questões de proteínas bioquimica

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GD No 02 – PROTEÍNAS
*01)- Propriedades da ligação peptídica – por estudos com raios X de peptídeos cristalinos, Linus Pauling e Robert Corey concluíram que a ligação C(N (na ligação peptídica) é de tamanho intermediário (0,132 nm) entre uma ligação C(N simples típica (0,149 nm) e uma ligação dupla C=N (0,127 nm). Eles também concluíram que a ligação peptídica é planar, ou seja, todos os átomos ligados ao grupo C(N estão ligados em um único plano e que os dois carbonos ( ligados ao C(N são sempre trans (isto é, estão em lados opostos da ligação peptídica).
a- o que indica o comprimento da ligação C(N na ligação peptídica a respeito da sua força e da sua ordem de ligação, isto é, se ela é simples, dupla ou tripla?
b- o que nos diz as observações de Pauling e Corey a respeito da facilidade de rotação ao redor da ligação peptídica C(N?
Solução:
a- as ligações curtas são fortes, possuem uma grande ordem de ligação e são múltiplas ao invés das ligações simples. A ligação C-N está entre uma ligação simples e uma dupla.
b- a estrutura da ligação peptídica é representada por duas estruturas de ressonância.
c- a rotação ao redor da ligação peptídica é difícil nas temperaturas fisiológicas. 
*02)- O conteúdo em pontes dissulfeto determina as propriedades mecânicas de muitas proteínas – algumas proteínas naturais são muito ricas em pontes de dissulfeto e suas propriedades mecânicas (resistência à tensão, viscosidade, dureza, etc.) estão correlacionadas com o conteúdo dessas pontes. Por exemplo, a glutenina, uma proteína encontrada no trigo e rica em cistina, é responsável pelas características elásticas e coesivas da cola feita com farinha de trigo. De igual maneira, a natureza resistente e dura do casco da tartaruga é devido ao alto conteúdo em cistina de sua (-queratina. 
a- qual é a base molecular da correlação entre o conteúdo em pontes dissulfeto e as propriedades mecânicas de uma proteína?
b- a maioria das proteínas globulares é desnaturada e perde a atividade quando aquecida por breves períodos a 65oC. Entretanto, as proteínas globulares que contém muitas ligações dissulfeto devem ser, freqüentemente, aquecidas por mais tempo em temperaturas mais elevadas para serem desnaturadas. Uma dessas proteínas é o inibidor pancreático bovino da tripsina (BPTI), que possui 58 resíduos de aminoácidos em uma única cadeia e contém três ligações dissulfeto. Ao se resfriar uma solução de BPTI desnaturada, a atividade da proteína é restaurada. Qual é a base molecular para essa propriedade?
Solução:
a- as pontes de dissulfeto nos resíduos de cistina servem para formar ligações cruzadas entre as cadeias de proteína, aumentando a sua rigidez, força mecânica e dureza.
b- os resíduos de cistina (ligações dissulfeto) impedem o desenrolamento completo da proteína.
03)- Ação patogênica da bactéria causadora da gangrena gasosa – O colágeno é a família de proteínas mais abundante do organismo de mamíferos, representando um terço das proteínas corporais, sendo o principal componente do tecido conjuntivo como cartilagem, tendões, matriz óssea orgânica e córnea. Contém 35% de glicina, 11% da alanina, 21% de prolina e hidroxiprolina. A seqüência de aminoácidos do colágeno geralmente consiste de uma unidade repetida, Gly-Xaa-Pro ou Gly-Xaa-Hyp, onde Xaa pode ser qualquer aminoácido. Esta seqüência repetida adquire uma estrutura L-helicoidal (anti-horário) com três resíduos, por volta. Três destas hélices enrolam-se ao redor uma da outra com uma volta no sentido horário. A molécula resultante, de tríplice fita, é referida como tropocolágeno. As moléculas de tropocolágeno sofrem um auto-rearranjo em fibrilas de colágeno e se agrupam formando as fibras de colágeno. Existem alguns distúrbios metabólicos e genéticos relacionados ao colágeno, como por exemplo, escorbuto, osteogênese imperfeita e síndrome de Ehlers-Danlos. A bactéria anaeróbia altamente patogênica Clostridium perfringens, é responsável pela gangrena gasosa, uma doença na qual a estrutura dos tecidos é destruída. Essa bactéria secreta uma enzima que catalisa eficientemente a hidrólise da ligação peptídica indicada na seqüência: 
-X—Gly-Xaa-Pro ( -X-COO- + H3N+-Gly-Xaa-Pro
onde X e Xaa são quaisquer dos 20 aminoácidos naturais. Como a secreção dessa enzima contribui para o potencial de invasão dessa bactéria nos tecidos humanos? Por que essa enzima não afeta a própria bactéria?
