Bioquímica - aminoácidos, proteínas, catabolismo dos aminoácidos, ciclo da ureia e renovação de proteínas

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
Bioquímica Básica 
Aula Teórica 3
Professor: Dr. Jaim Simões Oliveira
*
Aminoácidos
Um aminoácido é uma molécula orgânica que contém um grupo amina (NH2) e um grupo carboxila (COOH), e uma cadeia lateral que é específica para cada aminoácido.
 Alguns aminoácidos também podem conter enxofre (S). Ex. cisteína
Eles são particularmente importantes em bioquímica onde o termo geralmente refere-se a alfa-aminoácidos (α-aminoácidos).
 São moléculas anfóteras, ou seja, podem se comportar como ácido ou como base liberando nesta ordem H+ ou OH- em uma reação. 
*
Estrutura e propriedades dos aminoacidos 
1. Caracter ácido /base 
Íon dipolar
*
2. Isomeria ótica
 Designação estereoquímica
L-aminoácidos
D-gliceraldeído
*
*
 Classificação dos aminoácidos
	É baseada nas propriedades químicas, como a polaridade e a carga, da cadeia lateral (R) e sua tendência a interagir com água à pH 7.0 (pH biológico)
*
*
Cisteinas: Podem ser oxidadadas formando pontes dissulfeto.
Pontes dissulfeto exercem funções essenciais na estrutura de muitas proteínas pois formam pontes dissulfeto dentro da mesma cadeia polipeptídca ou entre cadeias polipeptídicas diferentes (anticorpos). Além disso, participam de mecanismos de oxiredução em reações catalisadas por enzimas.
*
Ponto isoelétrico de um aminoácido ou proteína: é o pH onde a carga elétrica líquida e igual a zero.
No caso da curva de titulação da glicina (abaixo), no pH = pI a maioria das moléculas de glicina exsitem como um íon dipolar (Zwitterion), o qual pode atuar como ácido ou base (anfótero ou anfólito)
*
As plantas e bacterias podem sintetizar todos os 20 aminoácidos. No entanto, os humanos e outros vertebrados não são capazes de sintetizar a metade deles, os quais devem ser obitdos a partir da dieta (aminoácidos essenciais). 
A tirosina é considerada condicionalmente essencial em humanos, pois pode ser formada a partir de uma hidroxilação da fenilalanina, catalisada pela enzima fenilalanina hidroxilase. Deficiencia desta enzima provoca retardamento mental em infantos (fenilcetonúria), sendo esta condição um erro inato do metabolismo.
*
Peptidios e Proteinas– Formação da ligação peptídica 
É rígida e planar; não tem rotação livre e adquire caracteristicas de dupla parcial devido a ressonância.
Sua rigidez limita o número de conformações possíveis em uma cadeia polipeptídica
*
Carater de dupla ligação devido a ressonância
*
Níveis de organização da estrutura protéica 
Estrutura primária: ordem e sequência de aminoácidos na cadeia 
 Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu (SGYAL)
*
Peptídeos biológicos
Hormonios animais: ocitocina (9 AA, estimulador das contrações uterinas), fator de liberação de tirotrofina (3 AA, estimular a liberação de tirotrofina), antibióticos, venenos de cogumelos (amanitina)
*
*
Estrutura primária: A descrição de todas as ligações covalentes (principalmente ligações peptídicas e pontes dissulfeto) ligando os aminoácidos em uma cadeia polipeptídica. 
Sequência primária de aminoacidos da enzima Hexoquinase de levedura Saccharomyces cerevisiae 
G glicina; A alanina; V valina; L leucina; I isoleucina; M metionina; F fenilalanina; Y tirosina; W triptofano; S serina; P prolina; T treonina; C Cisteína, N asparagina; Q glutamina; K Lisina; H histidina; R arginina; D aspartato; E glutamato 
*
Exemplos de proteínas
*
Classificação das Proteínas
Monoméricas - uma única cadeia polipeptíca
Oligoméricas – dímero, trímero, tetrâmeros de uma mesma cadeia polipeptíca 
Protoméricas – associação de cadeias polipeptídicas diferentes. Ex.: Hemoglobina, heterotetrâmero 22
*
Classificação de Proteínas
Proteínas simples: Contém somente aminoácidos. Ex. ribonuclease A e quimiotripsina.
