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PROTEÍNAS Toda molécula abaixo de seu ponto isoelétrico tende a receber protóns. A isoleucina é mais polar do que a leucina porque a sua cadeia tem uma maior superficie de contato. Aminoácidos TBOX: cadeia lateral ramificada (valina, leucina, isoleucina). Presente no músculo estriado esquelético (nas áreas de tensão) estimulando a hipertrofia quando o músculo é estimulado. A glicina é polar e é o único aminoácido sem atividade óptica. Quanto maior a quantidade de glicina na cadeia primária, menor a mobilidade e maior a rigidez. Fenilalanina, alanina e triptofano participam da formação de hormônios. Lisina e Arginina fazem muitas pontes de hidrogênio. Histidina é o aac mais presente no centro das proteínas. O glutamato tem maior força eletrostática, pois possui 2 grupos eletrorepelentes. Metionina e Cisteína conferem rigides (pontes dissulfeto) Características de uma alfa-hélice: o São dextrosas o Cadeias laterais voltadas pra fora o Estabilidade por pontes de H (o grupo CO forma ponte com o grupo NH 4 aminoácidos a frente.) Características de uma folha beta: o Composta por 2 ou mais cadeias peptídicas o Estabilizadas por pontes de H entre as fitas diferentes, que podem ser paralelas ou anti-paralelas (mais estável pois tem pontes de H mais retilíneas) Gráfico de Ramachandram: prevê a % de alfa-hélices e folhas beta. Estrutura terciária de uma proteína: o Estabilizada por pontes de H, ligações covalente (S-S), forças de Van der Waals ou interações eletrostáticas. o As proteínas tendem a se enovelar espontaneamente (efeito hidrofóbico da água), formando estruturas compactas com o interior apolar. Estrutura quartenária: o Interações fracas Sequências de aminoácidos iguais não necessariamente formam proteínas iguais, uma vez que o meio também interfere na conformação. O estado nativo de uma proteína é aquele mais estável (baixo nível de energia). EXPLORANDO PROTEÍNAS Eletroforese: o A velocidade de migração de uma molécula em um campo elétrico depende da intensidade do campo, da carga da proteína e do coeficiente de atrito. o A mistura é dissolvida em SDS (-), que vai romper as interações não-covalentes. o As moléculas movem-se de acordo com a massa (quanto menor, mais rápida). o Quando no ponto isoelétrico, a proteína não se move (focalização isoelétrica). Purificação de proteínas: o Pelo tamanho/volume: diálise (membrana semi-permeável com poros) o Solubilidade: adição de sais. o Carga: uso de poros com cargas, que vão se ligar a proteínas com carga contrária. Para soltar as proteínas, usa-se grupamento com carga mais alta, que vai competir com a proteína. o Afinidade de ligação: relaciona a proteína com grupamentos específicos (poros com sítios de ligação específicos para a proteína). Ultracentrifugação: o Quanto menor a partícula, maior a velocidade com que ela se sedimenta. o A forma interfere no atrito, partículas alongadas demoram mais para sedimentar do que outras de mesma massa. o Quanto maior a densidade da partícula, mais rápido ela se move. o As proteínas se separam se acordo com seu coeficiente de sedimentação. A água tensiona a superfície das proteínas, que tendem a se juntar. Quanto maior o número de pontes dissulfeto e de interações hidrofóbicas, menor o volume da proteína (logo, ele não depende só do número de aminoácidos). Para descobrir se a proteína “engana” a massa pelo volume, deve-se usar agentes redutores (tiol) que vão reduzir as pontes S-S. A desnaturação pode ser reversível, mas a agregação não (pois nela ocorre liberação de energia para que as proteínas alcançem uma posição mais estável). Focalização isoelétrica: determina o pI de uma proteína Eletroforese bidimensional: análise do conteúdo proteico de uma célula. Precisa de padrões internos para identificar as coordenadas. Picroismo circular: conformação da estrutura secundária. Cristalografia por raio-x: o raio vai se chocar com os elétrons do cristal. Ressonância nuclear magnética: o núcleo tende a girar, a energia emitida torna-o instavel e o faz liberar radiação para voltar a ficar estável. ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS Código genético: relação entre a sequencia de bases do DNA/RNA e a sequencia de aac da proteína sintetizada. Os nucleotídeos se unem por ligações fosfodiester. Modelo Watson e Crick: o Duas cadeias compostas de nucleotídeos em forma de hélice girando em torno de um eixo comum e correndo em direções opostas. o As bases (parte variável) estão na parte de dentro da hélice. o O fosfato e o açucar (parte invariável) do lado de fora. o As bases são perpendiculares ao eixo da hélice. o A cada volta existem 10 nucleotídios. o As cadeias são mantidas por pontes de H entre AT (2) e CG (3). Formas do DNA: o B: normal o A: mais compactada (desidratação) o Z: em zigue-zague. o Triplex (raro): diminui o acesso a um gene. Desnaturação do DNA: o Adição de acido ou base: separa as cadeias pelo rompimento das pontes de H. o Melting: desnaturação da dupla-hélice. o Tm: temperatura na qual metade da molécula está desnaturada. Se a quantidade de GC é alta, a Tm é alta. Se a quantidade de AT é alta, a Tm é baixa. Replicação do DNA: o DNA polimerase: catalisa a adição de nucleotídeos. Requer nucleotídeios, uma cadeioa pré existente com um 3’OH livre, um molde de DNA e íons Mg+. Consegue reconhecer seu próprio erro (atividade exonucleásica) o A replicação é semi-conservativa. o A síntese ocorre no sentido 5’ -> 3’ o Só há adição de nucleotídio se as bases forem complementares. o DNA primase: sintetiza o primer (pequeno fragmento de RNA) que sinaliza onde começar a replicação e tem uma ponta 3’OH livre. o Polimerização descontinua de Okazaki: na fita atrasada. A primase vai colocando primers nela e a polimerase vai adicionando nucleotídios até onde dá, no sentido 5’ 3’. o Telômeros (medidores do envelhecimento): a ponta dos cromossomos é rica em repetições (solucionar o problema da fita trasada). A telomerase tem um primer interno com o complemento das repetições. Assim, ela complementa a fita atrasada. RNA: moléculas responsáveis pelo fluxo da informação genética. o mRNA: traz as informações vindas do DNA o tRNA: carregam aminoácidos (anti-codon) o rRNA: sintetiza as proteínas. Transcrição: processo de intermediação entre DNA e proteína. o Não tem primer. o Gene: o sítio de transcrição começa logo após a região promotora. o OFR (Janela aberta de leitura): sequência exata que codifica uma proteína. o RNA polimerase: se liga ao DNA e sintetiza o RNAm (a fita molde é a 3’ 5’ e a sintese é de 5’ 3’). Requer um molde de DNA, os 4 nucleotídeos, íons Mg e Mn. o A fita 5’ 3’ é a fita codificadora. o O RNAm é igual a fita codificadora (trocando T por U) e complementar a fita molde. o Diferenças pra replicação: não requer um iniciador, o molde é totalmente conservado. o Éxon: parte codificante. o Íntron: sequência não codificante. Pode ser o éxon de um outro gene. BIOLOGIA MOLECULAR E ENGENHARIA GENÉTICA Enzimas de restrição: cortam o DNA em regiões específicas. DNA ligase: enzima capaz de unir filamentos de DNA. Plasmídeos: veículos da propagação. Componentes essenciais: o Origem de replicação o Gene de resistência a antibiótico o Promotor o Sítio múltiplo de clonagem Métodos de separação e detecção de ácidos nucléicos: o Eletroforese em agarosa. o Sequenciamento (método de Sanger): requer DNA molde, DNA polimerase, nucleotídios, Mg. ENZIMAS Catalisadores biológicos que determinam perfil de transformação química. Participamna transformação de diferentes formas de energia. Tem grande poder catalítico e são específicas. Atuam em soluções aquosas (atividade afetada por pH e temperatura). Não são modificadas no processo. A maioria são proteínas globulares, com exceção das ribozimas. Co-fatores (íons) e