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BIOQUÍMICA – ED para AP2 → Proteínas / Enzimas ← 1. Explique a vantagem das enzimas sobre os catalisadores inorgânicos. O fato de que nas condições fisiológicas, as enzimas têm sempre um poder catalítico absurdamente maior que os catalisadores não biológicos (a ptialina consegue fazer em segundos o que uma solução de HCl a 100°C faria em muitos min.), além de que os catalisadores não-biológicos precisam de condições de acidez, temperatura e pressão incompatíveis com a vida para atingirem eficiência máxima. 2. Que fatores podem interferir na reação enzimática? Temperatura: dentro de certos limites, a velocidade de uma reação enzimática aumenta com o aumento da temperatura. Entretanto, o aumento demasiado da temperatura provoca a agitação tão intensa das moléculas, que as ligações que estabilizam a estrutura espacial da enzima se rompem e ela se desnatura. pH: cada enzima tem um pH ótimo de atuação, no qual a sua atividade é máxima. O pH ótimo para a maioria das enzimas fica entre 6 e 8, mas há exceções. A pepsina, por exemplo, atua eficientemente no pH fortemente ácido do estômago (em torno de 2), onde a maioria das enzimas seria desnaturada. Já a tripsina atua no ambiente alcalino do intestino, com pH ótimo em torno de 8. 3. Como a adição de NaOH pode afetar a atividade enzimática? Aumentando mt o pH do meio. 4. Defina Km e Vmax e explique como estes parâmetros podem ser obtidos no gráfico do duplo recíproco. Km (constante de Michaelis-Menten), é uma grandeza com dois significados: o primeiro corresponde à concentração de substrato que faz com que a velocidade da reação química catalisada por uma enzima seja metade da máxima (50% dos sítios ativos das enzimas estão ocupados), e o segundo significado é o de que o Km reflete a afinidade de uma enzima por seu substrato: quanto menor for seu valor, maior é a afinidade. Já a Vmax representa a maior velocidade de reação catalisada pela enzima, e é atingida noinstante em que todas as enzimas estão ocupadas por substrato. 5. As seqüências de aminoácidos abaixo pertencem ao sítio ativo de 3 enzimas. Correlacione estas seqüências com o provável tipo de substrato. Justifique. (a) substrato lipídico (b) substrato ácido (c) substrato básico ( ) Valina, Isoleucina, Alanina ( ) Ácido aspártico, Ácido glutâmico ( ) Lisina, Arginina, Histidina 6. Explique como uma enzima é capaz de catalisar uma reação. Elas tem a capacidade de acelerar reações químicas, sem participar delas como reagentes. Ou seja: eles participam da reação, aumentando sua velocidade, mas são recuperados inalterados ao final dela. 7. Realizando experiências com enzimas podemos medir a velocidade da reação em função da concentração de substrato. Como se comporta a velocidade em baixas concentrações de substrato? E em altas? Por que isto acontece? Ao contrário do que acontece em outras reações químicas, as enzimas saturam-se. Isto significa que com uma maior quantidade de substrato, mais centros catalíticos estarão ocupados, o que incrementará a eficiência da reação, até o momento em que todos os sítios possíveis estejam ocupados. Nesse momento ter-se-á alcançado o ponto de saturação da enzima e, embora se adicione mais substrato, não aumentará a sua eficiência. 8. O que são isoenzimas? São enzimas que têm essencialmente o mesmo plano arquitetônico, diferindo levemente na estrutura proteica, catalisam as mesmas reações, porém diferem no modo pela qual são reguladas. 9. Uma forma de tratamento para pacientes envenenados com etilenoglicol é administrar altas doses de etanol. O etilenoglicol não é tóxico, porém seu produto da oxidação causa graves lesões renais. A enzima responsável é a álcool-desidrogenase. Ao administrar etanol, o etilenoglicol acaba sendo excretado integralmente, sem causar danos. Sabendo que o etanol é um substrato para a álcool-desidrogenase, explique qual o seu modo de ação neste caso. O etilenoglicol é rapidamente absorvido pelo organismo no trato gastrointestinal. Ele será rapidamente metabolizado no fígado pela álcool-desidrogenase (glicolaldeído → ácido glicólico e glioxal → aldeído-oxidase / aldeído-desidrogenase → ácido fórmico, ácido oxálico e glicina). A administração de etanol funcionará criando um mecanismo de competição entre este e o etilenoglicol. A alcool-desidrogenase irá metabolizar o etanol, e o etilenoglicol será excretado pelo organismo sem maiores complicações. 