(20171002002949)Bases macromoleculares das células – Parte I

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Bases macromoleculares das células – Parte I
Aminoácidos, Proteínas e Enzimas
Profa: Ana Carolina Terra Mercadante
2
C
H
O
N
Células Seres Inanimados
ÁTOMOS
Bases Macromoleculares da Constituição Celular
3
C
H
O
N
Células
ÁTOMOS
Origem / Evolução 
das Células
BIOMOLÉCULAS
Átomos 
apropriados
constituição
Bases Macromoleculares da Constituição Celular
4
C
H
O
N
Hidrogênio
Carbono
Oxigênio
NitrogênioCélulas
99% 
massa
Seres Inanimados
O
Si
Al
Na
Oxigênio
Silício
Alumínio
Sódio
Macromoléculas
Bases Macromoleculares da Constituição Celular
• A unidade biológica da célula não se limita a características estruturais e funcionais, mas
também a nível molecular.
• Todos os seres vivos são constituídos por moléculas orgânicas de grandes dimensões…
Macromoléculas
• As macromoléculas são constituídas essencialmente por Carbono(C), Oxigênio(O),
Hidrogênio(H) e outros como o Nitrogênio (N).
Bases Macromoleculares da Constituição Celular
Bases Macromoleculares da Constituição Celular
Ligações Químicas
Revisando...
8
• Ligações Fortes
• Ligações Fracas
Critério Classificação: 
INTENSIDADE
Energia necessária para se realizar ou se 
desfazer essas uniões.
Ligações Fortes Ligações Fracas
 COVALENTES  PONTES DE HIDROGÊNIO 
 LIGAÇÕES ELETROSTÁTICAS
 INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS 
Ligações químicas...
9
Ligações Covalentes
• fortes e estáveis – coesão molecular;
• ligação peptídica e ponte dissulfeto (S-S);
• consomem altas quantidades de E para sua realização ( 100 kcal/mol);
Quebra: procedimentos drásticos (hidrólise em ácido forte até T (°C)).
Ligações químicas...
1
0
Pontes de Hidrogênio
• uso em comum de um átomo de H por radicais eletronegativos diferentes;
• ligação fraca (5% força - ligações covalentes);
• manter unidas  moléculas ou várias partes de uma mesma molécula;
• moléculas grandes – varias centenas (força e estabilidade consideráveis).
Ligações químicas...
Ligações Eletrostáticas ou Iônicas
 Resultado da força de atração entre grupos ionizados de carga contrária.
Interações Hidrofóbicas
 Associação de grupos não-polares, que a fazem de modo a excluir o contato 
com a água (associação em resposta a repulsão natural)
Embora individualmente essas ligações sejam fracas, quando numerosas 
tornam a estrutura mais estável.
Ligações químicas...
Macromoléculas
Características;
• A maioria das moléculas orgânicas têm grandes dimensões macromoléculas;
• Em geral são encontradas sob a forma de polímeros, isto é, são moléculas formadas por
um conjunto, maior ou menor, de unidades básicas – os monômeros, unidas por
ligações químicas (Convalentes).
Macromoléculas : 
Monômeros Polímeros
Aminoácidos e Proteínas
Características e Funções;
Aminoácidos
• Unidade constituinte das proteínas;
• Os aminoácidos possuem, ligados ao carbono central (α):
Um grupo amina – NH2
Um grupo carboxila – COOH (ácido)
Um átomo de hidrogênio
Grupo R – variável de aminoácido para aminoácido
• Unidade constituinte das proteínas;
• Um peptídeo - aminoácidos se unem através de ligações peptídicas;
• A formação de um polipeptídeo ocorre quando diversos aminoácidos são ligados;
• Proteína = Grande polipeptídeo
Aminoácidos
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Aminoácidos alifáticos - Apolares
Cadeia lateral – alifática (hidrocarbonada) 
Glicina (Gly) Alanina (Ala) Valina* (Val)
Leucina* (Leu) Isoleucina* (Ile)
* Aminoácidos ramificados =
cadeia lateral (hidrófoba)
Aminoácidos
Prolina (Pro)
Metionina (Met)
19
Aminoácidos
19
Fenilalanina (Phe)
Tirosina (Tyr)
Triptofano (Trp)
Aminoácidos aromáticos
Cadeia lateral – anel aromático 
20
Aminoácidos
20
Aminoácidos não-carregados, mas polares
Cadeia lateral mais hidrofílica do que as dos aa não-polares
 Solubilidade 
em água
Asparragina (Asn) Glutamina (Gln)
Cisteina (Cys) Serina (Ser)
Treonina (Thr)
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Aminoácidos
Aminoácidos carregados positivamente
Cadeia lateral BÁSICA.