co-enzimas (moléculas orgânicas ou metalorgânicas). Grupo prostético: co-enzima ou íon ligado fortemente a proteína. Holoenzima: enzima + grupo prostético. As coenzimas e cofatores funcionam como transportadores transitórios para grupos funcionais específicos durante a catalise. INTRODUÇÃO AO METABOLISMO Uma reação termodinamicamente favorável pode ser dirigida por uma favorável acoplada a ela. O ATP perde fosfato porque tem cargas negativas muito próximas e quando perde ocorre estabilização por ressonância (ortofosfato, mais estável livre) e hidratação (mais água se liga ao ADP e ao Pi) Creatina fosfato: regenera ATP em situações de esforço muscular intenso. NADH e FADH2: doadores de elétrons. FAD precisa de vitamina B2 Coenzima A: carreador universal de grupos acil. Precisa de B5 Regulação do metabolismo: controle da quantidade da enzima (velocidade de transcirção), da atividade catalítica (regulação alostérica e covalente) e da acessibilidade dos substratos (compartimentação) Quinase: adiciona fostato. Fosfatase: retira fosfato. GLICÓLISE Ocorre no citoplasma, em dituações aeróbias e anaeróbias. Todos os intermediários são fosforilados. Rende 2 ATPs. Destinos do piruvato: o Vira acetilCoA e entra em outras vias metabólicas o Vira lactato (músculo em atividade intensa). A fermentação serve para regenerar o NAD+ o Vira alcool (fermentação alcoolica) Galactose e frutose: o A galactose tem uma enzima própria (galactoquinase) que a converte em galactose-1P. o A frutose compete com a glicose pela enzima, logo, ela segue outra via: no fígado a frutoquinase a converte em frutose1P, virando gliceraldeido+diidroxicetonsfosfato, continuando a via. o Intolerância a lactose: deficiência na lactase. o Galactossemia: deficiência na galactoquinase. Pontos de regulação: o Hexoquinase: o acumulo de glicose-6P inibe por feedback. o Fosfofrutoquinase: por controle alostérico (ATP e citrato em excesso inibem, ADP em excesso estimula) o Piruvatoquinase (ativa desfosforilada): ATP e alanina inibem, frutose1,6BP estimula. CICLO DE KREBS Via catabólica cíclica de oxidação da glicose a CO2. Via final comum de oxidação de várias moléculas combustíveis. Só ocorre em condições aeróbias. Na matriz mitocondrial. Cada glicose gera 30 ou 32 ATPs Complexo piruvato desidrogenase: catalisa a oxidação do piruvato a acetilCoA. Cada volta gera: 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2, 1GTP Regulação: o Complexo piruvato desidrogenase: covalente (ativa desfosforilada) e alostérica (muito ATP, muito NADH e muita acetilCoA inibem/muito ADP e muito piruvato ativam. o Isocitrato desidrogenase (alostérica): ativada por ADP e NAD+, inibida por ATP e NADH. o Alfa-cetoglutarato desidrogenase: inibida por ATP, NADH e succinil CoA. Em casos de jejum extremo pode ocorrer sintese de glicose por oxaloacetato. FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA É a maior fonte de energia dos organismos aeróbios A trasferencia de eletrons do NADH e do FADH2 para o O2 gera ATP Na membrana mitocondrial interna O fluxo de elétrons de da através de complexos proteicos na membrana interna, levando ao bombardeamento de protons para fora da matriz (gera força proto-motriz que sintetiza ATP quando os protons voltam) 1ª fase: cadeia transportadora de elétrons o O NADH e o FADH2 passam pelos complexos I, III e IV (o primeiro passa por 3 e o segundo passa por 2). o São necessários 4 elétrons para reduzir o O2 a H2O, sendo que sua redução parcial leva a produção de radicais livres. 