10. Qual a importância da lisozima? São proteínas encontradas nas lágrimas e no muco dos seres humanos, é também produzida pelas bactérias e por outros organismos. Ela digere certos carboidratos de alto peso molecular. Assim as bactérias que contém esses carboidratos na estrutura de sua parede desintegram-se ou partem-se sob a ação da lisozima. A lisozima destrói o esqueleto glicosídico do peptidioglicano, ou seja, destrói a camada protetora de muitas bactérias. 11. Qual a importância das lectinas? E das selectinas? As lectinas são uma classe de proteínas de origem não-imunológica que podem aglutinar hemácias graças à sua propriedade de se ligar reversivelmente a carboidratos. Estão presentes em todos os tipos de orgnaismos, desde os vírus até os humanos, e podem atuar como sítios de reconhecimento celular em inúmeros processos biológicos. Selectina é uma família de moléculas de adesão celular. Todas as selectinas são glicoproteínas transmembrana de cadeia simples que compartilham propriedades similares às das lectinas tipo C (de onde vem seu o nome - "lectina seletiva"). Estão presentes nos leucócitos e no endotélio, sendo responsáveis pelo movimento de "rolamento" que desacelera os leucócitos e os faz parar nas proximidades da região inflamada. Elas se ligam a hidratos de carbono e pertencem ao grupo de moléculas de adesão dependentes de Ca2+. 12. O bom funcionamento das enzimas depende da sua interação com a molécula de substrato. Esta interação ocorre graças à presença, na estrutura das enzimas, de uma porção bastante particular: o sítio ativo. Explique com suas palavras o que é o sítio ativo das enzimas? É a pequena região de uma enzima onde ocorrerá uma reação química. Provém de grupamentos de partes da sequência de aminoácidos. A especificidade das enzimas pelos seus substratos se deve à existência, na superfície da enzima do sítio de ligação do susbstrato. Este local é um arranjo tridimensional de aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. 13. Explique por que algumas enzimas podem apresentar um acentuado decréscimo de sua atividade em pHs pouco abaixo ou acima do valor ótimo. Explique com base na ionização dos aminoácidos. As enzimas sofrem os mesmos efeitos estruturais observados com as proteínas globulares pela variação de pH e de temperatura. Mudanças extremas de pH podem alterar a estrutura da enzima devido a uma repulsão de cargas. Mesmo mudanças brandas de pH podem levar a uma dissociação de enzimas oligoméricas. Há casos em que a forma monomérica é mais ativa que a dimérca, mas há casos em que a dissociação de enzimas oligoméricas leva à sua completa inativação. Por outro lado, as mudanças de pH que não afetam totalmente a estrutura de uma enzima podem diminuir sua atividade apenas por estar afetando resíduos do sítio catalítico. 14. Qual tampão seria o mais apropriado para realizar medir a atividade de uma enzima em pH 5,0: Acetato de sódio (pK = 4,76) ou Fosfato de sódio (pK = 6,86)? → Vitaminas ← 15. O que são vitaminas? São compostos orgânicos, presentes nos alimentos, essenciais para o funcionamento normal do metabolismo. Devem ser obtidas na dieta, uma vez que, das 13 vitaminas de que o corpo humano necessita, só consegueproduzir a vitamina D. 16. Por que a deficiência de vitaminas pode causar problemas de saúde? Responda levando em conta o papel das vitaminas no metabolismo. As vitaminas são um grupo de substâncias essenciais para o metabolismo, crescimento, desenvolvimento e regulação da função celular. As vitaminas atuam em conjunto com as enzimas, os co-fatores e outras substâncias. A falta de vitaminas no corpo (hipovitaminose ou avitaminose) pode levar à várias doenças específicas ao tipo de vitamina em questão. O excesso (hipervitaminose) pode também trazer problemas, e ocorre principalmente no caso das vitaminas lipossolúveis, de mais difícil eliminação. → Lipídeos ← → Componentes das membranas celulares, juntamente com as proteínas; → Reserva de energia; → Combustível celular; → Funcionam como isolante térmico sobre a epiderme de animais (tecido adiposo) ; → Isolamento e proteção de órgãos; → Funções especializadas como hormônios e vitaminas; → Sinalização intra e intercelulares. 