Bioquímica ED4

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ESTUDO DIRIGIDO 4 
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Bioquímica 
Química e Função de Proteínas 
 
1) Quais são os níveis estruturais de uma proteína? Turmas A e B 
Quatro níveis de estrutura de proteínas costumam ser definidos. Uma 
descrição de todas as ligações covalentes que conectam os resíduos de 
aminoácidos em uma cadeia polipeptídica está em sua estrutura primária. O 
elemento mais importante de sua estrutura primária é a sequência de resíduos 
aminoácidos. A estrutura secundária refere-se a arranjos de aminoácidos 
particularmente estáveis, dando origem a padrões estruturais recorrentes. A 
estrutura terciária descreve todos os aspectos do dobramento tridimensional de 
um polipeptídio. Quando uma proteína possui duas ou mais cadeias 
polipeptídicas sua organização espacial é denominada estrutura quaternária. 
 
2) Diferencie conceitualmente a estrutura primária da estrutura 
secundária. 
A estrutura primária consiste de uma sequência de aminoácidos unidos 
por ligações peptídicas e inclui quaisquer ligações dissulfeto. 
O termo estrutura secundária refere-se à conformação local de alguma 
porção de um polipeptídio. A discussão sobre a estrutura secundária geralmente 
está centrada nos padrões regulares de enovelamento da estrutura polipeptídica. 
Alguns tipos de estrutura secundária são particularmente estáveis e 
frequentemente encontrados nas proteínas. Os mais proeminentes são a α-
hélice e as conformações β. 
 
3) Quais são as diferenças entre a α-hélice, a folha β, e a volta β? 
Existem alguns tipos de estruturas secundárias 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. 
α-hélice 
O arranjo mais simples que uma cadeia polipeptídica pode assumir com 
suas ligações peptídicas rígidas é uma estrutura denominada de α-hélice. Nessa 
estrutura, a cadeia polipeptídica é fortemente retorcida em torno de um eixo 
imaginário longitudinal que passa pelo centro da hélice, com os grupos R dos 
resíduos de aminoácidos projetando-se para a face externa da hélice. A α-hélice 
mostrou ser estrutura predominante nas α-queratinas, proteína encontrada em 
unhas e cabelos. 
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A α-hélice se forma mais facilmente do que as outras possíveis 
conformações porque ela otimiza o uso das ligações de hidrogênio internas. Na 
α-hélice, todas as ligações peptídicas (exceto as próximas de cada uma das 
extremidades da hélice) participam dessas ligações de hidrogênio. Cada passo 
sucessivo da α-hélice é unido aos passos adjacentes por três ou quatro ligações 
de hidrogênio. Todas as ligações de hidrogênio combinadas fornecem uma 
considerável estabilidade à estrutura helicoidal. Logo, as pontes de H são as 
principais responsáveis pela estabilidade da α‐hélice. 
Folha β 
A conformação β é uma conformação mais estendida das cadeias 
polipeptídicas. Na conformação β, a cadeia polipeptídica estende-se em uma 
estrutura em ziguezague em vez de helicoidal. As cadeias polipeptídicas em 
ziguezague podem ser dispostas lado a lado, para formar uma estrutura que se 
assemelha a uma série de pregas. Nesse arranjo, denominado folha β, as 
ligações de hidrogênio são formadas entre os segmentos adjacentes da cadeia 
polipeptídica. 
As cadeias polipeptídicas adjacentes em uma folha β podem ser paralelas 
ou antiparalelas (com orientações amino e carboxila iguais ou diferentes, 
respectivamente). Os maiores exemplos de proteínas com esse tipo de 
conformação são a fibroína de seda e a fibroína de teias de aranha, que são β-
queratinas. 
Volta β 
As voltas β, também conhecidas como dobras β, conectam extremidades 
de dois segmentos adjacentes de uma folha β antiparalela. Nas proteínas 
globulares que possuem uma estrutura enovelada compacta, cerca de 1/3 dos 
resíduos de aminoácidos está situado em dobras ou voltas nas quais a cadeia 
polipeptídica inverte sua direção. 
As voltas β são frequentemente encontradas próximo da superfície das 
proteínas, na qual os grupos peptídicos dos resíduos centrais de aminoácidos 
na dobra podem formam ligações de hidrogênio com a água. 
 