2ª fase: síntese de ATP o Realizada pela ATPsintase, formada por duas partes: Fo (conduz os protons de volta para a matriz) e F1 (sintetiza ATP). A regeneração do NADH citoplasmático é feita por lançadeiras (glicerol 3P no musculo e malato-aspartato no fígado e coração) GLICONEOGÊNESE Síntese de glicose a partir de precursores não glicídicos (aminoacidos, lactato, glicerol) Principalmente no fígado Ocorre em situações de inanição, diabetes e exercício intenso A glicose é formada a partir de intermediários metabólicos: piruvato, oxaloacetato ou diidroxicetona-P O oxaloacetato é transformado da mitocondria para o citoplasma na forma de malato. Glicode 6 fosfatase: depende de cálcio, conververte a glicose-6P em glicose + Pi Ciclo de Cori (suprimento de glicose para o músculo em atividade extrema): no fígado, ocorre a gliconeogenese; a glicose é mandaga para o sangue, chega no músculo, é convertida em lactato, que volta para o fígado e é convertido em piruvato e novamente em glicose. Regulação recíproca: balanço entre glicólise e gliconeogenese. Glucagon: ativa a fosfoquinase A, que diminui a quantidade de frutose 2.6BP, ativando a gliconeogenese VIA DAS PENTOSE-FOSFATO Via metabólica que utiliza os elétrons das moléculas combustíveis para fazer biossintese (poder redutor), ao invés de entrega-lo para o O2. O NADPH é a moeda que disponibiliza esse poder redutor. Ocorre no citoplasma da célula. Ribose 5P: componente do ATP, da CoA, do NAD+, do FAD, do RNA e do DNA Fases: o Oxidativa: a glicose 6P é oxidada, gerando a ribose 5P e NADPH. O controle é feito na enzima glicose 6P desidrogenase (mto NADP ativa, mto NADPH inativa). A deficiencia dessa enzima causa anemia (pois as hemacias usam o NADPH para reduzir a glutationa, importante para a proteção contra o estresse oxidativo na membrana do eritrócito) o Não-oxidativa: ocorre interconvenção de açucares entre 3 e 7 carbonos. O fluxo de glicose 6P depende das necessidades da célula de NADPH, ATP e ribose 5P o Células em divisão precisam de mais ribose 5P do que de NADPH: ocorre a reação inversa da fase não-oxidativa. Transformando 2 frutoses6P e 1 gliceraldeido3P em ribose5P. o Se a célula precisa de quantidades iguais de NADPH e ribose5P, ocorre só a fase oxidativa. o Se a célula precisa de mais NADPH do que de ribose5P (síntese de lipídios), a glicose 6P vai ser completamente oxidada a CO2, gerando 12 NADPH. o E se a célula precisa de NADPH e ATP, a glicose 6P é convertida em piruvato. METABOLISMO DE GLICOGÊNIO O glicogênio é a forma prontamente mobilizavel de glicose, armazenado no fígado e no músculo. É um polímero grande e ramificado de resíduos de glicose, com ligações Alfa-1,4 (linear) ou Alfa-1,6 (ramificação). Hormônios que aumentam a síntese: insulina Hormônios que aumentam a degradação: glucagon, epinefrina A regulação hormonal é mediada por mensageiros como o AMPc e o PIP3 (insulina) Degradação do glicogênio: o A glicogênio fosforilase faz a remoção sequencial de resíduos de glicose da ponta com um 4’OH livre. Ela só quebra as ligações lineares. Esse processo é uma fosforolise e gera glicose 1P. o Uma transferase bifuncional move a ramificação, tornando a cadeia retilinea. o A fosfoglicomutade converte a glicose 1P em glicose 6P. o Rendimento: 1 ATP para cada ligação Alfa-1,4 o Destinos da glicose 6P: ela pode virar glicose p/ manter a glicemia, ir para o músculo e ser convertida em piruvato ou seguir para a via das pentoses, virando ribose e NADPH. o Regulação: alostérica ( ATP inibe – T - e AMP ativa – estado R) ou por fosforilação (uma fosforilase B sem P é convertida em uma fosforilase A fosfatada). o Glucagon: liberado entre as refeições, ativa a glicogenio fosforilase. o Epinefrina: liberadana atividade muscular, ativa a glicogenio fosforilase. o Forma mais ativa da glicogênio fosforilase: Estado R fosfatada o Forma menos ativa: estado T sem fosfato o Forma intermediária: R sem fosfato ou T fosfatada. Síntese do Glicogênio: o A glicogenina catalisa a adição de 7-8 glicoses a sua tirosina. o A síntese da ligação alfa-1,4 é feita pela glicogênio sintase. o A fosfoglicomutase isomerisa a glicose 6P p/ glicose 1P, mas a ligação de glicose 1P é altamente desfavoravel, então ela é convertida em UDP glicose (o UTP vem do ATP, logo, há gasto de