  Solubilidade em 
água
Lisina (Lys)
Arginina (Arg)
Histidina (His)
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Aminoácidos
Aminoácidos carregados negativamente
Cadeia lateral mais hidrofílica do que as dos aa não-polares
Ácido aspártico (Asp) Ácido glutâmico (Glu)
  Solubilidade em 
água
• São constituintes básicos da vida;
• São macromoléculas complexas;
• Constituem cerca de 50 a 80% do peso seco da célula eucariótica;
• São formadas pela ligação de vários aminoácidos, de acordo com a informação
contida no DNA/Material genético.
Proteínas
• Possuem diversas funções:
Função de transporte – micromoléculas e íons transportados por proteínas. Ex.: hemoglobina
transporta O2.
Função de reserva alimentar – proteínas fornecem aminoácidos ao organismo durante o seu
desenvolvimento, bem como energia Ex.: albumina do ovo.
Função de defesa – anticorpos neutralizam substâncias estranhas.
Função motora – componentes dos músculos.
Função hormonal – certos hormônios têm a constituição proteica. Ex.: insulina, adrenalina,…
Proteínas
Graus de estruturação das proteínas
Ligações
peptídicas
Pontes de Hidrogênio
Interações de Van der Waals
Interações Eletrostáticas – entre carga + e -
Interações Hidrofóbicas – entre residos apolares
Uniões Covalentes de Dissulfeto 
Pontes de Hidrogênio
Interações de Van der Waals
Interações Eletrostáticas
Interações Hidrofóbicas
Graus de estruturação das proteínas
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Estrutura primária
Estrutura secundária
Estrutura terciária Estrutura quaternária
Graus de estruturação das proteínas
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• Organização espacial de animoácidos que se encontram próximos entre si na cadeia peptídica (“força” –
pontes de hidrogênio)
 configuração ao acaso (random coil)
 estrutura de cilindro (-hélice*)
 folha pregueada 
* Pauling e Corey, déc. 50
Pontes de H 
intramoleculares
Graus de estruturação das proteínas: Estrutura Secundária
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• Organização tridimencional de uma molécula de proteína (regiões helicoidais e random
coil se dispõem entre si).
Insulina
Tipos de ligações que contribuem para manutenção
da estrutura:
Graus de estruturação das proteínas: Estrutura terciária
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• Formação de proteínas complexas formadas por duas ou mais subunidades protéicas
(“forças”  estrutura terciária, com exceção ligações dissulfeto*).
* Não participam da ligação entre subunidades.
Graus de estruturação das proteínas: Estrutura quaternária
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Graus de estruturação das proteínas: Estrutura quaternária
Apolar Polar (+)
Erros na sequência…
•Podem levar à má estruturação 
da proteína! 
• Quanto à composição:
 Proteínas simples:
Ex. albuminas, globulinas
 Proteínas conjugadas:
Ex. hemeproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas
Classificação das proteínas:
•Holoproteínas – só com aminoácidos
•Heteroproteínas – possuem uma porção não protéica – Grupo prostético
Classificação das proteínas:
• Quanto à forma:
Proteínas fibrosas: são insolúveis em água,
compridas e filamentosas. A maioria tem função
estrutural ou protetora. Ex.: colágeno
Classificação das proteínas:
• Quanto à forma:
Proteínas globulares: geralmente solúveis em água, formam
estruturas compactas fortemente enroladas em forma globular
ou esférica.
Função relacionada com manutenção e regularização de
processos vitais: transporte, defesa, hormonal e ENZIMÁTICA.
Ex.: hemoglobina.