4) Quais são os fatores estabilizadores da estrutura secundária? 
Os principais fatores estabilizadores são as pontes de hidrogênio e a 
sequência de aminoácidos. 
É importante lembrar que cinco tipos distintos de restrições podem afetar 
a estabilidade da estrutura secundária, em especial da α-hélice, que são: (1) a 
repulsão eletrostática (ou atração) entre resíduos de aminoácidos sucessivos 
com grupos R carregados; (2) o volume dos grupos R adjacentes; (3) as 
interações entre as cadeias laterais de aminoácidos espaçados entre si por três 
ou quatro resíduos; (4) a ocorrência de resíduos Pro e Gly; e (5) a interação 
entre os resíduos de aminoácidos nas extremidades do segmento helicoidal e o 
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dipolo elétrico inerente a uma α-hélice. Dessa forma, a tendência de um dado 
segmento de uma cadeia polipeptídica enovelar-se como um α-hélice depende 
da identidade e da sequência de resíduos de aminoácidos desse segmento. 
 
5) Diferencie estrutura terciária e quaternária. 
O arranjo tridimensional global de todos os átomos em uma proteína é 
denominado estrutura terciária. Essa estrutura inclui aspectos envolvendo 
distancias mais longas, dentro da sequência de aminoácidos, que as 
encontradas nas estruturas primária e secundária. 
Alguns peptídeos contêm duas ou mais cadeias polipeptídicas separadas 
ou subunidades que podem ser idênticas ou não. O arranjo dessas subunidades 
proteicas em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária. 
 
6) Defina proteína fibrosa, cite exemplos. 
Ao considerar os níveis mais elevados de organização estrutural, torna-
se interessante classificar as proteínas em dois grupos principais: proteínas 
fibrosas e proteínas globulares. 
As proteínas fibrosas, que possuem cadeias polipeptídicas em arranjos 
de folhas ou feixes, consistem principalmente de um único tipo de estrutura 
secundária. Essas proteínas fornecem suporte, formas e proteção externa aos 
vertebrados. Todas as proteínas fibrosas são insolúveis em água, uma 
propriedade devida à elevada concentração de resíduos de aminoácidos 
hidrofóbicos tanto no interior como em sua superfície. A α-queratina, o colágeno 
e a fibroína de seda são os principais exemplos desse tipo de proteínas. 
 
7) Qual a importância da queratina? Como se dá a sua composição 
estrutural? 
As α-queratinas evoluíram no sentido de serem resistentes. A hélice da α-
queratina é uma α-hélice orientada para a direita. Duas fibras de α-queratina, 
orientadas em paralelo, são enroladas uma sobre a outra, formando uma espiral 
enrolada super-retorcida. Esse superenovelamento amplifica a resistência da 
estrutura como um todo, como se fosse uma corda resistente. 
As superfícies onde as duas hélices se tocam são formadas por resíduos 
de aminoácidos hidrofóbicos e seus grupos R se entrelaçam em um padrão 
regular interconectado. Um polipeptídio de α-queratina com cadeias em espiral 
enrolada tem uma estrutura terciária relativamente simples, denominada por 
uma estrutura secundária de α-helicoidal com seu eixo enovelando em uma 
super-hélice orientada para a esquerda. 
 
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8) Qual a importância do colágeno? Como se dá a sua composição 
estrutural? 
Com a função de manter as células unidas, o colágeno é o principal 
componente proteico de órgãos como a pelo, ossos e cartilagens. 
A hélice do colágeno é uma estrutura secundária única, bem distante da 
α-hélice. Apresenta o sentido da mãoesquerda e apresenta três resíduos de 
aminoácidos por volta. O colágeno é também uma espiral, mas uma com 
estruturas terciárias e quaternárias bem distintas: três cadeias polipeptídicas 
separadas, chamadas de cadeias α, entrelaçadas entre si. O superenovelamento 
é de sentido da mão direita no colágeno, oposto ao sentido das hélices da cadeia 
α. 
 
9) Qual a importância da fibroína? Como se dá a sua composição 
estrutural? 
Fibroína, a proteína da seda, é produzida por insetos e aracnídeos. Suas 
cadeias polipeptídicas estão predominantemente na conformação β. A fibroína é 
rica em resíduos de Ala e Gly, permitindo um empacotamento denso dos grupos 
R e um arranjo em que os grupos R estão em contato uns com os outros. Toda 
a estrutura é estabilizada por diversas ligações de hidrogênio e pela otimização 
das interações de van der Walls existentes entre as folhas β. A seda não é 
elástica porque sua conformação β já está bem estendida, porém a estrutura é 
flexível, pois as cadeias estão unidas por inúmeras interações fracas, ao invés 
de ligações covalentes, como as ligações dissulfeto nas α-queratinas. 
 