17. Defina glicerofosfolipídios. Qual a diferença entre glicerofosfolipídios e triacilgliceróis? São compostos derivados do glicerol, que contêm fosfato na sua estrutura. O glicerofosfolipídeo de estrutura mais simples é o ácido fosfatídico (ou fosfatidato), composto por uma molécula de glicerol esterificada em 2 ácidos graxos (C 1 e 2, e a ácido fosfórico (carbono 3). Os glicerofosfolipídeos mais comuns são originados da esterificação do fosfatidato a ácido fosfórico. Triacilglicerol (triglicerídeos) é qualquer tri-éster oriundo da combinação do glicerol (um triálcool) com ácidos graxos. São prontamente reconhecidos como óleos ou gorduras (hidrofóbicos), produzidos e armazenados nos organismos vivos para fins de reserva alimentar. 18. Qual a composição e o papel fisiológico dos esfingolipídeos? Também conhecidos como esfingomielinas, são lipídeos conjugados presentes entre as células nervosas (neurônios), que atuam acelerando o processo de transmissão do impulso nervoso. São importantes na estrutura das membranas biológicas devido ao seu caráter claramente anfipátic 19. O que são e qual a estrutura básica dos esteróides? São um grande grupo de compostos lipossolúveis, cuja estrutura básica é de 17 átomos de carbono, dispostos em quatro anéis ligados entre si. Compreendem diversas substâncias químicas, com importante papel na fisiologia humana. São lipídios de cadeia complexa, e o colesterol é a substância fundamental na sua formação. 20. Comente a importância fisiológica do colesterol e dos glicolipídeos. Pode-se dizer que os lipídeos são os componentes mais básicos das membranas celulares, e dentre eles, os glicolipídeos. A fluidez da membrana é controlada por diversos fatores físicos e químicos, inclusive pela concentração de colesterol: quanto mais colesterol, menos fluida a membrana. Por apresentar um grupamento polar (OH) na posição C3 ele apresenta caráter anfipático, e por ser menor e mais rígido, interage mais fortemente com os lipídeos adjacentes, diminuindo sua capacidade de movimentação. Os carboidratos da camada externa de membranas plasmáticas interagem com os glicolípideos, formando uma estrutura denominada glicocálice, de suma importância na adesão e reconhecimento celular, na determinação de grupos sanguíneos, dentre outras funções. 21. O que são lipoproteínas? Como elas podem ser classificadas? Qual a diferença funcional entre o quilomicron e as lipoproteínas derivadas do VLDL? São agregados moleculares responsáveis pelo transporte de lipídeos em meios líquidos, já que eles não se misturam facilmente com o plasma sanguíneo. São sintetizadas no fígado e no intestino delgado. Possuem características físico-químicas diferentes, mas são processadas pelo organismo de forma dessemelhante. A estrutra básica das LP é idêntica, variando somente em tamanho e proporção entre seus componentes. Assim, podem ser classificadas de acordo com as suas características físico-químicas em: → quilomicron: são as maiores LP, possuem mais lipídeos do que proteínas, sendo menos densas que o plamsa sanguíneo, onde flutuam conferindo-lhe aspecto leitoso. Produzidas no Intestino. Transportam triglicerídeos exógenos (obtidos na alimentação). → muito baixa densidade (VLDL – very low density lipoprotein): também são grandes, porém menores que os quilomicrons. Produzidas no fígado. Transportam triglicerídeos endógenos e colesterol para tecidos periféricos de estoque. → baixa densidade (LDL – low density lipoprotein): são muito pequenas, não sendo capazes de turvar o plasma. Produzidas a partir de VLDL. Transportam colesterol para locais onde exerçam função fisiológica (ex. produção de esteróides). → alta densidade (HDL – high density lipoprotein): são pequenas, divididas em HDL2 e HDL3. A função é transportar colesterol para o fígado, ou transferí-lo para outras LP (VLDL). 