Bioquímica I - ESTRUTURAL: água, aminoácidos e proteínas, lipídeos, ácidos graxos, membrana

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Resumo Bioquímica I
ÁGUA COMO SOLVENTE BIOLÓGICO 
A molécula de agua e seus produtos de ionização H+ e OH-, influenciam profundamente a estrutura, a organização e as propriedades de todos os componentes celulares incluindo proteínas, ácidos nucleicos e lipídeos.
A agua tem ponto de fusão e de ebulição e calor de vaporização mais alto que outros solventes comuns, essas propriedades incomuns são consequências da atração entre as moléculas de agua adjacentes que oferecem a agua liquida grande coesão interna. Essas atrações intermoleculares ocorrem devido à estrutura da molécula de agua.
Cada átomo de hidrogênio de uma molécula de água compartilha um par de e- com o átomo central de O sendo que os e- ficam mais próximos de O por ele ser mais eletronegativo. Isso significa que os elétrons compartilhados estão mais frequentes nas vizinhanças do átomo de oxigênio.
A geometria ditada pela forma dos orbitais mais externos do átomo de O, similares aos orbitais sp3 ligantes do C, tais orbitais descrevem um formato aproximado de tetraedro com um átomo de H em cada um dos vértices e pares de elétrons não compartilhado nos outros dois. O resultado do compartilhamento desigual de elétron (devido a maior eletronegatividade de O) é a formação de dois dipolos elétricos na molécula de água, um ao longo de cada ligação O-H, onde cada H carrega uma carga parcial + e o O carrega uma carga parcial -. Como consequência disso, há uma atração eletrostática entre a carga – de uma molécula (átomo de O) e a carga + da outra molécula (átomo de H), formando as ligações de hidrogênio.
Ligações de Hidrogênio 
Cada molécula de H2O é capaz de realizar quatro interações eletrostáticas com a molécula vizinha. No entanto não é só com moléculas de água que há formação de pontes de hidrogênio, esse tipo de ligação também pode ocorrer com solutos polares.
As pontes de H se formam prontamente entre um átomo eletronegativo (aceptor H ) e um átomo de H ligado covalentemente a outro átomo eletronegativo (doador de H) na mesma molécula ou em outra. Esse tipo de ligação é mais forte quando as moléculas ligadas estão orientadas de forma a maximizar as interações eletrostáticas, ou seja, quando o H e os 2 átomos eletronegativos que o compartilham estão em linha reta.
Na água liquida as pontes de H vivem se desfazendo (sendo quebradas) e sendo formada novamente. A água no estado liquida é muito desorganizada, logo possui alta entropia (devido as constantes quebras e formações das pontes de H).
Ponte de hidrogênio é H ligado a FON 
No gelo cada molécula de agua esta fixa no espaço e forma quatro ligações com 4 outras moléculas criando uma estrutura de rede regular. 
É possível a formação de pontes de H com outros solutos, para isso o soluto deve quebrar a ponte de H (agua-agua) e assim ele ira solubilizar, pois quebra essas pontes e forma pontes mais estável esse soluto deve ser termodinamicamente mais estável e favorável. 
Para que seja possível a ponte de hidrogênio o hidrogênio deve estar entre dois átomos eletronegativos, existe também pontes de H entre dois solutos, desde que obedeça as condições 
Álcoois, aldeídos, cetonas e compostos contendo N-H formam ligações de H com moléculas de agua existem outras ligações de importância biológicas como entre grupos peptídicos em polipeptídeo e a dupla hélice do DNA também é um exemplo, ela se mantem por meio de pontes de H, ou seja, as bases nitrogenadas interagem por meio de pontes de H. Biomoléculas polares não carregadas como os açucares dissolvem rapidamente em agua devido ao efeito estabilizador das ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxil ou o hidrogênio do carbonil do açúcar com moléculas polares em agua. 
As pontes de hidrogênio formadas devem ser sempre mais estáveis que a anterior 
A agua também solubiliza produtos com cargas como NaCl porem para isso as pontes de H devem estar desconectadas. A agua dissolve sais como NaCl pela hidratação e estabilização de ions Na+ e Cl-, enfraquecendo as interaçoes eletrostáticas entre eles e portanto neutralizando sua tendência de se associar em uma rede cristalina. Quando o NaCl se dissolve os ions abandonam a rede cristalina e adquirem liberdade muito maior de movimento, aumentando a entropia o que facilita a dissolução do sal em agua.
Soluto polar em meio polar: Quebra e formação constante de pontes de H (alta entropia). O soluto polar na agua quebra as pontes de H água- água e forma uma ligação termodinamicamente mais estável (água-soluto).
Os solutos polares em água compensam as interações de hidrogênio agua- agua, perdidas pela formação de novas interações agua- soluto, sendo assim a variação de entalpia ∆H para a dissolução destes solutos geralmente é pequena.
Soluto apolar em agua: Os solutos hidrofóbicos não oferecem a compensação citada acima, e sua adição a agua pode resultar num pequeno ganho de entalpia (a quebra das pontes de H entre as moléculas de agua retira energia do sistema, requerendo a entrada de energias vizinhas). Além disso, a adição de solutos hidrofóbicos diminui a entropia (portanto desfavorável)
Sendo assim o soluto apolar quebrara as pontes de H, pois ele precisa se inserir, porém não há formação de novas pontes de H entre a agua e o soluto apolar. A entropia diminui, pois quando a agua se posiciona em torno do soluto, ela fica com sua mobilidade restrita, já que forma um envolto altamente ordenado ao redor do soluto, o que diminui a entropia pois a medida que as moléculas de agua em torno do soluto apolar ficam mais imobilizadas sendo proporcionalmente desfavorável (∆G +).
A agua envolta do soluto apolar aumenta a superfície exposta a agua, logo menor entropia. Soluto envolto em soluto diminui a superfície exposta a agua, logo, maior entropia (mais molécula de agua solta e maior desordem). Por isso os solutos apolares se agregam para diminuir a superfície exposta a agua e assim diminuir o ∆G.
Composto anfipáticos: São compostos que contem regiões polares e apolares e quando esse composto é misturado em agua, a região polar (hidrofílica) interage favoravelmente com o solvente e tende a se dissolver, já a região apolar (hidrofóbica) tende a evitar contato com a agua, sendo assim as regiões apolares das moléculas se aglomeram para apresentar a menor área hidrofóbica possível tornando mais estável, e diminuindo o numero de moléculas e agua organizadas aumentando a entropia, as regiões polares são arranjadas de forma a maximizar suas interações com o solvente. Estas estruturas estáveis são chamadas de micelas. O que mantem a estabilidade é a associação das partes apolares por meio de interações hidrofóbicas o que mantem as condições formadas pelo aumento do ∆S.
OBS= ↓ organização ↑entropia ↑favorável 
Interações não covalentes: Como ligações de hidrogênio, interações iônicas, hidrofóbicas e de van der waals, são muito mais fracas que as ligações covalentes.
Interações hidrofóbicas são muito mais fracas que as ligações covalentes, mas são substancialmente fortalecidas por um solvente altamente apolar (solução salina por ex). A força das interações hidrofóbicas é resultado de uma maior estabilidade que o sistema atinge pela minimização do numero de moléculas de agua requeridas para envolver as porções hidrofóbicas do soluto.
Interações iônicas e ligações de H são variáveis em força, dependendo da polaridade do solvente e do alinhamento dos átomos ligados ao H, mas são sempre muito mais fracas que as ligações covalentes. Interação entre moléculas de soluto e solvente são quase tão favoráveis quanto as interações soluto-soluto. Sendo assim ligações de H e ligações iônicas, hidrofóbicas e de van der waals estão continuamente se formando e quebrando, mesmo sendo individualmente fracas em relação as covalentes esses 4 tipos de interações possuem um efeito cumulativo significativo. A formação de cada uma dessas ligações fracas contribui para o decréscimo liquido do ∆G do sistema.
Interações de van der waals são atrações fracas que ocorrem quando 2 átomos não carregados são colocadosbem próximos um do outro, com isso as nuvens eletrônicas de ambos os átomos influenciam uma na outra provocando variações aleatórias nas posições dos elétrons ao redor do núcleo podendo criar um dipolo transitória elétrico que induz a formação de um dipolo transiente de carga oposta no átomo próximo . Os dois dipolos se atraem fracamente um ao outro aproximando 2 núcleos. 
Solutos de todos os tipos modificam algumas propriedades físicas do solvente, a agua: pressão de vapor, ponto de ebulição e fusão (ponto de congelamento) e a pressão osmótica. São chamadas de propriedades coligativas. 
Pressão osmótica
As moléculas de agua tendem a se mover de uma região de maior concentração de agua para uma de menor concentração de agua, de acordo com a tendência na natureza para um sistema se tornar desordenado. Quando duas soluções aquosas são separadas por uma membrana semi permeável a difusão das moléculas de água da região de maior concentração para o de menor concentração produz pressão osmótica.