10) Defina proteína globular, cite exemplos. 
As proteínas globulares possuem cadeias polipeptídicas enoveladas em 
formas esféricas ou globulares. Esse enovelamento gera a diversidade estrutural 
necessária para que as proteínas executem um grande conjunto de funções 
biológicas. As proteínas globulares incluem as enzimas, as proteínas 
transportadoras, as imunoglobulinas e as proteínas com diversas outras funções. 
Lisozima, ribonuclease e citocromo c são exemplos de proteínas 
globulares. 
 
11) Descreva a importância estrutural da mioglobina na sua atividade 
biológica. 
A mioglobina é uma proteína ligante de oxigênio relativamente pequena, 
presente nas células musculares. Sua função é armazenar oxigênio e facilitar a 
difusão deste no tecido muscular em contração rápida. A mioglobina contém uma 
única cadeia polipeptídica de 153 resíduos de aminoácidos de sequência 
conhecida e um único grupo heme. 
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O grupo heme reside em uma cavidade no interior da molécula de 
mioglobina. O átomo de ferro no centro do grupo heme apresenta duas posições 
de ligação perpendiculares ao grupo heme. Uma delas está ligada ao grupo R 
do resíduo de His; a outra é o sítio ao qual se liga a molécula de O2. No interior 
dessa cavidade, o acesso do grupo heme ao solvente é bastante restrito. Isso é 
importante para sua função, porque grupos heme livres em uma solução 
oxigenada são rapidamente oxidados da forma ferrosa (Fe2+), que é ativa na 
ligação reversível do O2, para a forma férrica (Fe3+), que não liga O2. 
 
12) Defina Kd. 
Kd é a constante de dissociação, ou a constante de equilíbrio para a 
liberação de um ligante, pois a ligação de uma proteína a um ligante geralmente 
é um processo reversível. Em outras palavras, Kd é a concentração molar do 
ligante, na qual metade dos sítios de ligação do ligante estão ocupados. Nesse 
ponto, diz-se que a proteína alcançou meia saturação com relação à ligação do 
ligante. Quanto maior for a força de ligação de uma proteína com o ligante, menor 
será a concentração necessária para que metade dos sítios de ligação estejam 
ocupados, e, portanto, um menor valor de Kd. 
 
13) Explique a influência da pO2 na ligação do Oxigênio com o Heme. 
A pressão do oxigênio irá influenciar na afinidade do grupo heme com o 
oxigênio. Quando houver uma maior concentração de oxigênio por unidade de 
área (isso é, um maior pO2), haverá uma menor afinidade. 
 
14) Explique como a estrutura de uma proteína pode influenciar na 
ligação por um ligante, exemplifique. 
A estrutura de uma proteína pode reduzir a afinidade a afinidade de um 
ligante a ela e alterar o fluxo de ligantes passando através da estrutura da 
proteína. Por exemplo, o grupamento heme, quando livre, liga-se às moléculas 
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de CO com afinidade 20000x maior do que o O2. Contudo, quando o grupamento 
heme está enclausurado na hemoglobina, o CO liga-se somente 200x melhor 
que o O2. Essa diferença é explicada pelo impedimento estérico. 
A ligação do O2 ao heme da mioglobina também depende dos movimentos 
moleculares da estrutura da proteína. A molécula do heme fica imersa em alças 
polipeptídicas, sem que haja uma via direta para o oxigênio passar da solução 
circundante para o sítio combinatório do ligante. Se a proteína fosse rígida, o O2 
não poderia entrar nem sair da fenda do heme em uma velocidade mensurável. 
Entretanto, a rápida flexão molecular das cadeias laterais de aminoácidos cria 
cavidades transitórias na estrutura da proteína e, evidentemente, o O2 segue seu 
caminho para dentro e para fora, migrando por essas cavidades. 
 