Proteínas conjugadas: Contém outros componentes químicos permanentemente associados, normalmente chamados de grupos prostéticos.
*
*
Estrutura secundária é o arranjo espacial local dos átomos da cadeia principal em um segmento selecionado da cadeia polipeptídica.
Tipos de arranjos mais frequentes: -hélice, conformações em fita- e alças-
*
Ligação peptídica planar
A ligação peptídica é rigida e não pode rodar. No entanto as ligações N-C e C-CO apresentam rotação e são descritas por ângulos dihédricos  e , definidos como +180 ou -180 
Definidos como +180º ou -180º quando o peptídeo está totalmente estendido
*
-hélice: cada volta da hélice corresponde a 3,6 resíduos de AA (5,4 Å); as cadeias laterais apontam para fora do eixo; a estrutura é estabilizada por pontes de hidrogênio entre o hidrogênio ligado ao atomo eletronegativo de N da ligação peptídica (doador) e o átomo eletronegativo de O da carbonila do quarto resíduo (aceptor) do lado N-terminal.
*
Conformações : organizam a cadeia polipeptídica em folhas-; são as conformações mais estendidas da cadeia polipeptídica; extendida em zig-zag em vez de hélice; as pontes de hidrogênio são formadas entre segmentos adjancentes da cadeia polipeptídica
*
Alças-: conectam as partes finais de dois segmentos adjacentes de uma folha- anti-paralela; compreende uma volta de 180º composta de quatro resídeos de AA; o átomo de O da carbonila do primeiro resíduo forma uma ponte de H com o hidrogênio do grupo amino do quarto resíduo; resíduos glicina (pela flexibilidade) e prolina (por causa da conformação cis para a ligação peptídica) são comuns nestes elementos de estrutura secundária
*
Um polipetídio ou proteína PODE conter as duas formas diversas vezes (ex: lisozima)
-hélice
Folha-
*
A estrutura secundária de um segmento polipeptídico pode ser completamente definida se os ângulos diédros  e  forem conhecidos para todos os resíduos de aminoácidos naquele segmento;
Os elementos da estrutura secundária possuem ângulos diedros característicos.
*
Estrutura terciária 
O arranjo tridimensional de todos os átomos de uma proteína corresponde a estrutura terciária da proteína. Consiste de um enovelamento das regiões de estrutura secundária, resultando em formas como leque, barril e outras. Baseado na estrutura terciárias as proteínas são classificadas como globulares e fibrosas.
Globulares: Apresentam grande diversidade estrutural o que reflete em uma grande diversidade funcional. Ex. Hemoglobina
Fibrosas: Dão força e flexibilidade às estruturas ondem ocorrem. Exs.: -queratina (cabelo, penas), colágeno (tecidos conjuntivos, tendões, cartilagens), fibroína da seda
*
Estrutura Terciária : é o arranjo tridimensional de átomos dentro de uma cadeia polipeptidica. Consiste de um “enovelamento” de várias regiões dada estrutura secundária, resultando em formas como barril. Ocorre entre os grupos R 
As ligações dissulfetos são uma das responsáveis pela estabilização destes arranjos
Ligações dissulfeto: formada pela oxidação de dois grupos tiol (SH) formamdo a ligação S-S 
*
Estrutura Quaternária
·       Presente somente quando ha mais de uma cadeia polipeptidica
·       Refere-se as interconexões e organização de múltiplas cadeias polipeptidicas formando um grupo com funcionalidade característica. 
Ex: Hemoglobina é um tetramero, formado de quatro cadeias polipeptidicas (subunidades); sendo cada uma semelhante a mioglobina. 
2--globinas, 
2 -globinas. 
As estruturas em vermelho são os grupos heme.
*
Estrutura Quaternária
2--globinas, 2 -globinas. 