A pressão osmótica é a força necessária para resistir ao movimento da agua ( força que deve ser aplicada para que a agua não atravesse a membrana) e pode ser expressa por: π= icRt
Solução Tampão 
Quase todos os processos biológicos são dependentes do ph e uma pequena mudança no Ph produz uma grande mudança na velocidade do processo.
Solução aquosa que resiste a mudanças de Ph quando pequenas quantidades de um ácido ou base forte são adicionadas, constituem em mistura de ácidos fracos e suas bases conjugadas (forte). O controle do Ph de fluidos biológicos é feito com o uso de sistemas tampão.
Como funciona tampão?
Como exemplo o tampão de acetato: a adição de H+ consome Ac-. A diminuição da [] Ac- é acompanhada por um aumento da []de HAc. Este consumo de ions H+ evita grandes alterações do Ph.
AMINOÁCIDOS
Os aminoácidos são a unidade formadora das proteínas, 20 aa são α- aminoácidos que contem no geral uma parte amina, uma parte ácido carboxílico e um radical. Os aminoácidos diferem uns dos outros em suas cadeias laterais (ou grupos R -> radical) as quais variam em estrutura, tamanho e carga elétrica, e influenciam na solubilidade dos aminoácidos em agua.
Há dois destinos para os aminoácidos: constituir proteínas novas ou utilizadas como fonte de energia.
O átomo de carbono α é um centro quiral exceto na glicina, devido a isso os aminoácidos possuem dois estereoisomeros possíveis (enantiômeros).
Uma nomenclatura especial foi desenvolvida para especificar a configuração absoluta dos quatro substituintes dos átomos de carbono assimétricos. As configurações absolutas de açúcares e aminoácidos são especificadas pelo sistema D, L, com base na configuração absoluta do açúcar de três átomos de carbono gliceraldeído, uma convenção criada por E. Fischer para esta molécula. 
Para todos os compostos quirais, os estereoisômeros que possuem uma configuração relacionada àquela do L-gliceraldeído são designados L, e os estereoisômeros relacionados ao D-gliceraldeído são designados D. Os grupos funcionais da L-alanina são comparados àqueles do L-gliceraldeído pelo alinhamento dos grupos que podem ser interconvertidos em reações químicas simples, com uma só etapa. 
Na figura,os átomos de carbono são alinhados verticalmente, com o carbono quiral no centro. Os átomos de carbono nestas moléculas são numerados iniciando-se com o aldeído ou o carboxil terminais (em vermelho), 1 a 3 do topo à base. Dessa forma, o grupo R de aminoácidos (neste caso o grupo metil da alanina) está sempre abaixo do carbono α. L-aminoácidos são aqueles que apresentam o grupo α-amino na esquerda; D-aminoácidos possui o α-amino na direita. 
Historicamente, as designações similares d e l (ou + e -) são usadas para destrorrotatória (rotação do plano da luz polarizada para a direita) e levorrotatória (rotação do plano da luz polarizada para a esquerda). Contudo, nem todos os aminoácidos L são levorrotatórios. Portanto, pela convenção de Fischer, D e L referem-se somente à configuração absoluta dos quatro substituintes ao redor do carbono quiral, não às propriedades ópticas de uma molécula.
Quase todos os resíduos de aminoácidos em proteínas são estereoisômeros L. Resíduos de D-aminoácidos têm sido encontrados em somente poucos e, geralmente, pequenos peptídeos, incluindo alguns peptídeos de parede celular bacteriana e certos peptídeos antibióticos. 
O conhecimento das propriedades químicas dos aminoácidos comuns é essencial para a compreensão da bioquímica. Sejam os aminoácidos agrupados em cinco classes principais, tendo como base as propriedades dos seus grupos R particularmente sua polaridade (em Ph 7)
O aminoácido é carregado dependendo do meio em que está inserido. É a carga do radical que influencia no arranjo das proteínas (primário secundário, terciário ou quaternário). 
Tirosina, serina e triptofano participam muito das reações nas vias metabólicas por conta do grupo hidroxila, que pode ser facilmente substituído por outra estrutura.
I)Grupos R apolares, alifáticos: alanina, valina, leucina e isoleucina – as suas cadeias laterais tendem a se aglomerar entre si nas proteínas, estabilizando a estrutura protéica através de interações hidrofóbicas. 
II) Grupos R aromáticos: fenilalanina, tirosina e triptofano – suas cadeias laterais aromáticas são relativamente apolares, fazendo com que todos possam participar de interações hidrofóbicas. A fenilalanina é o mais apolar dentre esses. 
III) Grupos R polares, não carregados: serina, treonina, cisteína, asparagina e glutamina – contêm grupos polares capazes de formar ligações de hidrogênio com a água, portanto, são mais hidrofílicos que os aminoácidos apolares. 
IV) Grupos R carregados positivamente (básicos): lisina, arginina e histidina – os grupos R mais hidrofílicos são aqueles carregados tanto positiva como negativamente. A histidina pode estar tanto carregada positivamente como não carregada. Isso se deve ao valor do pKa de seu R, que é próximo da neutralidade. 
V) Grupos R carregados negativamente (ácidos): aspartato e glutamato. 
Propriedades ácido-base dos aminoácidos
Os aminoácidos possuem forma não iônica e zwitterion que ocorre em ph fisiológico. A forma não iônica ocorre em quantidades significativas em soluções aquosas e a zwitteriônica os aa se apresentam em solução como íon dipolar, o qual pode atuar tanto como ácido quanto como uma base fracos (também chamados de anfóteros).
Forma não iônica Forma zwitteriônica
Todo aminoácido possui uma curva de titulação específica. Aminoácidos com um único grupo α-amino, um único grupo α-carboxil e um grupo R não ionizável possuem curvas de titulação com dois estágios, possuindo dois valores de pKa. Já os aminoácidos com um grupo R ionizável possuem curvas de titulação com três estágios, correspondendo a três possíveis estágios de ionização. Logo, possuem três valores de pKa. 
O pH característico no qual a carga líquida do aminoácido em questão é zero é chamado de ponto isoelétrico (pI). Para aminoácidos que não possuem grupos R ionizáveis em sua cadeia lateral, o pI é simplesmente a média aritmética dos dois valores de pKa. Para aminoácidos que contêm grupo R ionizáveis, o pI reflete a natureza desse grupo R. Para calculá-lo, deve-se olhar a carga líquida do aminoácido durante o seu processo de desprotonação. No momento em que tal carga for neutra (igual a zero), o valor do pI corresponde à média aritmética entre os pK mais próximos dessa carga neutra.
OBS= Aminoácidos formam tampões, pois tem que resistir a mudanças brutas de Ph (no corpo humano), sem serem desnaturados (desnaturação das proteínas). A melhor faixa tamponante é quando encontra 50% de cada espécie (+ e -), pois assim, os aa são capazes de resistir a variações de Ph tanto para ácido quanto para base.
Influência recíproca dos grupos carboxila e amino nos valores de pKa dos aminoácidos
Tomemos como exemplo a glicina (aminoácido que não possui grupo R ionizável). O grupo carboxil da glicina é em torno de 100 vezesmais ácido que o grupo carboxil do ácido acético. Tal observação é explicada pela repulsão entre o próton a ser doado e o grupo amino positivamente carregado próximo, ligado ao carbono α. As cargas opostas no zwitterion resultante possuem um efeito estabilizador da molécula. 
Da mesma forma, o pKa do grupo amino na glicina é reduzido em relação a pKa médio de um grupo amino. Este comportamento é parcialmente devido aos átomos de oxigênio eletronegativos no grupo carboxil, os quais tendem a puxar os elétrons em sua direção, aumentando a tendência do grupo amino em fornecer um próton. 
Em resumo, o pKa de qualquer grupo funcional é significamente afetado por seu ambiente químico.
Ligação peptídica 
Duas moléculas de aminoácidos podem ser ligadas covalentemente através de uma ligação amídica, denominada ligação peptídica, formando um dipeptídeo. Essa ligação é formada pela remoção dos elementos da água (desidratação) de um grupo α-carboxil de um aminoácido e de um grupo α-amino do outro. Uma unidade de aminoácido em um peptídeo geralmente é chamada de resíduo (a parte restante após a perda de um átomo de hidrogênio do seu grupo amino e de uma função hidroxil de seu grupo carboxil). 
Em um peptídeo, o resíduo de aminoácido na extremidade com o grupo α-amino livre é chamado de aminoterminal (ou N-terminal), ao passo que o resíduo da outra extremidade, o qual possui um carboxil livre, é denominado resíduo carboxiterminal (ou C-terminal). 