15) Defina a Hemoglobina. 
A hemoglobina é uma proteína globular tetramérica que contém quatro 
grupos prostéticos heme, cada um associado a uma cadeia polipeptídica. A 
hemoglobina do adulto contém dois tipos de globina, duas cadeias α (141 
resíduos cada uma) e duas cadeias β (146 resíduos cada uma), que embora 
possuam estrutura primária distintas, possuem estrutura tridimensional 
semelhante. 
A estrutura quaternária da hemoglobina tem como característica as fortes 
interações entre subunidades diferentes. As interações hidrofóbicas predominam 
nas interfaces (α1β1, α2β2, α1β2, α2β1), mas também participam muitas pontes de 
hidrogênio e alguns íons emparelhados. 
. 
16) Explique o estado T e R da Hemoglobina. Turma A 
As denominações T e R se referem ao estado “tenso” e “relaxado”, 
respectivamente, pois o estado T é estabilizado por um número maior de pares 
de íons, muitos dos quais ficam na interface α1β2 (e α2β1). A ligação de O2 a uma 
subunidade da hemoglobina no estado T desencadeia uma mudança da 
conformação para o estado R. Quando toda a proteína passa por esse processo 
de transição, a estrutura das subunidades individuais muda pouco, mas os pares 
das subunidades αβ deslizam um pelo outro e fazem uma rotação, o que estreia 
a fenda entre as subunidades β. 
Apesar do oxigênio se ligar à hemoglobina em ambos os estados, é no 
estado R ele tem uma afinidade maior para a hemoglobina. A ligação com o 
oxigênio estabiliza o estado R. Quando o oxigênio está ausente, o estado T é 
mais estável e, portanto, é a conformação predominante da desoxiemoglobina. 
 
 
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17) Explique como a ligação cooperativa do O2 na Hemoglobina 
influencia na sua função de transporte. 
A hemoglobina passa de um estado de baixa afinidade (estado T) para 
um estado de alta afinidade (estado R), a medida que aumenta o número de 
moléculas de O2 ligadas. A ligação de O2 às subunidades individuais da 
hemoglobina é capaz de alterar a afinidade de unidades subjacentes pelo O2. A 
primeira molécula de O2 que interage com a desoxiemoglobina se liga 
fracamente, por ligar-se a uma subunidade no estado T. Entretanto, sua ligação 
leva a mudanças de conformação que são comunicadas a subunidades 
adjacentes, tornando mais fácil a ligação de moléculas de O2 adicionais. 
A ligação cooperativa (representada por uma curva com formato 
sigmoide) torna a hemoglobina mais sensível a pequenas diferenças de 
concentração de O2 entre os tecidos e pulmões, o que possibilita à hemoglobina 
ligar-se ao oxigênio nos pulmões, onde o pO2 é alto, e liberá-lo nos tecidos, onde 
o pO2 é baixo 
 
18) Explique a influência do pH e da concentração de CO2 na função 
transportadora da Hg. 
Além de transportar oxigênio, a hemoglobina é capaz de transportar dois 
produtos finais da respiração celular - H+ e CO2 - dos tecidos paraos pulmões 
rins, onde eles serão secretados. 
Em pH relativamente baixo e alta concentração de CO2 nos tecidos 
periféricos, a ligação de H+ e CO2 leva a diminuição da afinidade da hemoglobina 
pelo oxigênio e, consequentemente, da liberação de O2 nos tecidos. De maneira 
inversa, nos capilares do pulmão, com a excreção de CO2 e a consequente 
elevação do pH, aumenta a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e a proteína 
liga mais O2 para poder transportá-lo para os tecidos. Esse efeito do pH e da 
concentração de CO2 sobre a ligação e a liberação de oxigênio pela hemoglobina 
é denominado efeito Bohr. 
 
19) Explique o efeito regulatório do 2,3-bifosfoglicerato na função 
transportadora da Hg. Turma B 
A interação do 2,3-bifosfoglicerato (BPG) com a hemoglobina constitui um 
exemplo de modulação alostérica heterotópica. O BPG está presente nos 
eritrócitos, em concentrações relativamente altas. Sabe-se que o BPG reduz de 
maneira significativa a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, pois ele 
estabiliza o estado T da hemoglobina. 
O BPG liga-se a um sítio distante do sítio de ligação com o oxigênio e 
regula a afinidade de ligação da hemoglobina para o oxigênio em relação ao pO2 
dos pulmões. O BPG desempenha um papel importante na adaptação fisiológica 
ao pO2 mais baixo disponível em grandes altitudes. Quando uma pessoa é 
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transportada rapidamente do nível do mar para altitudes elevadas, em algumas 
horas, a concentração de BPG do sangue começa a se elevar, causando uma 
diminuição da afinidade da hemoglobina com o oxigênio, ajustando a liberação 
de O2 nos tecidos. 
O 2,3-bifosfoglicerato se liga à hemoglobina na cavidade existente entre 
as subunidades β do estado T. Essa cavidade é revestida por resíduos de 
aminoácidos com carga positiva, que interagem com os grupos de carga 
negativa do BPG. Diferentemente do O2, somente uma molécula de BPG se liga 
a cada tetrâmero da hemoglobina. O BPG diminui a afinidade da hemoglobina 
por oxigênio porque estabiliza o estado T. A transição para o estado R torna mais 
estreita a fenda de ligação do BPG, impedindo a ligação deste. Na ausência do 
BPG, a hemoglobina é convertida para o estado R com maior facilidade. 
 