energia) o A ramificação é feita pela enzima Alfa-1,4-1,6 transglicosilase, que transfere um bloco de resíduos para formar a ramificação. o Regulação da glicogênio sintase (ativa desfosforilada): a insulina estimula a síntese, ativando a proteina fosfatase 1, que estimula a glicogenio sintase (ela é fosforilada pela PKA) METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS Os aminoácidos são fonte de nitrogênio para sintese de compostos nitrogenados e blocos estruturais para a formação de proteínas. Eles não podem ser armazenados e nem excretados, então o excesso de aminoácidos é utilizado como fonte de energia. Degradação e ciclo da uréia: o A amina é removida e transformada em amônia e depois em uréia (ciclo da uréia no fígado), sendo excretada. o O esqueleto carbonado restante é transformado em moléculas que podem gerar energia: acetilCoA, acetoacetilCoA, piruvato ou um dos intermediários do CAC. o A partir dos aminoácidos, podem se formam acidos graxos, corpos cetônicos e glicose. Ubiquitina: se liga a proteínas velhas ou mal-traduzidas, marcando-as para a degradação. Essa marcação faz com que a enzima entre no proteossomo, liberando a ubiquitina e gerando peptídeos. Doença de Huntington: proteína defeituosa que não consegue ser degenerada e forma agregados. Hiperamonemias (defeitos no ciclo da uréia): causa letargia e vômitos, podendo evoluir para coma e lesão cerebral. o Carência de arginino succinase: restrição de arginina na dieta. Ocorre acumulo do arginino succinato, que vai ser excretado. Alcaptonúria: ausência da enzima hemogentisato oxidase, levando ao aumento do homogentisato (intermediário da degração da fenilalanina a tirosina). De pouca gravidade, leva ao acumulo do homogentisato na urina, que fica escura. Fenilcetonúria: deficiência ou ausência da fenilalanina hidroxilase ou se seu co-fator, levando a não-conversão da fenilalanina em tirosina e acumulo de fenilalanina, que gera fenilpiruvato (tóxico) e fenillactato (sai na urina) Cetoacidúria de cadeia ramificada: aumento do nivel de valina, isoleucina e leucina na urina e no sangue, pelo bloqueio da descarboxilação oxidativa desses aminoácidos. Leva ao retardamento mental e físico e esses aminoácidos tem q ser diminuidos na dieta. Biossíntese de aminoácidos: o Fonte de N: microorganismos fixadores de N o Fonte de C: glicólise, via das pentoses, CAC o O glutamato é sintetizado a partir de amonio e alfa-cetoglutarato, pela ação da glutamato desidrogenase. o A arginina é sintetizada pelo ciclo da uréia. o O aspartato é sintetizado a partir do oxaloacetato e do glutamato. o A alanina é sintetizada a partir do pirvutato e do glutamato. o A asparagina é sintetizada a partir do aspartato e da glutamina (gasta ATP) METABOLISMO DE LIPÍDIOS Triacilglicerois: fontes prontamente mobilizaveis de acidos graxos que são oxidados para suprir as necessidades energéticas da célula. São apolares e armazenados de forma menos hidratada nos adipócitos. Degradação: o 1ª etapa: obtenção exógena (digestão) ou endógena (glucagon -> AMPc -> triacilglicerol lipase fica fosfatada e ativa -> converte o triacilglicerol em diacilglicerol -> lipases convertem em ac. Graxos e glicerol, que saem da célula). O glicerol vai virar glicose pela gliconeogenese, enquanto que os ácidos graxos são degradados a acetilCoA e corpos cetônicos. o 2ª etapa (ativação e transporte para dentro da mitocôndria): a ativação é feita pela Acil CoA sintase (transforma o ac graxo em acilCoA) e o transporte é feito pela carnitina (enzimas carnitina acil transferase I – catalisa a formação de acilcarnitina – e II – faz o inverso, além da translocase que faz o transporte) o 3ª etapa (oxidação): o acido graxo é oxidado pela introdução de uma dupla -> depois é introduzido um O por uma hidratação -> o grupamento alcool é oxidado a cetona -> a CoA cliva um fragmentos de 2C, gerando acetilCoA. Se tiver uma dupla