Cada peptídeo apresenta apenas um grupo α-amino e um grupo α-carboxil livres, em extremidades opostas. Esses grupos ionizam-se como se estivessem em aminoácidos livres, embora suas constantes de ionização sejam diferentes por não haver mais um grupo de carga oposta ligado ao carbono α. Contudo, os grupos R de alguns aminoácidos podem ionizar, contribuindo para as propriedades ácido-básicas globais da molécula. Desta forma, o comportamento ácido-básico de um peptídeo pode ser predito tanto a partir de seus grupos α-amino e α-carboxil livres quanto a partir da natureza e do número de seus grupos R ionizáveis.
Exemplos de Peptídeos biologicamente ativos e de proteínas
Muitos peptídeos pequenos exercem seus efeitos em concentrações muito baixas, tendo como exemplos alguns hormônios de vertebrados (ocitocina – nove resíduos de aminoácidos). 
As proteínas podem ser cadeias polipépticas muito longas, de 100 (citocromo c humano, com 104 resíduos de aminoácidos ligados em uma única cadeia) a muitos milhares de resíduos de aminoácidos (titina, com cerca de 27000 resíduos de aminoácidos). Contudo, a grande maioria das proteínas que ocorrem naturalmente é muito menor que isso, contendo menos de 2000 resíduos de aminoácidos. Algumas proteínas são compostas de diversas cadeias polipeptídicas (denominadas subunidades) associadas não covalentemente. 
Proteínas simples contêm somente resíduos de aminoácidos, ao passo que proteínas conjugadas contêm alguns outros componentes adicionais (grupos prostéticos – partes não aminoacídicas de uma proteína conjugada), como um metal ou um grupo prostético orgânico.
Estrutura das proteínas
Estrutura primaria: consiste de uma sequencia de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui quaisquer ligações dissulfato.
Estrutura secundária: refere-se a arranjos de aminoácidos particularmente estáveis, dando origem a padrões estruturais recorrentes. Estrutura espiralada, como uma α- hélice. 
Estrutura terciária: dobramento tridimensional de um polipeptídeo enovelado. É a subunidade da estrutura quaternária
Estrutura quaternária: formada por varias subunidades terciária (2 ou mais cadeias enoveladas)
PROTEÍNAS
Cada proteína possui um número e uma sequencia característica de aminoácidos, o arranjo dos átomos de uma proteína é chamado de conformação. A estrutura primaria de uma proteína determina como ela se enovela em uma única estrutura tridimensional e isso por sua vez determina a função da proteína. Cada tipo de proteína produz uma única estrutura tridimensional, que confere a ela uma única função.
Proteínas com funções diferentes possuem sequencia de aminoácidos distinta. Se a estrutura primaria da proteína for alterada (sequencia de aa) sua função poderá ser alterada também.
Proteínas individuais são atribuídas a família com base no grau de semelhança da sequencia de aa.Proteinas da mesma família geralmente compartilham características estruturais e funcionais
Certas sequencias de aa funcionam como sinais, que determinam a localização celular, modificação química e meia- vida de uma proteína. Sequências sinalizadoras especiais, usualmente no terminal amino são usadas para endereçar as proteínas, direciona-las ao local correto. Outras sequências atuam como sítios de ligação para grupos prostéticos.
Proteínas: acima de 50 aminoácidos
Proteínas simples: possui apenas resíduos de aminoácidos e nenhum outro componente químico, ou seja, quando rompida libera aminoácido. 
Proteínas conjugadas: contém outros componentes químicos associados além dos aa, como lipídios (lipoproteínas), açúcar (glicoproteínas), metais (metaloproteinas). Varias proteínas contem mais de um grupo prostático.
Estrutura tridimensional da proteína
A estrutura tridimensional é determinada pela sequencia de aminoácidos, a função de uma proteína depende de sua estrutura. Uma proteína isolada existe usualmente em uma ou em um pequeno numero de formas estruturais estáveis. As forças mais importantes que estabilizam as estruturas são interações não covalentes. 
As conformações possíveis de uma proteína incluem qualquer estado estrutural que ela possa assumir sem a quebra de suas ligações covalentes. Uma mudança conformacional pode ocorrer, por exemplo, pela rotação sobre ligações simples. Das várias conformações que são teoricamente possíveis para uma proteína que contenha centenas de ligações simples, uma ou (mais comumente) poucas predominam em condições biológicas.
 A necessidade de múltiplas conformações estáveis reflete as mudanças que devem ocorrer na proteína quando ela se liga a outras moléculas ou catalisa reações. As conformações que existem sob dadas condições são, normalmente, aquelas que são termodinamicamente mais estáveis (menor energia de Gibbs). 
Proteínas dobradas, em qualquer uma de suas conformações funcionais, são chamadas de proteínas nativas (ou seja, estrutura na qual a proteína realiza sua função).
Uma conformação proteica é estabilizada, em grande parte por interações fracas
A estabilidade é tendência a manter uma conformação nativa, proteínas nativas são marginalmente estáveis o ∆G que separa os estados dobrados e não dobrado em proteínas nas condições fisiológicas está na faixa de apenas 20 a 65 kj/mol. Uma cadeia polipeptídica pode assumir inúmeras conformações teoricamente e como resultado o estado não dobrado de uma proteína é caracterizada por um alto grau de entropia, esta entropia e as diversas ligações de hidrogênio dos grupos da cadeia polipeptídica como agua, tende a manter o estado não dobrado. 
As interações químicas que estabilizam a conformação nativa das proteínas incluem ligações dissulfeto –S–S– (covalentes) e interações fracas (não covalentes). 
Para as proteínas da maioria dos organismos, as interações fracas são especialmente importantes para o dobramento das cadeias polipeptídicas em suas estruturas secundária e terciária, a associação de múltiplos polipeptídios para formar estruturas quaternárias também tem como base interações fracas.
Individualmente, uma ligação covalente (como as ligações dissulfeto) conectando regiões distintas de uma única cadeia polipeptídica é muito mais forte que uma interação fraca; entretanto, as interações fracas, por serem mais numerosas, são as que predominam como forças estabilizadoras da estrutura proteica. Em geral, a conformação proteica de energia livre mais baixa é aquela com o número máximo de interações fracas. 
A estabilidade de uma proteína não é simplesmente o somatório das energias livres de formação das diversas interações fracas internas.Para cada ligaçãode H formada em uma proteína durante seu dobramento, uma ligação de hidrogênio de força equivalente entre o mesmo grupo e a agua é quebrada.
Interações iônicas podem ser tanto estabilizadora como desestabilizadora, elas limitam a flexibilidade estrutural e conferem uma singularidade à estrutura proteica que as interações hidrofóbicas não específicas não conseguem proporcionar.
As interações hidrofóbicas são predominantes. A agua pura contem moléculas de H2O formando uma rede de ligações de hidrogênio. Nenhuma outra molécula tem o potencial de ligação de H da agua, e a presença de outras moléculas na solução aquosa rompe estas ligações de H. Quando a agua envolve uma molécula hidrofóbica, o arranjo ótimo de ligação de H resulta em uma camada altamente estruturada ou camada de solvatação. O aumento da ordem das moléculas de agua na camada de solvatação está correlacionado com uma redução desfavorável na entropia da agua. Entretanto quando grupos apolares se agrupam, o tamanho da camada de solvatação diminui, pois diminui a superfície de contato e o resultado e o aumento favorável da entropia, e o aumento da entropia é a principal força termodinâmica que rege a associação de grupos hidrofóbicos em solução aquosa. As cadeias laterias de aa tendem a se agrupar no interior das proteínas, longe da agua.
Interações hidrofóbicas são importantes na estabilização da conformação: o interior de uma proteína geralmente é um núcleo altamente empacotado de cadeias laterais de aminoácidos hidrofóbicos. Também é importante que cada grupo polar ou carregado no interior da proteína tenha um par adequado para fazer ligação de hidrogênio ou interação iônica. Uma ligação de hidrogênio parece contribuir pouco para a estabilidade de uma estrutura nativa, mas a presença de grupos que fazem ligações de hidrogênio sem par no núcleo hidrofóbico de uma proteína pode ser tão desestabilizadora que conformações contendo este grupo são termodinamicamente insustentáveis.
Resumindo..
Ligações dissulfeto: Tipo de interação covalente, conecta regiões distintas de uma única cadeia polipeptídica, muito mais forte que uma interação fraca.
Interações fracas: Tipo de interação NÃO covalente, são muito numerosas, logo, predominam como forças estabilizadoras das proteínas, mesmo sendo fracas
Interações hidrofóbicas: Importantes na estabilização da conformação (o interior de uma proteína geralmente é um núcleo altamente empacotado de cadeias laterias de aa hidrofóbicos).