20) Como ocorre a anemia falciforme? 
A anemia falciforme é uma doença genética que ocorre em indivíduos 
homozigotos para o alelo falciforme do gene que codifica a subunidade β da 
hemoglobina. Na anemia falciforme há a presença de ao menos um gene 
mutante, que leva os eritrócitos dos portadores dessa anemia a serem em menor 
número e anormais (eritrócitos longos, delgados que se assemelham à lamina 
de uma foice). 
 Quando a hemoglobina das células falciformes (denominada 
hemoglobina S) é desoxigenada, ela se torna insolúvel e forma polímeros que 
se agregam em fibras tubulosas. A hemoglobina normal (hemoglobina A) 
permanece solúvel na desoxigenação. 
Os indivíduos que recebem o alelo falciforme de somente um dos pais e 
são, portanto, heterozigotos, possuem uma condição discreta chamada de traço 
falciforme – cerca de 1% de seus eritrócitos conseguem transportar oxigênio, 
mas, quando o mesmo passa para os tecidos (desoxigenação), as moléculas da 
sua hemoglobina se aglutinam em formas gelatinosas de polímeros (chamados 
de tactoides) que acabam por distorcer as hemácias, que se tornam duras e 
quebradiças devidos as mudanças na sua membrana. 
 
21) Cite os principais componentes do sistema imune enfatizando as 
proteínas participantes. 
A imunidade é função de uma variedade de leucócitos, os quais se 
originam de células-tronco originárias da medula óssea. A resposta imunológica 
consiste de dois sistemas complementares, o sistema imunológico humoral e o 
celular. O ramo humoral do sistema imunológico é dirigido contra infecções 
bacterianas e vírus extracelulares (os encontrados nos fluidos do corpo), mas 
também pode ser ativado por proteínas particulares injetadas no organismo. O 
ramo celular do sistema imunológico destrói não só as células do hospedeiro 
infectadas por vírus, como também alguns parasitas e tecidos transplantados. 
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As proteínas no âmago da resposta imunológica humoral são proteínas 
solúveis denominadas anticorpos, ou imunoglobulinas, frequentemente 
abreviadas por Ig. As Imunoglobulinas são produzidas por linfócitos B. Os 
agentes no âmago da resposta imunológica celular são uma classe de linfócitos 
T, conhecidas como células T citotóxicas, cuja superfície possui proteínas 
receptoras denominadas receptores da célula T. 
As células T auxiliadoras têm a função de sintetizar proteínas 
sinalizadoras solúveis denominadas citocinas, entre as quais estão a 
interleucinas. 
 
22) Diferencie MHC1 do MHC2 
O sistema imune precisa identificar e destruir patógenos, mas também 
reconhecer e não destruir as proteínas e as células normais do organismo 
hospedeiro – o “próprio” organismo. Esse reconhecimento de antígenos 
proteicos do hospedeiro é mediado pelas proteínas MHC (do inglês “major 
histocompatibility complex”, complexo principal de histocompatibilidade). Há 
duas classes de MHC, que diferem tanto na sua distribuição entre os tipos 
celulares como na fonte das proteínas digeridas cujos peptídeos elas 
apresentam. 
As proteínas MHC classe I são encontradas na superfície de virtualmente 
todas as células dos vertebrados. Sua função é permitir que o corpo identifique 
as próprias células. Quando um órgão é transplantado, as proteínas MHC1 
estranhas são ligadas por células TC, levando à rejeição do tecido. 
As proteínas MHC classe II ocorrem na superfície de alguns tipos de 
células especializadas que captam antígenos estranhos, e que incluem 
macrófagos e linfócitos B. Sua função é detectar células invasoras.