As estruturas em vermelho são os grupos heme.
*
Grupo Heme
*
Proteínas fibrosas
*
Proteínas fibrosas
Estrutura do colágeno
*
Ciclo do Nitrogênio
Aminoácidos não são armazenados no organismo;
Devem ser obtidos da dieta;
Aminoácidos em excesso às necessidades biossintéticas são degradados;
*
Catabolismo de Aminoácidos
Primeira fase: Remoção dos grupos α-amino (transaminação → oxidação).
Formando
amônia e o α-cetoácido correspondente.
Parte da amônia livre é excretada na urina, mas a maior parte é utilizada no ciclo da uréia.
Ciclo da uréia: A via mais importante para o descarte do nitrogênio do organismo
*
Ciclo da Uréia no Metabolismo
*
Segunda fase: Os esqueletos carbonados dos α-cetoácidos são convertidos em intermediários comuns das vias metabólicas produtoras de energia;
Podendo ser metabolizados a CO2 e H2O, glicose, ácidos graxos e corpos cetônicos pelas vias centrais do metabolismo
Catabolismo de Aminoácidos
*
Metabolismo Geral do Nitrogênio
Em indivíduos saudáveis e bem alimentados a entrada de aminoácidos no conjunto está equilibrada com a saída, ou seja a quantidade do conjunto é constante. Costuma-se dizer, por isso, que o conjunto de aminoácidos está em um estado de equilíbrio e que o indivíduo está com o balanço nitrogenado adequado.
*
Renovação das Proteínas
Velocidade: Em adultos saudáveis, a quantidade total de proteína corporal permanece constante (renovação e síntese de 300 a 400 g por dia).
	- Tempo de meia-vida de minutos ou horas (degradação rápida). Ex.: proteínas reguladoras e organizadas de forma errônea.
	-Tempo de meia-vida de dias a semanas ou até meses ou anos (proteínas estruturais como o colágeno).
*
Degradação Proteica
Sistema ubiquitina-proteassomo dependente de ATP, no citosol. Degradam principalmente proteínas endógenas.
Enzimas degradativas nos lisossomos (hidrolases ácidas) não dependentes de ATP. Degradam principalmente proteínas extracelulares, como proteínas plasmáticas e proteínas da superfície da membrana celular.
Renovação das Proteínas
*
Ubiquitinação ocorre por meio da ligação da α-carboxila da glicina C-terminal da ubiquitina a um grupo ε-amino de uma lisina da proteína a ser degradada. Este processo tem três etapas e depende de ATP.
O proteassomo desenrola, desubiquitina e corta a proteína-alvo em fragmentos, posteriormente degradados em aminoácidos, que entram no conjunto de aminoácidos.
As ubiquitinas são recicladas.
Influência de Sinais Químicos: A meia-vida de uma proteína é influenciada pela natureza do seu resíduo N-terminal. Com serina, 20 horas de duração; com aspartato, três minutos de duração.
Proteínas ricas em prolina, glutamato seria e treonina (PEST) são degradadas rapidamente.
*
Digestão da Proteínas da Dieta
Proteínas grandes demais para ser absorvidas no intestino;
Devem ser hidrolizadas para di e tripeptídeos, aminoácidos livres, que podem ser absorvidos;
Hidrolizadas no Estômag e Intestino Delgado por enzimas produzidas no Pâncreas.
*
Digestão pela secreção gástrica
-Ác. Clorídrico mata as bacterias e desnatura as proteinas, facilitando a posterior hidrólise;
-Pepsina: Endopeptidase estável em meio ácido, liberada como zimogênio, que quando ativado produz a pespsina ativa;
- Libera peptídeos e poucos aminoácidos livres.
*
b. Digestão por enzimas pancreáticas no intestino delgado
-Libera oligopeptídeos e aminoácidos;
-Proteases específicas dependendo do grupo R da cadeia lateral do aminoácidos (Ex.: tripsina cliva apenas quando a carbonila é fornecida por arginina ou lisina);
-A liberação dos zimogênios é mediada pelos hormônios colecistocinina (no duodeno inferior e jejuno, faz o pâncreas liberar as enzimas digestivas) e secretina (células do intestino, que induz o pâncreas e o fígado a liberarem bicarbonato para adequar o pH).