Ligações de hidrogênio: Contribui pouco para a estabilidade de uma estrutura nativa, mas a presença de grupos que fazem ligação de H sem par no núcleo hidrofóbico pode ser tao desestabilizadora que conformações contendo este grupo são termodinamicamente insustentáveis, ou seja, e importante que cada grupo polar ou carregado no interior da proteína tenha um par adequado para fazer pontes de H ou interações iônicas. A formalao de uma ligação de hidrogênio entre grupos de uma proteína torna mais provável a formação da próxima, reduzindo o numero de grupos polares ou carregados sem par adequado.
Interações iônicas: Tambem limitam a flexibilidadeestrutural e conferem singularidade a estrutura proteica.
Desnaturação proteica 
É a perda da estrutura tridimensional suficiente para causar a perda da função de uma proteína é chamada de desnaturação. A maioria das proteínas pode ser desnaturada pelo calor, que tem efeitos complexos nas fracas ligações das proteínas (principalmente ligações de H). Se a temperatura é aumentada lentamente, a conformação da proteína, em geral, permanece intacta até que em uma estreita faixa/ variação de temperatura, ocorre uma perda abrupta da estrutura e da função. Isso sugere que a perda de estrutura em uma parte da proteína desestabiliza as outras partes. 
As proteínas também podem ser desnaturadas por extremos de Ph, certos solventes orgânicos miscíveis (álcool e acetona), certos solutos como ureia e hidrocloreto de guanidina ou por detergentes. 
Para esses agentes desnaturantes nenhuma ligação covalente da cadeia polipeptídica é rompida. Solventes orgânicos, ureia e detergentes atuam, principalmente, rompendo as interações hidrofóbicas que mantem o núcleo estável das proteínas globulares. Extremos de Ph alteram a carga liquida da proteína, causando repulsão eletrostática e rompimento de algumas ligações de H.
OBS= Proteínas desnaturadas ocorre a redução da solubilidade (precipitação em solução), aumento da digestividade por proteases ou agentes químicos e perda da atividade biológica.
Certas proteínas globulares desnaturadas pelo calor, extremos de Ph ou reagentes desnaturantes recuperam sua estrutura nativa e atividade biológica se retornarem as condições onde a conformação nativa é estável. Tal processo é chamado de renaturação. A retirada do agente desnaturantes também permite renaturação em alguns casos.
Estrutura primária
As diferenças na estrutura primária podem ser particularmente informativas. Cada proteína possui um número e uma sequência de aminoácidos distintos. O conhecimento dessa sequência pode oferecer informações sobre a estrutura tridimensional, função, localização celular e evolução. O arranjo espacial de resíduos de aminoácidos que são adjacentes em um segmento polipeptídico (estrutura primária) determina a estrutura secundária desse segmento. Já a estrutura terciária inclui aspectos de alcance mais longo da sequência de aminoácidos. A prova mais importante disso vem de experimentos que mostram que a desnaturação de algumas proteínas é reversível. Certas proteínas globulares desnaturadas por temperatura, extremos de pH ou agentes desnaturantes reassumem suas estruturas nativas e suas atividades biológicas se retornarem às condições nas quais as estruturas nativas são estáveis (processo de renaturação). 
Aminoácidos que estão bem distantes na sequência polipeptídica e em diferentes tipos de estruturas secundárias podem interagir na estrutura da proteína completamente dobrada. A localização das curvaturas nas cadeias polipeptídicas e sua direção, juntamente com seu ângulo, são determinadas pelo número e pela localização de resíduos específicos que tendem a formá-las, como Pro, Thr, Ser e Gly. Segmentos da cadeia polipeptídica que interagem entre si são mantidos em suas posições terciárias características por diferentes tipos de interações fracas (e algumas vezes por ligações dissulfeto) entre os segmentos.
Ligação peptídica rígida e plana
Os carbonos α de resíduos adjacentes de aminoácidos são separados por três ligações covalentes, arranjados na forma Cα–C–N–Cα. Estudos de difração de raios X de cristais de aminoácidos e de di e tripeptídeos simples mostraram que a ligação peptídica C–N é, de alguma forma, mais curta que a ligação C–N de uma amina simples, e que os átomos associados à ligação peptídica são planares. Isto indicava a ressonância ou o compartilhamento parcial de dois pares de elétrons entre o oxigênio carbonílico e o nitrogênio da amida (fig. a), fazendo com que o oxigênio tenha uma carga parcial negativa e o nitrogênio, uma carga parcial positiva, formando um pequeno dipolo elétrico. Os seis átomos do grupo peptídico estão em um único plano, com o átomo de oxigênio do grupo carbonílico em posição trans relacionado ao átomo de hidrogênio do nitrogênio da amida. Dessa forma, as ligações peptídicas C–N não podem girar livremente, por causa de seu caráter parcial de ligação dupla. A rotação é permitida apenas ao redor das ligações Cα–C e N–Cα (fig. b). O esqueleto de uma cadeia polipeptídica pode então ser descrito como uma serie de planos rígidos, com planos consecutivos compartilhando um ponto comum de rotação no Cα. As ligações peptídicas rígidas limitam a variação das conformações possíveis para uma cadeia polipeptídicas.
Estrutura secundária
O termo refere se a qualquer segmento de uma cadeia polipeptídica e descreve o arranjo espacial de seus átomos na cadeia principal, sem considerar a conformação de suas cadeias laterais ou sua relação com outros segmentos. Existem alguns tipos de estruturassecundárias que são particularmente estáveis e ocorrem extensamente em proteínas. As mais conhecidas são as hélices α e as conformações β, outro tipo comum é a volta β.
Hélice-α: Arranjo espacial mais simples que a cadeia polipeptídica pode assumir é uma estrutura helicoidal chama de hélice α. Nesta estrutura o esqueleto polipeptídico é firmemente enrolado em torno de um eixo imaginário e os grupos R dos resíduos de aa se projetam para fora do esqueleto helicoidal. Cada volta da hélice é formada por 3,6 resíduos de aminoácidos e a unidade que se repete forma uma volta na hélice. Em todas as proteínas a torção da α-hélice é para o lado direito ( sentido horário).
É a estrutura mais encontrada devido a maior quantidade de pontes de H (pontes de H estabilizam a α-hélice), ou seja, as α-hélices se formam mais facilmente que qualquer outra conformação possível devido ao uso máximo das pontes de H.
Dentro a α-hélice, cada ligação peptídica (exceto aquelas próximas as extremidades) participa de pontes de H o que confere relativa estabilidade da estrutura. 
A sequência de aminoácidos afeta a estabilidade da α-hélice.
Há 5 tipos de restrições que influenciam a estabilidade de um α- hélice:
I)Tendência intrínseca de um resíduo de aminoácido formar uma α-hélice (repulsão ou atração eletrostática entre resíduos sucessivos com grupos R carregados)
II)Interações entre os grupos R
III)Os volumes dos grupos R adjacentes (podem se repelir impedindo a formação da α-hélice)
IV)Ocorrência de resíduos Pro e Gly(prolina e glicina), resíduos raramente encontrados em α-hélice
V)Interações entre resíduos de aminoácidos das extremidades do segmento helicoidal e o dipolo elétrico inerente do α-hélice.
A tendência de uma dado segmento de uma cadeia polipeptídica se enovelar em uma α-hélice depende, portanto, da identidade e da sequência dos resíduos de aminoácidos dentro do segmento.
Conformações β: Organiza as cadeias polipeptídicas em folhas, conformação mais estendida. Nas conformações β, o esqueleto da cadeia polipeptídica esta estendido em zigue-zague ao invés de uma estrutura helicoidal. As cadeias em zigue- zague podem ser arranjadas lado a lado, sendo ligadas uma a outra por meio de ligações de H, formando uma estrutura semelhante a uma serie de folhas, esse arranjo é chamado folhas β.
A orientação das cadeias adjacentes, de aminoterminal para carboxilterminal, pode ser a mesma ou oposta, formando folhas β paralelas (quando a orientação for a mesma) ou folhas β anti-paralelas (quando a orientação for oposta). Nas folhas β paralelas as pontes de H são inclinadas entre uma cadeia e outra, logo são mais fracas. Já nas folhas β anti-paralelas as pontes de H são retas garantindo maior força.
Dobras β: conectam extremidades de 2 segmentos adjacentes de uma folha β antiparalela. A estrutura é uma volta de 180° que envolve quatro resíduos de aminoácidos com o oxigênio do 1° resíduo formando uma ligação de H com o hidrogênio do grupo animo e do 4° resíduo. Os dois resíduos centrais não participam de nenhuma ligação de H interresiduais.
Os resíduos de Gly e Pro frequentemente ocorre em dobras β, a Gly por ser pequena e flexível e a Pro porque as ligações peptídicas envolvendo o nitrogênio amino da prolina facilmente assumem a configuração CIS, que é uma forma particularmente acessível em uma volta fechada.