22. Como é que a margarina sólida é produzida a partir de óleo vegetal, líquido? Para produzir a margarina, o óleo vegetal líquido é convertido a sólido, pela introdução de hidogênios na molécula de ác. graxo insaturado. A hidrogenização transforma os ác. graxos insaturados em saturados. 23. Os pontos de fusão de uma série de ácidos graxos com 18 carbonos são: 69,9°C (ácido esteárico) 13,4°C (ácido oleico) –5°C (ácido linoleico) –11°C (ácido linolênico) Qual aspecto estrutural pode ser relacionado à diferença nos pontos de fusão dos ácidos graxos acima? Como este aspecto pode influenciar nas propriedades físicas de uma membrana celular? O ponto de fusão dos ácidos graxos aumenta com o aumento da cadeia, mas diminui com o aumento do número de insaturações. Isso ocorre porque a configuração "cis" das duplas ligações provoca uma dobra de 30o na cadeia, o que dificulta a agregação das moléculas. Os ácidos graxos saturados de cadeia longa são normalmente sólidos à temperatura ambiente (25°C). A presença de ligações duplas cis introduz um ângulo na estrutura do ácido que diminui a ordem do empacotamento e o número de interações de van der Waals entre as cadeias. Como consequência, a estrutura da bicamada torna-se mais "aberta" e fluida, sendo necessária menos energia para perturbar o empacotamento dos ácidos graxos. Por esta razão, gorduras insaturadas são usualmente líquidas à temperatura ambiente. 24. Um mutante bacteriano que é incapaz de sintetizar ácidos graxos, incorpora estes às suas membranas quando estes são colocados no meio de cultura. Suponha que, em duas culturas bacterianas, cada uma delas contendo uma mistura de diversos tipos de ácidos graxos, saturados ou insaturados, variando no comprimento da cadeia de 10 a 20 carbonos. Se uma cultura for mantida à 18°C e a outra à 40°C, durante várias gerações, que diferenças na composição das membranas celulares das duas culturas você pode observar? Nas membranas em temperatura mais próxima a do meio ambiente (18oC), os ácidos graxos estarão mais rígidos, e a membrana estará menos fluída. Nas membranas em temperatura mais alta ocorrá o oposto. 25. Explique as vantagens dos triacilgliceróis sobre o glicogênio como reserva de energia de longo prazo. Os depósitos de glicogênio são menores, e por este motivo os depósitos de triglicerídeos se tornam a maior reserva energética do corpo. Em termos de eficiência, os triglicerídeos também superam o glicogênio, uma vez que eles fornecem 9,3kcal/g contra 4,1kcal/g. Os triglicerídeos do tecido adiposo não são considerados depósitos estáveis, porém estão em constante renovação. 26. Bactérias são organismos bastante interessantes. Elas têm ciclo de vida muito rápido e várias gerações surgem e desaparecem em poucas horas. Isso faz com que os processos adaptativos ocorram a uma velocidade muito maior do que em mamíferos. Bactérias que normalmentecrescem a 25oC, se forem aquecidas a 40oC, passam a sintetizar lipídeos de membrana diferentes, se adaptando às novas condições ambientais. As bactérias sintetizarão lipídeos de membrana com ácidos graxos saturados ou insaturados? Insaturados. 27. Triacilgliceróis são lipídeos formados por 3 ác. graxos unidos por ligações éster a uma molécula de glicerol. Comente como triacilgliceróis podem se diferenciar entre si e enumere algumas de suas funções. Isso acontece porque os ácidos graxos que participam da estrutura de um triacilglicerol são geralmente diferentes entre si. Sua principal função é a de reserva de energia, mas também são importantes componentes das membranas celulares, funcionam como isolante térmicos e fazendo proteção de órgãos, funções especialidas como hormônios, e na sinalização celular. 28. Em 1925, Gorter e Grendel calcularam a superfície de hemácias de várias espécies de animais. Em seguida, isolaram as membranas destas células usando um solvente orgânico e observaram que os lipídeos espalhados sobre a água ocupavam o dobro do espaço da superfície calculada para a membrana. Explique. À época do experimento, acreditava-se que a membrana era composta por uma monocamada lipídica. De fato, esses experimentos corroboraram a idéia de que a membrana celular possuia uma bi-camada, e não uma monocamada lipídica. 