ligação cis, uma isomerase muda a conformação. Se o acido graxo for impar, na utlima rodada se gera acetilCoA + propionilCoA (depende de vit B12) o Rendimento da quebra: cada 2C gera um acetilCoA (1 acetilCoA = 10 ATP), 1 NADH (2,5 ATP) e 1 FADH2 (1,5 ATP), mas 2 ATPs devem ser descontados da ativação. Biossíntese: o Ocorre no citoplasma o Intermediários ligados a ACP o Enzimas unidas no complexo ac.graxo sintase o Em um ciclo ocorrem reações de condensação, redução, desidratação e redução o As cadeias são sintetizadas pela adição sequencial de 2C derivados da acetilCoA Controle (enzima acetilCoA carboxilase): o Regulação global: é ativada pela insulina (é ativa desfosforilada) por diminuição do AMPc. É inibida pelo glucagon e pela epinefrina, pelo aumento dos níveis de AMPc. o Regulação local: o citrato ativa (sinaliza abundância de energia) e é inbida pelo palmitilCoA (indica excesso de ac graxos), pelo AMP (indica falta de energia) e pela malonilCoA (inibe a carnitina transferase I, inibindo a degradação) METABOLISMO DO COLESTEROL Pode ser obtido na dieta ou sintetizado no fígado. Todos os 27C derivam da acetilCoA. Estágios: o Síntese de isopentilpirofosfato a partir de acetilCoA (gasta 3ATP p cada isopentilpirofosfato) o Condensação das moléculas até chegar no escaleno (18 ATP gastos) o Ciclização do escaleno + 19 reações, formando o colesterol Controle: HGM-CoA redutase o A sua velocidade de trasncrição (síntese do RNAm) é controlada por um fator de transcrição o A velocidade de tradução do RNA é inibida pelo colesterol exógeno o Ocorre quebra da enzima em resposta a alta de colesterol o O glucagon incentiva a fosforilação da enzima, diminuindo sua atividade. METABOLISMO DE NUCLEOTÍDEOS Via “de novo”: a partir do zero; as bases são formadas a partir de compostos mais simples o Pirimidinas: primeiro sintetiza-se o anel, que depois de liga a ribose. Ocorre a sintese de carbamil fosfato a partir do bicarbonato (carbamil fosfato sintase), que depois é convertido em carbamilaspartato (aspartato transcarbamilase, ponto de regulação) que sofre a ação das enzimas pirimidina foforibosil transferase e orotidilato descarboxilase. o Purinas: são montadas já ligadas ao anel, que é montado a partir de bicarbonato e aminoácidos. Via de recuperação: bases pré-formadas são recuperadas e reconectadas a uma unidade de ribose ativada (PRPP). Ambas as vias levam a síntese de ribonucleotídeos, os desoxiribonucleotídeos são sintetizados a partir da redução dos ribonucleotídeos correspondentes. o A citosina não pode ser recuperada, pois parte do UTP O timidilato (TMP) é formado pela metilação do desoxiriuridilato. o Enzima timidilato sintase: alvo de medicamentos para cancer, inibindo a sintese de TMP Regulação: o Aspartato transcarbamilase: ATP ativa e CTP inibe o Púricos: regulação retroativa na glutamina fosforibosil amidotransferase e na GMP sintase o Desoxiribonucleotídeos (regulação da ribonucleotídeo redutase): ATP (substrato) ativa e dATP (produto) inibe O catabolismo de purinas leva a formação de xantina, que é convertida pela enzima xantino oxidase em ácido úrico, que por sua vez vira urato e é excretado.o Gota úrica: alterações na atividade da xantino oxidase, levando ao aumento do nível de urato no soro, que se cristaliza nas articulações e nos rins. O tratamento é feito pela administração de olopurinol, que se liga a enzima e passa a ser um inibidor suicida. Também deve-se evitar dieta rica em purina. o Insuficiência grave combinada: deficiência da adenosina desaminase -> criança “bolha” o Síndrome de Lesch-Nyhan: ausencia quase total da hipoxantina-guanina fosforibosil transferase, elevando a quantidade de PRPP, aumentando a tava de biossintese de purinas e superprodução de urato. Causa calculos renaie e gota, além de deficiência mental. Clara Pacheco Santos – MED UFES 87
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