Dobras β são frequentemente encontradas perto da superfície de uma proteína, onde os grupos peptídicos de 2 resíduos centrais na dobra podem formar pontes de H com a agua.
Estruturas terciária e quaternária
Estrutura terciária é o arranjo tridimensional geral de todos os átomos de uma proteína
Estrutura quaternária proteínas que apresentam 2 ou mais cadeias peptídicas separadas (subunidades) é o arranjo das subunidades em complexos tridimensionais.
As estruturas 3ª e 4ª são consideradas os níveis mais altos de estrutura proteica. De acordo com elas pode se classificar as proteínas em dois grandes grupos, proteínas fibrosas com cadeias polipeptídicas arranjadas sem longas fitas ou folhas e proteínas globulares que possuem as cadeias polipeptídicas enoveladas em uma forma esférica ou globular.
Proteínas fibrosas: Em geral são formadas por um único tipo de estrutura secundária e sua estrutura terciária é relativamente simples. Garante suporte, resistência, forma externa aos vertebrados.
As proteínas fibrosas são adaptadas à função estrutural, compartilham propriedades que dão força e/ou flexibilidade às estruturas nas quais ocorrem. Todas são insolúveis em agua devido a alta concentração de resíduos de aa hidrofóbicos tanto no interior quanto na superfície da proteína.
Ex: α-queratina e colágeno
α-queratina: Garante resistência, constitui o cabelo, as unhas, pena espinho, chifres, cascos e a maior parte da camada externa da pele. Sua estrutura é uma α-hélice virada para a direita arranjada em espiral. Atinge ate a estrutura quaternária pode ser bem complexa (entrelaçamento de várias estruturas α-helicoidais formando estruturas semelhantes a cordas).
As ligações cruzadas que estabilizam a estrutura quaternária da α-queratina são as pontes de dissulfeto.
Colágeno: Fornece resistência, são encontradas no tecido conjuntivo como tendões, matriz orgânica dos ossos, cartilagem e córnea dos olhos. A hélice do colágeno é uma estrutura secundária única e distante da α-hélice. Ela tem sentido anti-horário e possui três resíduos de aminoácidos por volta (cadeia α). O colágeno é uma estrutura espiral enrolada formada por 3 cadeias polipeptídicas separadas denominadas cadeias α que são entrelaçadas entre si. Esse superentrelaçamento é no sentido horário diferentes das cadeias α que o compõe, que são no sentido anti-horário.
O colágeno também atinge ate a estrutura quaternária
Primária: sequência de aminoácidos
Secundária: cadeia α (sentido anti- horário)
Terciária: tripla hélice (superentrelaçamento das cadeias α, sentido horário)
Quaternária: junção de varias tripla hélices.
Há vários tipos de colágeno, porem a sequência de aminoácidos geralmente é uma repetição de três aminoácidos (unidade tripeptidica), Gly-X-Y, onde x e y são normalmente prolina e hidroxiprolina, respectivamente. Essa sequência Gly-X-Y garante ao colágeno sua estrutura helicoidal única e uma simples alteração em um dos aa dessa sequência pode gerar um efeito catastrófico na função do colágeno provocando doenças que podem ser letais. Somente os resíduos Gly podem ser acomodados nas junções muito apertadas entre as cadeias α individuais. Os resíduos Pro e 4-Hyp permitem a torção acentuada da hélice do colágeno. A sequência de aminoácidos e a estrutura quaternária supertorcida do colágeno permitem uma compactação muito justa de seus três polipeptídeos. 
Alguns defeitos genéticos na estrutura do colágeno em humanos ilustram a estreita relação entre a sequência de aminoácidos e a estrutura tridimensional nesta proteína. Temos como exemplos a osteogênese imperfeita, caracterizada pela formação anormal dos ossos em bebês, e a síndrome de Ehlers-Danlos, caracterizada por articulações soltas. Ambas as condições podem ser letais, e resultam de substituições de um único resíduo Gly por um resíduo de aminoácido com grupo R longo em cada cadeia α. Essas substituições de um único resíduo têm um efeito catastrófico na função do colágeno, pois interrompem a repetição de Gly-X-Y, que garante ao colágeno sua estrutura helicoidal única.
O empacotamento compacto das cadeias α na hélice tripla de colágeno garante uma resistência elástica maior do que aquela de uma barra de aço na mesma secção transversal.
Proteínas globulares: Normalmente contem diversos tipos de estruturas secundárias, Formam enzimas e proteínas reguladoras. Em uma proteína globular segmentos diferentes de uma cadeia polipeptídica (ou múltiplas cadeias) enovelam- se entre si, gerando uma forma compacta. Esse enovelamento fornece a diversidade estrutural necessária para as proteínas desempenharem um amplo conjunto de funções biológicas.
Incluem: Enzimas, proteínas transportadoras,proteínas motoras, proteínas reguladoras, imunoglobina, etc.
São anfipáticas e com centro /interior muito denso e hidrofóbico. Como são anfipáticas são mais solúveis em relação às proteínas fibrosas.
Ex: Hemoglobina e mioglobina.
Mioglobina: proteínas de ligação ao O2. Como é geralmente insensível a pequenas alterações na concentração de O2 dissolvido, funciona bem como proteína de armazenamento de O2. Também facilita a difusão do O2 no tecido muscular que se contrai rapidamente. As estruturas das mioglobinas é cadeia polipeptídica única com cerca de 150 resíduos de aa mais um único grupo heme (responsável pela cor vermelha escura). É abundante nos músculos e atinge até a estrutura terciária.
Esqueleto da mioglobina: 8 segmentos relativamente retos de α-hélices interrompidos por curvaturas, algumas das quais são dobras β. A acessibilidade do grupo heme ao solvente é extremamente restrita.
Hemoglobina: Múltiplas subunidades e sítios de ligação com O2 o que caracteriza sua função (transportar oxigênio). Também apresenta um grupo heme em sua estrutura (cada cadeia tem um grupo heme). As interações entre as subunidades de uma proteína multimérica permitem uma resposta altamente sensível a pequenas alterações na concentração do ligante (no caso, O2) As interações entre as subunidades da hemoglobina causam mudanças conformacionais que alteram a afinidade da proteína pelo O2. A modulação da ligação do O2 permite que a proteína de transporte responda a alterações na demanda de O2 pelos tecidos.
Atinge ate a estrutura quaternária que é quando as proteínas apresentam múltiplas subunidades polipeptídicas cuja associação das cadeias pode servir para uma variedade de funções 
Proteínas com subunidades múltiplas: multímero
Proteínas multimérica podem ser formadas por 2 ou centenas de subunidades
Oligômero: multimeros com poucas subunidades 
A ligação de moléculas pequenas pode afetar a interação entre as subunidades causando alterações na atividade das proteínas 
A maior parte dos multimeros possui subunidades idênticas ou grupos repetitivos de subunidades não idênticas (como a hemoglobina que possui 2 subunidades α e duas β).
MIOGLOBINA E HEMOGLOBINA
O grupo heme é uma estrutura orgânica em anel (protoporfirina) à qual está ligado um único átomo de ferro no estado ferroso (Fe2+). Esse átomo de ferro tem seis ligações de coordenação, quatro delas com os átomos de nitrogênio que fazem parte do sistema plano do anel de porfirina e duas perpendiculares à porfirina. Esses átomos de nidrogênio coordenados (que possuem um caráter de doador de elétrons) ajudam a prevenir a conversão do Fe2+ em Fe3+ (no estado Fe2+, o ferro liga oxigênio de forma reversível; no estado Fe3+, ele não liga oxigênio). Das duas ligações do Fe2+ perpendiculares à porfirina, uma é ocupada pelo nitrogênio de um resíduo de histidina e a outra é o sítio de ligação para o oxigênio molecular (O2). Algumas moléculas pequenas, como o CO e o NO, coordenam com o ferro do heme com maior afinidade que o O2. Quando uma molécula de CO está ligada ao heme, o O2 é excluído, sendo por isso que o CO é altamente tóxico para os organismos aeróbios. 
Estrutura da mioglobina
A mioglobina (Mb) é encontrada em quase todos os mamíferos, principalmente no tecido muscular. Ela consiste em um único polipeptídeo de 153 resíduos de aminoácidos com uma molécula de heme. Ela é típica da família das proteínas chamadas de globinas. O polipeptídeo é formado por oito segmentos α-helicoidais conectados por inflexões. 