29. Comente as funções dos seguintes homopolissacarídeos: → amido: principal forma de armazenamento de energia das plantas, principalmente nas épocas de dormência e germinação. Presente nas raízes, frutos e sementes. → glicogênio: principal reserva energética nas células animais, também presente em alguns vegetais (algas cianoficeas) e em fungos. Encontrado, principalmente, no fígado e nós músculos. → celulose: principal constituinte das paredes celulares das plantas. → quitina: principal componente da parede celular de fungos e do exoesqueleto de artrópodes. Presente na rádula de moluscos, bico de cefalópodes e concha de foraminíferos. 30. Os lipídeos são integrantes básicos das membranas biológicas, porém se encontram organizados de maneira característica. a) Explique como eles estão organizados, e que características moleculares favorecem este arranjo. Na membrana celular os fosfolípidos (lípidos complexos) se encontram com as suas extremidades hidrofílicas (polares - fosfatadas) viradas para os meios intra e extracelulares, criando uma barreira que não permite a passagem de ions e substâncias polares. As extremidades polares (hidofóbica - lipídica) ficam voltadas para o interior da bicamada. É uma estrutura formada por colesterol, fosfolipídios, glicolípidos e proteínas. b) Explique como o grau de saturação e o conteúdo de colesterol pode alterar a fluidez das membranas biológicas. O colesterol reduz ou aumenta a fluidez da membrana de acordo com a temperatura, funcionando como um "tampão de fluidez", tornando a bicamada lipídica menos sujeita a deformações, e assim, diminuindo a permeabilidade da membrana. A fluidez da membrana plasmática depende também da temperatura e da quantidade de colesterol, pois quanto maior a temperatura e maior quantidade de colesterol, a membrana é menos fluida. O colesterol regula a rigidez, a permeabilidade e principalmente a fluidez da membrana. O colesterol se orienta na bicamada com os seus grupamentos hidroxila próximos aos grupos das cabeças polares das moléculas de fosfolipídios. Nessa posição, o anel esteróide interage com as regiões das cadeias de hidrocarboneto mais próximas aos grupos das cabeças polares. Por meio da redução da mobilidade de alguns fosfolipídios, o colesterol torna a bicamada menos sujeita a deformações nesta região, e assim, diminui a permeabilidade da bicamada a pequenas moléculas hidrossolúveis. → Carboidratos & Glicoproteínas ← 31. Defina carboidratos e monossacarídeos. Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza, constituídas principalmente por carbono, hidrogênio e oxigênio, podendo apresentar nitrogênio, fosforo ou enxofre na sua composição. Conforme o tamanho, os carboidratos podem ser classificados em monossacarídeos (com 3 a 7 carbonos), oligossacarídeos (2 a 10 carbonos) e polissacarídeos (são formados pela uniao de mais de 10 monossacarideos). 32. Liste as principais funções dos carboidratos na natureza. Energética: constituem a primeira e principal substância a ser convertida em energia calorífica nas células, sob a forma de ATP. Nas plantas, o carboidrato é armazenado como amido nos amiloplastos; nos animais, é armazenado no figado e nos musculos como glicogênio. É o principal combustível utilizado pelas células no processo respiratório a partir do qual se obtém energia para ser gasta no trabalho celular. Estrutural: determinados carboidratos proporcionam rigidez, consistência e elasticidade a algumas células. A pectina, a hemicelulose e a celulose compõem a parede celular dos vegetais. A quitina forma o exoesqueleto de artrópodes. Os acidos nucléicos apresentam carboidratos, como a ribose e a desoxirribose em sua estrutura. Entram na constituição de determinadas estruturas celulares funcionando como reforço ou como elemento de revestimento. 