Classificação das proteínas:
Enzimas...
• As enzimas possibilitam diversas reações biológicas criando um ambiente específico
paradeterminada reação, por exemplo promovendo a aproximação de duas ou mais
moléculas na orientação exata que é necessária para a reação ocorrer. Além disso,
elas também proporcionam ao substrato um meio energeticamente favorável à
reação.
• A atuação das enzimas está relacionada, diretamente, à velocidade das reações das quais elas
participam. Estas proteínas trabalham fazendo com que uma reação que aconteceria em um
tempo grande (às vezes até não mensurável) aconteça em tempos compatíveis com os
processos vitais.
Enzimas...
• Enzimas conferem:
 Rapidez
 Alto rendimento, ou seja, gera o produtos úteis à célula!
Através delas, o DNA controla todo o metabolismo celular!!!!
Enzimas...
• Quando um composto químico é convertido em outro, o que está acontecendo é uma
reorganização dos átomos que fazem parte do reagente (substrato) para que ele se torne o
produto da reação.
• Estado de transição: composto intermediário, formado no processo de conversão de um substrato
em produto.
• Energia de ativação: diferença entre a energia do substrato e a do estado de transição - é o
quanto de energia é necessário no sistema para que o substrato possa ser convertido em produto
Enzimas... Acelerando uma reação química... Mas como?
Substrato Estado de transição Produto
Estado de maior energia!
Enzimas... Acelerando uma reação química... Mas como?
Substrato Estado de transição Produto
• Carreira energética entre S e P:
relacionada à formação do estado de
transição, que pode envolver formação de
cargas instáveis na molécula, rearranjo de
ligações etc.
• Quanto maior a energia de ativação, mais
lenta é a reação Diminuir a energia de
ativação de uma reação é exatamente o
que uma enzima faz.
Substrato
Complexo Enzima Substrato
Produto
Modelo Chave Fechadura
Como as enzimas funcionam...
Modelo Chave Fechadura: como as enzimas funcionam...
• Sítio ativo da enzima:
 Pequena porção da enzima formada a partir do enovelamento na sua estrutura
terciária. Ele apresenta resíduos de aminoácidos cujas cadeias laterais são capazes de
interagir com o substrato.
 É da especificidade desta ligação entre o substrato e o sítio ativo da enzima que surge a
especificidade de cada atividade enzimática. Ou seja: uma enzima interage com um
dado substrato porque a sua sequência primária possui aminoácidos que determinam
uma estrutura terciária que, em uma porção específica – o sítio ativo –, permite o
“encaixe” do substrato para que a reação aconteça – Modelo Chave-fechadura
As interações moleculares envolvidas na ligação enzima-substrato são da mesma natureza
daquelas que mantêm a estrutura tridimensional das proteínas, ou seja, pontes de
hidrogênio, interações eletrostáticas, interações hidrofóbicas e interações de van der Waals.
No entanto...
 O modela chave-fechadura explicava o funcionamento de algumas, mas não da maioria das
enzimas!
Modelo do AJUSTE INDUZIDO (Koshland, em 1958)
 Após a ligação do substrato à enzima, ela sofre mudanças conformacionais que fazem com
que sua estrutura se ajuste à ligação do substrato, colocando em contato grupos funcionais
dos aminoácidos que são importantes para que a reação aconteça.
 Resultado de várias interações formadas durante a ligação do substrato ao sítio ativo da
enzima, que influenciam outras interações na estrutura da proteína, responsáveis pela
estabilização da sua conformação.
 As mudanças conformacionais permitem a formação de outras interações fracas
necessárias ao estado de transição e, consequentemente, favorecem a reação.
No entanto...
 Para algumas enzimas é necessário que um fator se ligue em uma outra porção,
induzindo desta forma uma modificação no sítio ativo da enzima e permitindo a ligação
do substrato. - Ativador alostérico!
No entanto 2 ... Ativação alostérica...
Mais substrato = reação mais rápida? Conhecendo as reações enzimáticas...