Solução:
A capacidade de invasão da bactéria é devido à sua habilidade de destruir a barreira de tecido conjuntivo do hospedeiro através da secreção da enzima colagenase. As bactérias não possuem colágeno. 
04)- Ponto isoelétrico da pepsina – a pepsina do suco gástrico (pH ( 1,5) tem pI próximo a 1, muito menor que o de outras proteínas (ver tabela de pI). Pepsina é o nome dado a diversas enzimas digestivas que são secretadas (como proteínas precursoras de maior tamanho) por glândulas localizadas no interior do estômago. Essas glândulas também secretam ácido clorídrico, que dissolve as partículas de alimentos, permitindo a clivagem pela pepsina das moléculas protéicas individuais. A mistura resultante de comida, HCl e enzimas digestivas é conhecida por quimo e possui um pH próximo de 1,5.
a- que grupos funcionais devem estar presentes para conferir esse pI à pepsina? 
b- quais aminoácidos podem fornecer tais grupos?
Solução:
a- -COO-
b- Asp e Glu.
05)- O ponto isoelétrico das histonas – as histonas são proteínas encontradas no núcleo das células eucarióticas associadas fortemente ao DNA, que possui muitos grupos fosfato. O pI das histonas é bem elevado, cerca de 10,8. Quais resíduos de aminoácidos devem estar presentes em números relativamente elevados nas histonas? De que modo esses resíduos contribuem para a forte ligação das histonas ao DNA?
Solução:
Lys, His e Arg; atração eletrostática entre as cargas negativas dos resíduos de fosfato no DNA e as cargas positivas dos resíduos básicos nas histonas.
06)- Mutações conservativas e não-conservativas – a preservação da estrutura tridimensional – a- pesquisas têm mostrado que uma substituição de um aminoácido carregado ao ser substituído por um hidrofóbico geralmente leva à perda da função. Explique. 
b- verificou-se que uma mutação em uma proteína que troca uma alanina no interior de uma proteína para leucina, freqüentemente leva à perda de função. Como você explica esta questão?
c- a glicina é um aminoácido muito conservado na evolução das proteínas. Por quê?
Solução:
a- este tipo de substituição geralmente leva à perda da função devido a mudança das características da troca: um carregado que deveria participar de ligações eletrostáticas ou de hidrogênio com um hidrofóbico que não participa destes tipos de interações. Exemplo clássico desta troca ocorre na anemia falciforme.
b- este tipo de mutação leva à perda da função porque a leucina ocupa mais espaço do que a alanina, e portanto a proteína tem de assumir uma forma diferente.
c- a glicina tem tamanho de cadeia menor do que qualquer outro aminoácido. Seu pequeno tamanho é freqüentemente crítico para permitir que as cadeias peptídicas façam alças apertadas ou que se aproximem umas das outras mais intimamente.
07)- Seqüência de aminoácidos e estrutura protéica – nossa crescente compreensão de como as proteínas se enovelam permite aos pesquisadores fazer predições sobre a estrutura protéica, baseadas nos dados de seqüência de aminoácidos.
Ile-Ala-His-Thr-Tyr-Gly-Pro-Phe-Glu-Ala-Ala-Met-Cys-Lys-Trp-Glu-Ala-Gln-Pro-Asp-Gly-Met-Glu-Cys-Ala-Phe-His-Arg-
a- baseando-se na seqüência de aminoácidos acima, onde você acha que podem ocorrer curvas ou dobras (?
b- onde podem ser formadas interligações dissulfeto?
c- considerando que esta seqüência faça parte de uma proteína globular maior, indique a localização provável (a superfície externa ou o interior de uma proteína) dos seguintes resíduos de aminoácidos: Asp, Ile, Thr, Ala, Gln, Lys.
Solução:
a- curvas ou dobras nos resíduos 7 e 19; resíduosde Pro na configuração cis acomoda-se bem nas curvaturas.
b- Cys nas posições 13 e 24 podem formar ligações dissulfeto.
c- Superfície externa: polar e resíduos carregados (Asp, Gln,Lys): interior: apolar e resíduos alifáticos (Ala, Ile); Thr, embora polar, tem um índice hidropático próximo de zero e assim pode ser encontrado na superfície externa como também na interna.