33. Diga as fontes naturais de sacarose, maltose e lactose. → A sacarose, também conhecida como açúcar de mesa, é um tipo de glícido formado por uma molécula de glicose e uma de frutose produzida pela planta ao realizar o processo de fotossíntese, sendo amplamente distribuído entre as plantas superiores. Muito comum na beterraba e na cana-de-acucar. A maltose é a principal substância de reserva da célula vegetal, é também a junção de duas moléculas de glicose. É o produto imediato da hidrolise do amido pela alfa-amilase. Ao realizar a digestão o amido passa a ser primeiramente maltose e depois glicose. A Maltose é encontrada em vegetais, e tem função energética.A maltose é formada por duas moléculas de glicose, sendo encontrada em grande quantidade nos cereais, principalmente no malte (matéria prima da cerveja). A lactose é o açúcar presente no leite e seus derivados. É um hidrato de carbono, mais especificamente um dissacarídeo, composto por dois monossacarideos: a glicose e a galactose. É o único hidrato de carbono do leite e é exclusiva desse alimento porque apenas é produzida nas glândulas mamárias dos mamíferos: no leite humano representa cerca de 7,2% e no leite de vaca cerca de 4,7%. Seu sabor é levemente doce e as leveduras não a fermentam, mas podem ser adaptadas para fazê-lo. Lactobacilos a transformam num misto de ác. carboxílico e álcool, que formam o ácido lático. 34. Cite as diferenças e semelhanças estruturais entre amilose e a celulose, e a relação com suas funções. A estrutura química da amilose difere da estrutura da celulose apenas na posição 1,4-b glicosídica. Alem disso, a amilose possui ligações do tipo alfa, que são responsáveis por tornar a molécula compacta, enquanto que a celulose apresenta ligações do tipo beta, que são responsáveis por tornar a molécula fibrosa. O carater compacto da amilose serve bem ao seu proposito de deposito energetico ocupando pouco espaco. A celulose tem funcao basicamente estrutural, sendo o principal componente da parede celular dos vegetais, dai a sua estrutura ser tao rigida. O organismo humano não tem enzimas capazes de quebrar a ligação da celulose, ao passo de que o amido possui as enzimas capazes de quebrar essa ligação assim, o amido pode ser digerido e metabolizado pelo organismo, mas a celulose não pode. 35. Descreva as composições e funções biológicas do glicogênio, amido, quitina e celulose. O glicogênio é um polissacárideo de glicose, senda a principal reserva energética nas células animais, fungos e vegetais (algascianoficeas), encontrado, principalmente, no fígado e nos músculos. O grão de amido é uma mistura de dois polissacarídeos, amilose e amilopectina, polímeros de glicose formados através de síntese por desidratação. Principal reserva energetica dos vegetais, é encontrado nas sementes, caules e raizes das plantas. A quitina é um polissacarídeo constituído por um polimero de cadeia longa de acetilglicosamina. E o principal componente da parede celular de fungos e do exoesqueleto de artrópodes. Presente tambem na rádula de moluscos, bico de cefalópodes e concha de foraminíferos. A celulose é um polimero de cadeia longa composto de um só monômero (glicose), classificado como polissacarídeo ou carboidrato. É um dos principais constituintes das paredes celulares das plantas. 36. O que são heteropolissacarídeos? São polissacarídeos constituídos por mais de um tipo de açúcar. São glícidos estruturais, ou seja, fazem parte de estruturas celulares ou extracelulares. 37. Quais são as possíveis vantagens biológicas da adição de oligossacarídeos às proteínas? Ao serem ligados as proteinas, formam as glicoproteinas, que participam de funções estruturais, alem de terem função lubrificante e como agente protetor, transportador, etc. Tambem modulam propriedades fisicoquimicas, como solubilidade, viscosidade, garga, conformação, desnaturação e locais de ligação. Protegem contra a proteolise, exercem ações biologicas, afetam a inserção nas membranas, a migração intracelular e a secreção. 38. Cite três oligossacarídeos que poderiam ser formados, exclusivamente por moléculas de glicose. Qual a diferença entre eles? Maltose: é formada por duas moléculas de glicose ligadas por uma ligação glicosídica. Produzida em cereais em germinação. Sacarose: é formado por uma molécula de glicose e uma de frutose produzida pela planta ao realizar o processo de fotossíntese. Lactose: é o açúcar presente no leite e seus derivados, composto por dois monossacarideos: a glicose e a galactose.
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