-Enteropeptidase ativa os zimogênios.
*
b. Digestão por enzimas pancreáticas no intestino delgado
-A liberação dos zimogênios é mediada pelos hormônios colecistocinina (no duodeno inferior e jejuno, faz o pâncreas liberar as enzimas digestivas) e secretina (células do intestino, que induz o pâncreas e o fígado a liberarem bicarbonato para adequar o pH).
-Enteropeptidase ativa os zimogênios.
*
c. Digestão dos oligopeptídeos por enzimas do intestino delgado.
 A superfície luminal do intestino delgado contém a enzima aminopeptidase - uma exopeptidase que cliva o resíduo N-terminal dos oligopeptídeos, produzindo peptídeos ainda menores.
d. Absorção de aminoácidos e pequenos peptídeos: 
	- Aminoácidos livre são captados por enterócitos
	- O di e tripeptideos são captados e e hidrolisados no citosol, produzindo aminoácidos antes de serem liberados para o sistema porta de difusão facilitada.
	- Após uma refeição contendo proteína somente aminoácidos livres são encontrados na veia porta, sendo metabolizados pelo fígado ou liberados na circulação geral.
*
Transporte de Aminoácidos para o Interior das Células
Ocorre por transportadores e é direcionado pela hidrólise de ATP.
Cistinúria: Doença hereditária, erro genético comum no transporte de aminoácidos, 1 em 7000 indivíduos;
	- Aspectos clínicos: precipitação de cistina, formando cálculos renais que bloqueiam o trato urinário.
Doença de Hartnup: Defeito no transporte de triptofano, que resulta em sintomas dermatológicos e neurológicos semelhantes a pelagra.
*
Pelagra: em dietas baseadas em milho. Que é pobre em niacina e triptofano
Sintomas: dermatite, diarréia e demência e pode causar a morte, se não tratada.
Tratamento: Niacina em doses de 1,5g/dia
*
Anormalidades na digestão de proteínas
Indivíduos com deficiência na secreção pancreática (fibrose cística, ou remoção cirúrgica do pâncreas)
	- Aparecimento de proteínas nas fezes.
Doença Celíaca (espru celíaco): patologia automimune. Lesões no intestino delgado levam a prejuízos na absorção. Reação imune à ingestão do glúten (ou de gliadina), presente no trigo, cevada e centeio.
Proteinas são os instrumentos moleculares pelos quais a informação genética é expressada.
A cadeia R varia em estrutura, carga e tamanho e influencia a solubilidade em água
*
Nem todos os L-aminoácidos são levorotatórios e vice-versa. De acordo com Emil Fisher, as convenções L- e R- referem-se a configuração abosoluta dos 4 susbtituintes em torno do carbono quiral, e não estão relacionadas às propriedades óticas da molécula.
*
Propriedades dos aminoácidos
*
Valine, leucina, isoleucina, alanine tendem a se agrupar dentro das proteínas e estabilizam sua estrutura terciária
Aromáticos absorvem no ultravioleta e podem participar de interações hidrofóbicas
A flexibilidade estrutural de cadeias polipeptídicas contendo prolina é estabilizada pela presença da prolina, devido a rigidez de sua cadeia lateral.
*
A cadeia lateral da histidina pode estar protonada ou não a pH 7,0. Atuam como doadores e ou aceptores de prótons em muitas reações enzimáticas
*
Pontes dissulfeto exercem funções essenciais na estrutura de muitas proteínas pois formam pontes dissulfeto dentro da mesma cadeia polipeptídca ou entre cadeias polipeptídeicas diferentes (anticorpos). Além disso, participam de mecanismos de oxiredução em reações catalisadas por enzimas.
*
*
A tirosina e considerada condicionalmente essencial, pois pode ser formada a partir de uma hidroxilação da fenilalanina, catalisada pela enzima fenilalanina hidroxilase.