A especificidade com o qual o heme interage com os seus diversos ligantes é alterada quando ele é um componente da mioglobina. O CO se liga a três moléculas de heme livre mais de 20.000 vezes melhor que o O2, mas ele se liga somente 200 vezes melhor do que o O2 quando o heme está ligado à mioglobina. A diferença pode ser parcialmente explicada por impedimento estérico. Na mioglobina, a His64 (His E7), no lado do heme onde o O2 se liga, está longe demais para coordenar com o ferro do heme, mas se relaciona com o ligante que está interagindo com o heme. Esse resíduo, chamado de His distal (para distinguir de His proximal, His F8, que se coordena com o grupo heme), forma uma ligação de hidrogênio com o O2, mas pode impedir a ligação 
linear do CO, o que explica a redução seletiva na ligação do CO ao heme na mioglobina (e na hemoglobina). 
A ligação do O2 ao heme da mioglobina também depende de movimentos moleculares, ou “respirações”, na estrutura da proteína. A molécula de heme está profundamente enterrada no polipeptídeo dobrado, sem um caminho direto para o trânsito do oxigênio da solução circundante para o sítio de interação com o ligante. Contudo, a flexibilização molecular rápida das cadeias laterais dos aminoácidos gera cavidades transitórias na estrutura da proteína, e o O2 entra e sai movendo-se através dessas cavidades.
Estrutura da hemoglobina
A hemoglobina (Hb) é uma proteína tetramérica, contendo quatro grupos prostéticos heme, cada um associado com uma cadeia polipeptídica. A hemoglobina do adulto possui dois tipos de globina, duas cadeias α e duas cadeias β. A estrutura tridimensional desses dois tipos de subunidades, bem como a estrutura da mioglobina, são muito semelhantes. 
A estrutura quaternária da hemoglobina caracteriza interações fortes entre as subunidades diferentes. As interações hidrofóbicas permanecem em todas as interfaces, mas existem também muitas ligações de hidrogênio e alguns pares iônicos (pontes salinas). 
Curvas de saturação de mioglobina e hemoglobina pelo oxigênio: 
O efeito Bohr na hemoglobina
Uma proteína que liga O2 com alta afinidade o ligará eficientemente nos pulmões, mas não o liberará muito nos tecidos. Por sua vez, se a proteína ligar o oxigênio com uma afinidade suficientemente baixa para liberá-lo nos tecidos, não o captará muito nos pulmões. 
A hemoglobina resolve o problema passando por uma transição de um estado de baixa afinidade (o estado T – “tenso”) para um de alta afinidade (estado R – “relaxado”) à medida que mais moléculas de O2 vão sendo ligadas. A primeira molécula de O2 que interage com a desoxiemoglobina o faz fracamente, pois se liga a uma subunidade no estado T. sua ligação, contudo, leva a mudanças conformacionais que são transferidas a subunidades adjacentes, facilitando a ligação de moléculas adicionais de O2. 
Uma proteína alostérica é aquela na qual a interação com um ligante em um sítio afeta as propriedades de ligação de outro sítio na mesma proteína. Logo, conclui-se que a hemoglobina é uma proteína alostérica. 
A hemoglobina, além de transportar praticamente todo o oxigênio que as células necessitam dos pulmões para os tecidos, transporta também para os pulmões e para os rins cerca de 40% do total de H+ e 15 a 20% do CO2 formado nos tecidos – o restante do H+ é reabsorvido pelo tampão bicarbonato do plasma e o restante do CO2 é transportado como HCO3- e CO2 dissolvidos. 
A ligação do H+ e do CO2 tem uma relação inversa com a ligação do oxigênio. No pH relativamente baixo e na alta concentração de CO2 dos tecidos periféricos, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio diminui quando o H+ e o CO2 se ligam e o O2 é liberado para os tecidos. Nos capilares do pulmão, ao contrário, quando o CO2 é excretado e o pH do sangue conseqüentemente aumenta, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio aumenta, e a proteína liga mais O2 para transportar para os tecidos periféricos. Esse efeito do pH e da concentração de CO2 sobre a ligação e liberação do oxigênio pela hemoglobina é chamado de efeito Bohr.
A importância do difosfoglicerato (DPG) na cooperativade negativa da hemoglobina em relação à ligação do oxigênio.
A interação do 2,3-bifosfoglicerato (BPG) com as moléculas de hemoglobina aprimora a função desta, sendo um exemplo de modulação alostérica heterotípica – ou seja, o ligante que induz a mudança na forma da proteína (modulador) é uma molécula diferente do ligante normal. O BPG reduz muito a afinidade da hemoglobina – existe uma reação inversa entre a ligaçãodo O2 e do BPG. 
O BPG liga-se a um sítio distante do sítio de ligação do oxigênio e regula a afinidade do O2 pela hemoglobina em relação à pO2 nos pulmões. O BPG é importante na adaptação fisiológica à pO2 mais baixa nas grandes altitudes. Para um ser humano saudável ao nível do mar, a ligação do O2 à hemoglobina é regulada de modo que a quantidade de O2 liberada nos tecidos é próxima de 40% da quantidade máxima que pode ser transportada pelo sangue. Se essa pessoa for transportada do nível do mar para uma altitude de 4.500 m, onde a pO2 é muito mais baixa, a liberação de O2 para os tecidos é reduzida. No entanto, após poucas horas na maior altitude, a concentração de BPG no sangue começa a aumentar, levando a uma redução na afinidade da hemoglobina pelo O2. Esse ajuste no nível de BPG tem somente um pequeno efeito na ligação do O2 nos pulmões, mas seu efeito é considerável na liberação do O2 nos tecidos. Como resultado, a liberação do oxigênio para os tecidos é restaurada para cerca de 40% do O2 que pode ser transportado pelo sangue.
A situação é revertida quando a pessoa retorna ao nível do mar. A concentração de BPG nos eritrócitos aumenta também em pessoas que sofrem de hipoxia, ou seja, redução da oxigenação dos tecidos periféricos devido ao funcionamento inadequado dos pulmões ou do sistema circulatório.
Bases moleculares da cooperativade positiva da hemoglobina em relação a oxigênio, e negativa em relação a H+, CO2 e DPG.
O O2 e o H+ não se ligam ao mesmo sítio na hemoglobina. O O2 se liga ao átomo de ferro do heme, enquanto o H+ se liga a qualquer um dos vários resíduos de aminoácidos na proteína. A principal contribuição para o efeito Bohr é feita pela His HC3 das subunidades β. Esse resíduo, quando protonado, forma um dos pares iônicos – com a Asp FG1 – que auxilia na estabilização da desoxiemoglobina no estado T. O par iônico estabiliza a forma protonada da His HC3, dando a este resíduo um pKa anormalmente alto no estado T. O pKa diminui para seu valor normal de 6,0 no estado R porque o par iônico não pode se formar, e esse resíduo está não protonado na oxiemoglobina a pH 7,6, que é o pH do sangue nos pulmões. À medida que a concentração de H+ aumenta, a protonação da His HC3 promove a liberação do oxigênio por favorecer a transição para o estado T.
O dióxido de carbono se liga como grupo carbamato ao grupo α-amino da extremidade aminoterminal de cada cadeia de globina, formando carbaminoemoglobina. Essa reação produz H+, contribuindo para o efeito Bohr. Os carbamatos ligados formam também pontes salinas adicionais, que auxiliam na estabilização do estado T e promovem a liberação do oxigênio.
A cavidade entre as subunidades β no estado T é o sítio ativo de ligação do BPG na hemoglobina. Essa cavidade é revestida por resíduos de aminoácidos com cargas positivas que interagem com grupos do BPG carregados negativamente. Ao contrário do O2, somente uma molécula de BPG se liga a cada tetrâmero da hemoglobina. O BPG reduz a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, pois estabiliza o estado T. A transição ao estado R estreita o bolsão de ligação para o BPG, impedindo sua ligação. Na ausência do BPG, a hemoglobina é convertida mais facilmente ao estado R.
A maior afinidade por oxigênio da hemoglobina fetal
A regulação da ligação do oxigênio à hemoglobina pelo BPG tem uma função importante no desenvolvimento fetal. Como o feto precisa captar oxigênio do sangue da mãe, a hemoglobina fetal tem que ter maior afinidade pelo O2 do que a hemoglobina materna. O feto, assim, sintetiza subunidades γ ao invés de β, formando a hemoglobina α2γ2. Esse tetrâmero tem uma afinidade muito mais baixa pelo BPG do que a hemoglobina normal do adulto, tendo, dessa forma, uma afinidade mais alta pelo O2. 
A anemia falciforme
A anemia falciforme ocorre em indivíduos que herdaram o alelo para anemia falciforme de ambos os pais. Os eritrócitos desses indivíduos são anormais e em menor número. O sangue contém muitos eritrócitos longos e finos, além de muitas células imaturas. Quando a hemoglobina das células falciformes (hemoglobina S) é desoxigenada, ela torna-se insolúvel e forma polímeros que se agregam em fibras tubulares. A hemoglobina normal (hemoglobina A) permanece solúvel após a desoxigenação. As fibras insolúveis induzem a deformação dos eritrócitos, e a proporção das células falciformes aumenta muito à medida que o sangue é desoxigenado.