08)- Localização é tudo – Proteínas que se estendem de um lado ao outro de membranas biológicas, geralmente contêm hélices (. Sabendo que os interiores das membranas são muito hidrófobos, preveja quais tipos de aminoácidos estariam em tal hélice. Por que uma hélice ( é particularmente adequada para existir no ambiente hidrófobo do interior de uma membrana? 
Solução:
Os aminoácidos teriam de ser de natureza hidrófoba. Uma hélice ( é especialmente adequada para cruzar uma membrana porque todos os átomos de hidrogênio das amidas e todos os de oxigênio das carbonilas no arcabouço peptídico tomam parte em pontes de hidrogênio dentro da cadeia, estabilizando assim estes átomos polares em meio hidrófobo.
09)- Afinidade da mioglobina e da hemoglobina com o oxigênio –qual é o efeito das seguintes mudanças da afinidade do O2 com a mioglobina e a hemoglobina? a- uma queda do pH do plasma do sangue de 7,4 para 7,2. b- uma diminuição da pressão parcial de CO2 nos pulmões de 6 kPa (prendendo a respiração) para 2 kPa (normal). c- um aumento do nível de BFG de 5 mM (altitudes normais) para 8 mM (altitudes elevadas).
Solução:
a- nenhum para mioglobina; para hemoglobina a afinidade por O2 diminui.
b- nenhum para mioglobina; para hemoglobina a afinidade por O2 aumenta.
c- nenhum para mioglobina; para hemoglobina a afinidade por O2 diminui.
10)- Comparação da hemoglobina fetal com a materna - estudos do transporte de oxigênio na gravidez de mamíferos mostraram que as curvas de saturação de O2 do sangue fetal e do materno são acentuadamente diferentes, quando medidas sob as mesmas condições. Os eritrócitos fetais contêm uma variante estrutural da hemoglobina, HbF, constituída por duas subunidades ( e duas ( ((2(2), enquanto os eritrócitos maternos contêm a HbA ((2(2).
a- em condições fisiológicas, qual hemoglobina tem uma afinidade maior com o oxigênio, HbA ou HbF? Explique.
b- qual é o significado fisiológico das diferentes afinidades com O2?
c- quando todo o BFG é cuidadosamente removido de amostras de HbA e HbF, as curvas de saturação de O2 medidas (e conseqüentemente, as afinidades por O2) estão deslocadas para a esquerda. Entretanto, agora a HbA tem uma maior afinidade com o oxigênio do que a HbF. Quando o BPG é reintroduzido, as curvas de saturação de O2 voltam ao normal, como mostrado no gráfico. Qual é o efeito do BPG sobre a afinidade da hemoglobina com O2? Como é possível usar essa informação para explicar as diferentes afinidades de O2 da hemoglobina fetal e materna? 
Solução:
Solução:
a- Hemoglobina F.
b- Elas garantem que o oxigênio fluirá do sangue maternal para o sangue fetal.
c- O Bifosfoglicerato reduz a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. A observação que a curva de saturação da hemoglobina A apresenta uma maior deslocação, quando ligada ao BFG, do que a curva de saturação da hemoglobina fetal sugere que a hemoglobina A se liga ao BFG mais fortemente do que à hemoglobina F. 
11)- Cooperatividade da hemoglobina – em condições apropriadas, a Hb dissocia-se em sua forma de quatro subunidades. A subunidade ( isolada liga oxigênio, mas a curva de saturação de O2 é hiperbólica, e não sigmóide. Além disso, a ligação do oxigênio a uma subunidade ( isolada não é afetada pela presença de H+, CO2 ou BPG. O que essas observações indicam sobre a fonte da cooperatividade na hemoglobina?
Solução:
O comportamento da cooperatividade da hemoglobina decorre das interações entre as subunidades.
12)- Um jovem afro-americano de 20 anos de idade apresenta queixas de dor intensa nas costas e um diagnóstico de anemia falciforme é firmado. Nos pacientes com anemia falciforme, observa-se a presença de uma hemoglobina anormal, HbS. A hemoglobina consiste de 2 cadeias ( e duas cadeias (. A mutação falciforme produz a substituição de um ácido glutâmico na posição 6 da cadeia ( da hemoglobina normal (HbA) por uma valina, e a hemoglobina mutada recebe a designação de HbS. A freqüência estimada de anemia falciforme entre afro-americanos é de 1: 655 e em algumas regiões da África mais de 45% da população é portadora do gene da anemia falciforme. 
a- Explique os mecanismos bioquímicos responsáveis pela falcização das hemácias dos indivíduos acometidos pela anemia falciforme. 
b- Quando o hemolisado de um paciente é submetido à eletroforese, como se dá a migração da HbS em pH 8,6, comparada à da HbA?
