente pela adição e remoção de grupos fosfato em resíduos específicos de serina
Inibicao por retroalimentação: um substrato A, transformado por uma enzima, gera uma molécula B, vem outra enzima, transforma em C e a molécula no final produzida, por feedback negativo pode inibir a primeira reação da cascata de reações.
Ex: o aumento de AG pode inibir a síntese de outros AG