As propriedades alteradas da hemoglobina S resultam da substituição de um único aminoácido, Val em vez de Glu na posição 6 das duas cadeias β. O grupo R da valina não tem carga, enquanto o glutamato tem a carga negativa em pH 7,4. Por isso, a hemoglobina S tem duas cargas negativas a menos do que a hemoglobina A (uma a menos em cada cadeia β). A substituição do resíduo Glu pela Val cria um ponto de contato hidrofóbico “adesivo” na posição 6 da cadeia β, que está na superfície externa da molécula. Esses pontos fazem com que as moléculas de desoxiemoglobina S se associem anormalmente entre si, formando os agregados longos e fibrosos característicos dessa enfermidade.
LIPÍDIOS
A principal característica dos lipídios é a insolubilidade em agua. Possuem funções diversas:
Gorduras e óleos: reserva de energia 
Fosfolipídios e esteróis: constituintes das membranas biológicas
Outros: fatores enzimáticos, transportadores de elétron, pigmentos que absorvem luz, âncoras hidrofóbicas para proteínas ‘’molécula guia’’ que ajudam no dobramento de proteínas de membrana. Agentes emulsificantes, hormônios, mensageiros intracelulares.
Contem na estrutura átomos de C, O, H e às vezes N e P (lipídios de membrana).
São divididos em ácidos graxos, triacilglicerois (deposito de lipídios), esteróis, lipídios de membrana e eicosanoides.
Lipidios de reserva/armazenamento
Ácidos graxos
‘’Estoque de energia’’ é a base estrutural da maioria dos lipídios (só não é componente do colesterol). São ácidos carboxílicos com cadeias de hidrocarboneto, as cadeias HC não ramificada, saturada (sem ligações duplas) em alguns casos insaturados em outros casos (caudas hidrocarbonada saturada ou insaturada).Com grupos carboxila ionizável e altamente reduzidos.
São apolares mesmo possuindo uma parte polar na estrutura, pois a cadela apolar é muito maior que a polar, porem se a cadeia é bem pequena o ácido graxo tem certa solubilidade em água
Configurações das insaturações (ligação dupla): Configurações trans no qual não há dobramento na cadeia e uma configuração semelhante à de um ácido graxo saturado e a configuração cis que é a da maioria dos ácidos graxos com insaturaçao, dobramento na cadeia. 
Nos saturados não tem dupla ligação, só simples.
No sistema W (ômega), a contagem começa da extremidade oposta, logo, localiza-se a insaturaçao a partir da extremidade oposta.
Propriedades físicas 
Solubilidade: quanto menor o numero de C da cadeia hidrocarbonada, maior a solubilidade em agua e quanto maior o numero de C da cadeia hidrocarbinada menor a solubilidade em agua. Sendo assim o tamanho da cadeia é responsável pela solubilidade.
Ponto de fusão: quanto maior o numero de insaturaçoes, menor o ponto de fusão, pois as insaturaçoes dobram a cadeia hidrocarbonada, diminuindo as interaçoes entre cadeias, o que diminui as forças de van der waals, logo diminui o ponto de fusão. Cadeias saturadas possuem maior interação entre si (estão estendidas, sem dobras), logo, maior ponto de fusão.
Ácidos graxos essenciais
São ácidos graxos imprescindíveis ao organismo, mas que não podem ser gerados pelo mesmo. Existem duas classes o W-6 (ác linoleico) e o W-3 (ác linolênico). Implicados no funcionamento de diversos órgãos e sistemas.
O W-6 é precursor de ác araquidônico, que é precursor de tromboxanos e prostoglandinas, reduzem níveis de colesterol no sangue. Os eicosanoides são derivados de ác araquidônico, logo são derivados de W-6.
O W-3 faz uma redução modesta dos níveis de colesterol e significativa de triacilglicerideos no sangue, diminuem a agregaçãoplaquetária.
Ácidos graxos na circulação
Ácidos graxos livres circulam no sangue ligado covalentemente a proteína (albumina sérica)
Triacilgliceróis (triglicerídeos)
Lipidios mais simples contendo ácidos graxos, compostos por três moléculas de ácidos graxos unidas por uma ligação ester a uma única molécula de glicerol.
Aqueles contendo o mesmo tipo de ácidos graxos em todas as 3 posições esterificáveis do glicerol são chamadas de triacilglicerios simples e seus nomes são constituídos a parte dos ácidos graxos neles presentes. Na natureza a maioria dos trigliceróis são mistos (ácidos graxos diferentes).
São moléculas não polares hidrofóbicas e insolúveis em agua, formam no citosol aquoso gotículas oleosas que funcionam como deposito de combustível metabólico.
Adipócitos/ célula de gordura: Células especializadas que armazenam grandes quantidades de triacilglicerois como gotículas de gordura. Possui funções como reserva energético e isolante térmico.
As lipases são enzimas que catalisam a hidrolise dos triacilglicerois armazenados, liberando ácidos graxos que servirão como combustíveis metabólicos.
A oxidação dos triglicerois libera o dobro de energia que a oxidação de glicogênio ou amido, porem glicogênio e glicose são fontes mais rápidas de energia.
A maioria das gorduras naturais como aquelas presentes nos óleos vegetais, produtos lácteos e gorduras animais são misturas complexas de triacilglicerois simples e misto.
Óleos vegetais: Triacilglicerois com ácidos graxos insaturados, principalmente. Sendo assim são líquidos a temperatura ambiente.
Triglicerois contendo apenas ácidos graxos saturados são sólidos a temperatura ambiente
Hidrolise alcaliana: Saponificação: hidrolise básica de um triester de ácidos graxos e glicerol
Ceras
São esteres de ácidos graxos de cadeias longas, saturadas ou insaturadas com álcoois também de cadeias longas. A temperatura de fusão é maior que a dos triacilglicerídeos e possuem funções como armazenamento de energia, impermeabilidade a agua e constância firma.
Lipídios de membrana
Membrana é uma bicamada de lipídios, barreira que impedem a passagem de moléculas polares e íons.
São moléculas anfipáticas, ou seja, possuem uma parte hidrofóbica e uma parte hidrofílica.
Possuem vários tipos 
Fosfolipidos são grupos com cabeça polar ligado a porção hidrofóbica por ligações fosfodiester. Fosfolipídios podem ser glicerofosfolipidios ou esfingofosfolipidios, dependendo do álcool ligado.
Glicolipidos são açucares simples ou oligossacarídeo complexa na extremidade polar
Glicerofosfolipidios: são regiões hidrofóbicas compostas de 2 ácidos graxos ligados a um glicerol por meio de ligações éster no 1° e 2° carbono do álcool e um grαupo fortemente polar ou eletricamente carregado esta ao 3° carbono por ligação fosfodiester. O que ira mudar de um tipo para o outro é o álcool, substituinte da cabeça polar.
Em geral, os glicofosfolipidios contem um ácido graxo saturado e um ácido graxo insaturado.
Esfingolipídios: São grupos com cabeças polares e duas caudas apolares, não contem glicerol e sim esfingosina. Sua estrutura é uma esfingosina unida a uma molécula de ácido graxo de cadeia longa e um grupo cabeça polar. O grupo cabeça polar pode ser unido a esfingosina por ligações fosfodiester (fosfato) ou ligações glicosídicas(açúcar), o grupo de cabela polar é a colina.
Os esfingolipideos na superfície célular são sítios de reconhecimento biológico. As porções de carboidratos de certos esfingolipídios definem os grupos sanguíneos humanos e são eles que determinam o tipo de sangue que uma pessoa pode receber em uma transfusão.
Esteróis: Lipídios estruturais presentes na membrana, sua estrutura é composta por núcleo esteroide constituído por 4 anéis fundidos entre si, três deles com 6 átomos de carbono e um com 5. O principal exemplo é o colesterol, são anfipáticos com cabeça polar e corpo apolar.
Possui um núcleo esteroide rígido e planar e são sintetizados a partir de unidades simples de isopreno.
Além da função estrutural na membrana servem como precursores hormonais. Os hormônios esteroides são sinalizadores biológicos potentes que regulam a expressão dos genes. Outros compostos são derivados do colesterol, sintetizados a partir dele, como ácidos biliares que agem como detergente na luz intestinal emulsificando as gorduras.
Eicosanóides
Funcionam como hormônios sinalizadores que , ao invés de serem transportados pelo sangue para agir sobre células em outros tecidos ou órgãos, agem apenas sobre as células próximas ao local de síntese do mesmo. Estão envolvidos nas funções reprodutivas, febre, dor, associados a lesões, inflamações, formação de coágulos e regulação da pressão arterial, na secreção de ácidos no estomago, etc. São derivados do ácido araquidônico e divididos em prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos.