Solução:
a- Os indivíduos atingidos por esta doença têm uma hemoglobina apenas ligeiramente diferente da normal. A hemoglobina humana dos adultos ou HbA é constituída por duas cadeias polipeptídicas (, comportando 141 aminoácidos e duas cadeias ( contendo 146 aminoácidos, cada uma ligada a um grupo heme. A análise das seqüências de aminoácidos das cadeias polipeptídicas da HbS contida nas hemácias falciformes (assim designadas devido à sua forma que lembra a de uma foice, facilmente distinguida das normais), revelou que a única diferença reside ao nível do 6( aminoácido (a partir da extremidade N-terminal) da cadeia, que é uma valina, enquanto no caso da HbA é um ácido glutâmico. Como existem duas cadeias para cada molécula de Hb, há portanto substituição de dois aminoácidos, num total de 574; esta diferença pode parecer insignificante, mas a substituição foi de um aminoácido polar (carregado negativamente em pH fisiológico) por um apolar. As conseqüências são trágicas, visto que a solubilidade da HbS desoxigenada torna-se extremamente baixa. Isto porque a posição do ácido glutâmico na forma desoxigenada (HbA) é importante para a estrutura tridimensional da hemoglobina ao interagir com o meio aquoso. O mesmo não acontece com a valina que é apolar, e neste caso, ocorre interação hidrofóbica entre resíduos semelhantes (contendo a valina) das cadeias de HbS, formando com isto, longos polímeros. Portanto, se a tensão de oxigênio diminuir, ocorrerá dentro da hemácia, a aglomeração das moléculas de hemoglobinas em uma espécie de gel ou cordão insolúvel que se precipita e deforma a hemácia resultando na falcização da mesma.
	
b- A mutação falciforme resulta em perda de duas cargas negativas na Hb tetramérica em pH 8,6. Por isto, a HbS migra mais lentamente do que a HbA em direção ao polo positivo, quando submetidas a uma eletroforese em pH alcalino ou em pH acima dos pHs isoelétricos destas hemoglobinas (( 7,0).
13)- Variantes de hemoglobina – há quase 500 variantes da hemoglobina, que ocorrem naturalmente. A maioria resulta da substituição de um único aminoácido em uma cadeia polipeptídica da globina. Algumas variantes produzem doença clínica, apesar de nem todas as variantes terem efeitos deletérios. A seguir é apresentada uma pequena amostra:
HbS (Hb falciforme): substituição de um Glu por uma Val na superfície.
Hb Cowtown: elimina um par de íons envolvidos na estabilização de estado T.
Hb Memphis: substituição de um resíduo polar sem carga por outro de tamanho semelhante na superfície.
Hb Bibba: substituição de uma Pro por uma Leu envolvida em uma (-hélice.
Hb Milwaukee: substituição de Glu por uma Val.
Hb Providence: substituição de uma Lys por uma Asn que, normalmente, se projeta para dentro da cavidade central do tetrâmero.
Hb Philly: substituição de uma Phe por uma Tyr, rompendo pontes de hidrogênio na interface (1(1. Explique suas escolhas para cada item a seguir:
a- a variante de Hb com menor probabilidade de causar sintomas patológicos.
b- a(s) variante(s) com maior probabilidade de mostrar valores de pI diferentes dos da HbA quando corridos em um gel de isoeletrofocalização.
c- a(s) variante(s) com maior probabilidadede mostrar uma diminuição da ligação de BFG e um aumento da afinidade geral da hemoglobina com o oxigênio.
Solução:
a- Hb Memphis
b- Hb S; Hb Milwaukee, Hb Providence, possivelmente Hb Cowtown.
c- Hb Providence.
01)- Uma criança de 7 meses caiu enquanto engatinhava, e agora apresenta inchaço em uma das pernas. Com um mês de idade, a criança teve fraturas múltiplas, com variados estados de cicatrização (clavícula direita, úmero direito e rádio direito). Aos 7 meses, a criança teve uma fratura no fêmur arqueado. Os ossos são finos, como uma fina trabécula. Um histórico familiar excluiu traumas não-acidentais (maus tratos) como causa das fraturas ósseas. Provavelmente, a criança tem um defeito no(a):
a)- fibrila; b)- colágeno tipo I; c)- colágeno tipo III; d)- colágeno tipo I; e)- elastina.