 A fim de relacionar a velocidade de uma reação enzimática com a concentração de
substrato usada, Leonor Michaelis e Maud Menten, pesquisadores que começaram a
elucidar a cinética das reações enzimáticas como mencionamos antes, propuseram a
seguinte fórmula, batizada de equação de Michaelis e Menten:
Mais substrato = reação mais rápida? Conhecendo as reações enzimáticas...
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Mais substrato = reação mais rápida? Conhecendo as reações enzimáticas...
1. [S] < [E] Quando a concentração de substrato no meio de
reação é baixa, a maior parte das enzimas está livre; logo, a
velocidade da reação será proporcional unicamente à [S].
2. [S] = [E] Já quando oferecemos muito substrato
ao meio de reação, ou seja, quando a [S] é muito
maior do que a concentração de enzima, todas as
enzimas se encontram na forma ES. Nesse ponto, a
velocidade máxima da reação é alcançada.
3. [S] > [E] Quando uma reação atinge sua Vmáx,
dizemos que a [S] é SATURANTE. Se todas as
enzimas estão ocupadas com substrato, aumentar
mais ainda a [S] não irá resultar em nenhum
aumento da velocidade da reação.
1 2 3
Conhecendo as reações enzimáticas... E o Km... O que é?
 O KM equivale ao valor da concentração de substrato que faz com que a reação atinja metade da
sua Vmáx. Quanto menor for a quantidade de substrato para isso acontecer, maior é a afinidade da
enzima por seu substrato. Assim:
• Enzima com ALTO KM = enzima com BAIXA afinidade pelo substrato.
• Enzima com BAIXO KM = enzima com ALTA afinidade pelo substrato.
Desnaturação de enzimas...
• Distúrbios capazes de tornar uma proteína não-funcional – e, no caso das enzimas, uma
enzima não-catalítica – provocam o que se conhece por desnaturação de proteínas.
• Acontece devido a(o):
 variações de temperatura;
 variações de pH;
 presença de solventes orgânicos;
 detergentes;
 moléculas como URÉIA ou GUANIDINA.
Condições ótimas de 
temperatura e pH
Desnaturação de enzimas...
• Uma enzima pode, mesmo na presença de seu substrato e em condições ótimas para o
seu funcionamento, não realizar catálise, ou ter sua velocidade de reação diminuída. Isso
pode acontecer se, no meio de reação, houver um inibidor enzimático.
molécula capaz de se associar à enzima e reduzir ou até zerar sua velocidade de catálise, 
isto é, de gerar produto a partir do substrato.
• Existem dois tipos de inibidor: os irreversíveis e os reversíveis.
Inibição de enzimas...
1. Inibidores irreversíveis: se ligam à enzima, modificando sua estrutura de tal forma que
inutilizam permanentemente essa proteína.
Inibição de enzimas...
2. Inibidores reversíveis: podem se dissociar da enzima e, de acordo com a maneira como
isso acontece, estão subdivididos em:
a. Inibidores reversíveis competitivos: competem com o substrato pela ligação ao sítio ativo
da enzima [S] favorece a reação, pois aumenta a chance de enzimas livres se
associarem ao substrato em vez de ao inibidor;
b. Inibidores reversíveis não-competitivos: se associam à enzima em uma parte de sua
estrutura diferente do sítio ativo. Esta ligação promove alterações no sítio ativo da
enzima, de forma que o substrato não consiga mais se encaixar. - Inibição alostérica!
Inibição de enzimas... Inibição alostérica
Classificação das Enzimas... De acordo com a reação que catalisam:
1. óxido-redutases: catalisam reações de óxido-redução, isto é, de transferência de elétrons
entre compostos;
2. transferases: catalisam a transferência de grupos entre moléculas;
3. hidrolases: catalisam reações de hidrólise (quebram moléculas utilizando a água);
4. liases: catalisam a remoção não-hidrolítica de grupos, formando ligações duplas (ou seja,
retiram um grupamento da molécula sem usar água);
5. isomerases: catalisam reaçõesde isomerização (reorganizam a molécula sem que ela perca
nenhum átomo);
6. ligases: catalisam a formação de uma ligação química entre dois compostos utilizando a
energia da quebra de um nucleotídeo trifosfatado (por exemplo, ATP), que acontece ao mesmo
tempo.