*
*
*
Poucos aminoácidos condensados = oligopeptídeo
Muitos aminoácidos condensados = polipeptídeo, com peso molecular menor que 10.000
Quando o polipeptídeo tem peso molecular maior que 5.000, eles são chamados de proteína
A hidrólise da ligação peptídica é exergônica, no entanto pelo fato da energia de ativação da reação ser muito alta, as ligações peptídicas das proteínas são muito estáveis em solução, com um tempo de meia vida de 7 anos.
O comportamento ácido-base pode ser predito pelo N-terminal, C-terminal e pelos grupos ionizáveis na cadeia lateral
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
O plot de Ramanchandran é baseado nos valores conhecidos dos raio de van der Waals dos átomos e nos angulos díédros  e .
Azul-marinho-conformações totalmente permitidas sem impedimentos estericos; azul-médio-conformações permitidas no limite extremo para contatos não-favoráveis entre os átomos; azul-claro-
conformações generosamente permitidas
*
*
*
*
*
A fibrose cística é causada por uma mutação no braço longo do cromossomo 7, na região 3, banda 1 (7q31) que transcreve uma proteína transmembranosa, reguladora de transporte iônico, chamada de regulador de condutância transmembranar de fibrose cística (CFTR). O CFTR regula o transporte iônico no suor, dos sucos digestivos e dos mucos, inclusive o pulmonar. A fibrose cística é considerada uma doença autossômica recessiva.
A proteína afectada vais ser a CFTR (regulador de condutância transmembranar de fibrose cística). E tal como a proteína, o próprio canal de cloro vai sofrer uma mutação do qual vai resultar um transporte anormal de iões de cloro através dos ductos das células sudoríparas e da superfície epitelial das células da mucosa. (Fig. 3.1). Vai ocorrer então uma alteração no transporte dos iões de cloro através das glândulas exócrinas apicais, resultando dessa anormalidade, uma permeabilidade diminuída ao cloro, fazendo com que o muco da fibrose cística fique cerca de 30 a 60 vezes mais viscoso. A água por sua vez, como vai seguir o movimento do sódio de volta ao interior da célula, vai provocar um ressecamento do fluído extracelular que se encontra no interior do ducto da glândula exócrina.
Embora o sistema de transporte mucociliar não se encontre afectado pela patologia, ele vai ser incapaz de transportar uma secreção assim tão viscosa. Devido a essa incapacidade vai haver uma maior acumulação de muco, conduzindo ao aumento do número de bactérias e fungos nas vias, o que vai ser muito prejudicial, podendo levar mesmo a uma infecção crónica nos pulmões.
É uma situação grave que pode também afectar o aparelho digestivo e outras glândulas secretoras, causando danos a outros orgãos como o pâncreas, o fígado e o sistema reprodutor.
Nos pulmões, as secreções acabam por obstruir a passagem de ar, retendo bactérias, o que pode conduzir ao aparecimento de infecções respiratórias.
No tracto gastrointestinal, a falta de secreções adequadas compromete o processo digestivo, levando a uma má função intestinal devido a uma insufeciência pancreática. As secreções no pâncreas e nas glândulas dos intestinos são tão espessas e por vezes sólidas, que acabam por obstruir completamente a glândula.
As glândulas sudoríparas, as parótidas e as pequenas glândulas salivares segregam líquidos cujo teor em sal é superior ao normal.
A Fibrose Cística engloba-se num grupo de patologias denomiadas D.P.O.C (doença pulmonar obstrutiva crónica) que se caracterizam por haver uma obstrução crónica das vias aéreas, diminuindo a capacidade de ventilação.
Quando se utiliza o termo DPCO está-se a referir a todas as doenças pulmonares obstrutivas mais comuns como a bronquite crónica (tosse produtiva na maioria dos dias, por pelo menos 3 meses num ano), enfisema pulmonar (quando muitos alvéolos estão destruidos e os restantes ficam com o seu funcionamento alterado), asma brônquica e bronquietcasias.
*