Solução: 
Letra b. A criança provavelmente tem osteogênese imperfeita. A maioria dos casos surge a partir de um defeito no gene que codifica o colágeno do tipo I. Os ossos, na maioria dos pacientes afetados, são finos, osteoporosos, às vezes arqueados, com um córtex fino e uma trabécula deficiente, e extremamente propensos a fraturas. Existem 4 tipos, mas os tipos I e II são responsáveis pela maioria dos casos. Esse paciente é afetado pelo tipo I, osteogênese imperfeita tardia. A doença se manifesta no início da infância, com fraturas secundarias e pequenos traumas. A doença pode ser prevista por meio de ultra-som pré-natal, pela detecção de fraturas ou arqueamento de ossos longos. O tipo II, osteogênese imperfeita congênita, é mais grave, e os pacientes morrem de hipoplasia pulmonar ainda in útero ou no período neonatal. Defeito no colágeno do tipo III é a causa comum da síndrome de Ehlers-Danlos, caracterizada por problemas vasculares letais e pele elástica. O colágeno do tipo IV forma redes e não fibrilas. (exercício do livro Bioquímica Ilustrada, Pamela – 2007).
14)- A bacteriorrodopsina é uma proteína púrpura de membrana – sob condições apropriadas, a bactéria apreciadora de sal Halobacterium halobium sintetiza uma proteína de membrana (Mr 26.000) conhecida como bacteriorrodopsina, as moléculas dessa proteína contêm retinal, por isso são de cor púrpura e agregam-se em “manchas púrpura” na membrana celular. A bacteriorrodopsina age como uma bomba de prótons ativada pela luz e serve para prover energia para as funções celulares. Análises com raios X dessa proteína revelam que ela consiste de sete segmentos em (-hélice dispostos paralelamente e cada um atravessa a espessura de 4,5nm da membrana celular. Calcule o número mínimo de aminoácidos necessários para que um segmento de (-hélice atravesse completamente a membrana celular. Calcule, também, a fração de bacteriorrodopsina que está envolvida em hélices transmembranas (use o peso molecular médio dos resíduos de aas igual a 110).
Solução:
30 resíduos de aminoácidos; 0,87.
3,6 .............. 0,54nm
 x ................ 4,5nm então x = 30
Portanto, 30aacs x 7 = 210 envolvidos nas 7 helices transmembranas. A proteína tem MM de 26000 que dividido por 110, terá então 237 aminoácidos. Então 88,6 % dos aacs estão envolvidos nas hélices.
05)- Há mais de 800 hemoglobinas mutantes humanas. Mutações podem causar instabilidade, levando a rápida degradação, alterações em afinidade por oxigênio ou oxidação mais rápida do Fe2+ do heme para Fe3+. Tudo isso altera a capacidade da hemoglobina desempenhar suas funções fisiológicas. Na mutação Hbcowtown, histidina 146 que contribui com 50% do efeito Bohr, é perdida. Explique a conseqüência desta mutação para o indivíduo.
Solução:
A conseqüência é que a afinidade por oxigênio é aumentada, devido a diminuição da ligação ao 2,3-bifosfoglicerato à hemoglobina desoxigenada. Assim a regulação da dissociação de oxigênio por prótons é diminuída, a conformação T é desestabilizada em relação à conformação R, e assim a afinidade por oxigênio é aumentada.(Devlin pg 356, 2006). 
11)- O que é hemoglobina glicosilada (HbA1c)? Explique este importante marcador clínico.
Solução:
A hemoglobina é glicosilada, não enzimaticamente, quando a glicose do sangue entra nos eritrócitos e as suas hidroxilas anoméricas reagem com os grupos amino presentes nos resíduos lisil e nos grupos aminoterminais. HbA1c pode ser separada da HbA por cromatografia de troca iônica, ou eletroforese. A fração de hemoglobina glicosilada, normalmente em torno de 5%, é proporcional à concentração de glicose no sangue. A medida de HbA1c, assim, proporciona informação útil para o controle do diabetes melitus. Desde que a vida média de um eritrócito é 90 a 120 dias, o nível de HbA1c reflete a média da concentração de glicose sangüínea pelo menos nos últimos 60 dias precedentes. Um nível de HbA1c elevado, que indica um controle deficiente do nível de glicose sangüínea, pode orientar o médico na seleção de um tratamento apropriado (ex.: um controle rigoroso da dieta, ou um aumento na dosagem de insulina.