MEMBRANAS BIOLOGICAS E TRANSPORTE
Membranas: definem o limite celular e regulam o transito molecular iônico. Além disso, dividem o espaço interno de células eucarióticas em compartimentos que separam componentes e processos distintos entre si. 
São flexíveis e seletivas ( seletividade permeáveis). Sua flexibilidade permite o crescimento e movimentação.
São capazes de romper e se auto-selarem
Composição e arquitetura das membranas
Cada tipo de membrana possui proteínas e lipídios característicos, cuja proporção entre tais moléculas variam. A composição de proteínas varia mais que a de lipídios.
As membranas são impermeáveis à maioria dos solutos polares ou eletricamente carregados, mas são permeáveis à compostos apolares.
Modelo do mosaico fluido
Os fosfolipídios formam uma bicamada onde as regiões hidrofóbicas estão voltadas para o centro da bicamada e as regiões hidrofílicas estão voltadas para fora/ meio externo, interagindo com a fase aquosa. Moléculas de proteínas estão incrustadas nessa estrutura, e tais podem ser transmembranas ou não.
É chamado mosaico fluido, pois a maioria das ligações entre as moléculas são não covalentes, permitindo a livre movimentação lateral dos componentes. Quando lipídios anfipáticos entram em contato com a agua, eles podem formar 3 tipos de agregados (micelas, bicamadas e lipossomos).
Na bicamada, duas monocamadas de lipídios formam uma lamina bidimensional. As porções hidrofóbicas interagem entre si no interior da bicamada e as porções hidrofílicas interagem com a agua em ambas as superfícies da bicamada. A lamina da bicamada é muito instável e espontaneamente forma o lipossomo.
Membranas biológicas: bicamada de lipídios com moléculas de proteínas aderidas.
Os lipídios da membrana plasmática são distribuídos assimetricamente entre as duas monocamadads da bicamada. Mudanças na distribuição dos lipídios na monocamada tem consequências biológicas.
Proteínas de membrana
Periféricas: se projetam apenas de um lado da membrana, em uma das monocamadas. Se associam a membrana por meio de interações eletrostáticas e pontes de H.
Integrais ou transmembranas: projetam se para ambos os lados da membrana, atravessam a bicamada. Estao ligadas firmemente à membrana, resultado das interações hidrofóbicas entre os lipídios de membrana e os domínios hidrofóbicos das proteínas
Tipos:
I)Com apenas uma hélice transmembranas
II) Múltiplas hélices transmembranas em uma única cadeia polipeptídica
III) Domínios transmembranas de vários polipeptídios diferentes que ordenam-se para fazer um canal através as membrana
IV)Proteínas presas a bicamada principalmente pelos lipídios ligados de maneira covalente 
V) Hélices transmembranas e âncora
Resíduos hidrofóbicos da proteína ficam no interior da bicamada e os resíduos hidrofílicos( amino e carboxiterminal) estão na superfície.
Algumas proteínas se membrana possuem um ou mais lipídios ligados a elas covalentemente, como: ácidos graxos de cadeia longa, isoprenoides, esteroides, etc. Esses lipídios atuam como ancoras hidrofóbicas que se inserem no interior da bicamadade lipídios e mantem a proteína na superfície da membrana.
Dinâmica da membrana
Característica de todas as membranas biológicas: flexibilidade (habilidade de mudar sua forma sem perder sua integridade e sem permitir vazamentos)
Isso ocorre graças as interações não covalentes entre os lipídios da bicamada.
Embora a estrutura da bicamada seja bastante estável, suas moléculas de fosfolipídios e esteróis exibem alguma liberdade de movimentação. 
A estrutura e flexibilidade da bicamada dependem da temperatura e da natureza dos lipídios presentes.
Em temperaturas relativamente baixas( abaixo da temperatura biológica), as reações são mais lentas /paradas, os lipídios da bicamada formam uma fase gel semi-sólida, restringindo todos os movimentos das moléculas lipídicas individuais. Nesse caso a bicamada é paracristalina.
Em temperaturas relativamente altas, as cadeias hidrocarbonadas individuais dos ácidos graxos estão em movimentação contínua. O interior da bicamada lipídica é mais fluido que sólido, sendo desordenado. Nesse caso, o estado da bicamada é liquido- desordenado ou fluido.
Em temperaturas intermediárias (normal), há uma menor movimentação térmica das cadeias acilas (cadeias hidrocarbonadas dos ácidos graxos) da bicamada, mas ainda ocorre movimentação lateral dentro do plano da bicamada. Nesse caso, o estado é liquido-ordenado
Os fatores que influenciam a fluidez da bicamada são: Temperatura, saturação da cadeia acil, tamanho da cadeia acil, conteúdo de esteróis.
Em temperaturas dentro do limite fisiológico, ácidos graxos saturados de cadeia longa ficam bem agrupados em um conjunto liquido-ordenado, mas nos ácidos graxos insaturados as dobras interferem nesse agrupamento, favorecendo o estado liquido- desordenado. Sendo assim, quanto menos insaturados forem os lipídios mais estáveis em uma larga faixa de temperatura. Grupos acila com cadeias mais curtas produzem o mesmo efeito da insaturaçao 
Quanto ao conteúdo em esteróis, a estrutura planar rígida do núcleo esteroide inserido entre as cadeias acila graxas reduz a liberdade de movimentação por rotação de cadeias vizinhas, forçando- as a assumirem a conformação totalmente estendida. Portanto, a presença de esteróis reduz a fluidez no interior da camada, favorece a fase liquida-ordenada e aumenta a densidade da monocamada.
O movimento dos lipídios através da bicamada (de uma monocamada para outra) requer que um grupo cabeça-polar ou carregado deixe seu ambiente aquoso e mova-se para o interior hidrofóbico da bicamada. Isso ocorre lentamente e com grande ganho de energia, logo requer catalise.
Lipídios e proteínas podem movimentar-se lateralmente dentro do plano da membrana, mas essa mobilidade é limitada pelas interações das proteínas da membrana com estruturas internas do citoesqueleto e pelas interações de lipídios com balsas lipídicas.
Transporte de solutos através da membrana
Finalidade: adquirir do meio ambiente insumos necessários para biossíntese e produção de energia e liberar nesse ambiente subprodutos do metabolismo.
Transporte passivo:
Difusão simples: transporte de moléculas apolares e gases. A favor de um gradiente de concentração ( do meio mais concentrado para o menos concentrado), é passivo ou sej não há gastos de energia, passam facilmente pela bicamada, as moléculas se dissolvem na membrana e não precisa de uma proteína transportadora.
Difusão facilitada: transporte de solutos polares e íons. A passagem de um soluto polar ou íons através as membrana apresenta um alto estado de energia. A energia de ativação para que tais possam atravessar a bicamada é tão grande que bicamadas compostas somente por lipídios são praticamente impermeáveis a partículas carregadas ou polares. Particulas polares pequenas podem até atravessar eventualmente por difusão simples, porem essa passagem é lenta demais para suprir a necessidade da célula.
Proteínas de membrana diminuem essa energia de ativação do transporte de íons e solutos polar, fornecendo uma via alternativa através da bicamada, facilitando o transporte. O transporte facilitado também é a favor de um gradiente de concentração, logo, não há gastos de energia( passivo).
Tipos de transportadores:
- As moléculas transportadoras se ligam ao substrato com especificidade
-As proteínas transportadoras atravessam a bicamada ao menos uma vez ou varias vezes, formando um canal transmembranas que permite que o solutos passe sem se dissolver na membrana.
- Transportadoras carreados de substancias: Ligam –se aos substratos com alta especificidade, a velocidade de transporte é mais lenta que a da difusão simples e podem ser saturadas da mesma forma que as enzimas.
-Transportadores canais: ligam-se aos substratos com menor espeficidade, velocidade de transporte quase se equivale a da difusão simples, não são saturáveis, podem ser controlados.
Sistemas de transporte
Transporte único: transportadores que carregam apenas um substrato (ex. transportador de glicose)
Co-transporte: quando, ao ser transportado pela proteína transportadora, o substrato arrasta outra molécula consigo (substratos se movem simultaneamente na mesma direção).
Contratransporte: dois substratos movem-se em direções opostas simultaneamente através do transportador.
Transporte ativo: Há gasto de energia (ATP). Leva um acumulo de soluto acima do ponto de equilíbrio. Termodinamicamente desfavorável e contra a gradiente de concentração.
O transporte ativo primário libera energia pela hidrolise de ATP impulsionando o movimento do soluto contra uma gradiente de concentração (envolve um único íon)
Transporte ativo e secundário: uma gradiente de um íon x (frequentemente Na) foi estabelecido por transporte ativo primário. O movimento de saído do íon x a favor do gradiente eletroquímica fornece energia para impulsionar o co transporte do segundo soluto contra seu gradiente eletroquímico (envolve α íons)