Aula 2015.1 Ptn e Transporte de O2 Claudio

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Estrutura e Função de Proteínas
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Proteínas
São as macromoléculas mais abundantes, fazendo parte da estrutura de todas as células.
São instrumentos moleculares da informação gênica.
DNA RNA Proteína
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Apresentam uma variedade enorme, e desempenham diferentes funções biológicas.
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Estrutura (colágeno, queratina);
Transporte (hemoglobina, albumina);
Defesa (Imunoglobulinas);
Sinalização (receptores de hormônios);
Catálise enzimática (enzimas hepáticas);
Movimento (contração muscular);
Combustíveis (gliconeogênese).
Funções de Proteínas
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Aminoácidos
São as unidades monoméricas das proteínas 
Todos os aminoácidos possuem um grupo carboxil, um grupo amino, um Hidrogênio e um Grupamento Lateral ligados a um Carbono α (α-aminoácidos)
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Classificação dos aminoácidos pelo grupamento R
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Identificação dos carbonos nos aminoácidos
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Propriedades gerais dos aminoácidos
Em pH neutro os aminoácidos são dipolares, ou “zwitterions”:
 grupo amino protonado – NH3+ (íon amônio)
 grupo carboxil desprotonado – COO- (íon carboxilato)
pK=2
pK=9-10
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Estereoisomeria nos aminoácidos
Exceção: 
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Aminoácidos Proteinogênicos
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Aas não-proteinogênicos
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Ligação Peptídica
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Cadeia Polipeptídica
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Determinação da sequência de aminoácidos de uma proteína
DNA (genes)
RNA mensageiro
Proteína
Tradução
Transcrição
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Estrutura de Proteína
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A sequência de aminoácidos em uma proteína é chamada estrutura primária.
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Estrutura secundária
Arranjo espacial local dos aminoácidos dentro de uma cadeia polipeptídica.
α-hélice Folhas β Curvaturas β
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α- hélice
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Folhas β
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Curvaturas β
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Estrutura Terciária
É o arranjo tridimensional total dos aminoácidos na cadeia polipeptídica.
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Similaridade de sequência x estrutura
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As PrPs estão classificadas em dois grupos, de acordo com sua conformação.
PrPc – forma celular da proteína prion normal (fig. a).
PrPsc – forma scrapie com conformação diferente da proteína celular (fig. b).
A proteína infecciosa é capaz de mudar a forma da proteína celular irreversivelmente.
Doença da vaca louca - Príon
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Estrutura Quaternária
Algumas proteínas são formadas por mais de uma cadeia polipeptídica, ou subunidades, que podem ser idênticas ou diferentes. O arranjo das subunidades de uma proteína em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária.
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Dobramento Protéico
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Dobramento Protéico
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Dobramento Protéico
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Chaperonas x dobramento protéico
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Chaperonas x dobramento protéico
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Desnaturação
Alteração drástica na estrutura tridimensional nativa de uma proteína levando a alterações nas propriedades físico-químicas e perda de função biológica.
Pode ser causada por calor, ácidos ou bases fortes, solventes orgânicos, etc.
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Desnaturação pelo calor
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Desnaturação por alteração do pH
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Agentes Desnaturantes
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Muitos hormônios, antibióticos, antitumorais e antivirais são peptídios.
 Devem ser estocados em baixas temperaturas e não devem ser ingeridos com alimentos ácidos ou básicos.
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Transporte de O2: Mioglobina e Hemoglobina
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O O2 atmosférico não está em contado direto com a grande maioria das células e tecidos, além de ser um gás pouco solúvel em água.
Como o O2 chega a todas as células de todos os tecidos do corpo?
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Transportadores de O2
Hemoglobina: Eritrócitos Sanguíneos
Mioglobina : Tecido muscular 
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Os aminoácidos que formam a hemoglobina não são capazes de ligar diretamente o O2. 
Como resolver esse problema?
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O Fe2+ é capaz de interagir com o O2, sendo oxidado. Entretanto, nessa reação o Fe torna-se Fe3+, e perde a capacidade de interação com O2.
Além disso, a reação do Fe livre com H2O2 gera radicais livres prejudiciais aos componentes celulares.
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O Fe encontra-se no centro de uma estrutura complexa em forma de anel, uma protoporfirina, chamada de Heme.
Esta ligação inibe a transformação do Ferro ferroso (Fe2+) em férrico (Fe3+), e permite a ligação reversível do O2 ao Fe.
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O Heme funciona como grupo prostético para a Hemoglobina.
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O heme liga-se covalentemente a um resídulo de Histidina na molécula de Hemoglobina.
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Por que não usar heme livre como transportador de O2?
Porção hidrofóbica
Ação detergente nas membranas celulares.
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O Heme livre tem uma afinidade 20.000 vezes maior pelo CO do que pelo O2.
A afinidade do heme pelo CO cai de 20.000 para 200 vezes quando encontra-se ligado à hemoglobina.
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Efeito estérico: A presença da Histidina distal impede a ligação do CO com o Fe num ângulo reto. 
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Em circunstâncias onde a concentração de CO é mais alta que a de O2 pode ocorrer a ligação do CO com o Fe.
Garagem fechada
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A diferença na coloração do sangue arterial e venoso deve-se à ligação do O2 ao Heme: Vermelho escuro (desoxigenada) vermelho vivo (oxigenada). 
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Mioglobina
Armazena O2 em células musculares.
Possui apenas uma cadeia polipeptídica e um grupamento Heme.
Estrutura secundária formada de 8 α-hélices
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A grande abundância de mioglobina em músculos de mamíferos marinhos que mergulham permite que esses animais resistam a longos períodos submersos.
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Estrutura Terciária da Mioglobina
Azul: Carregados
Brancos: Polares
Amarelos: Apolares
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Hemoglobina
Presente nas hemácias sanguíneas.
Para melhor desempenhar seu papel no transporte do O2 as hemácias perdem seu núcleo e algumas organelas como mitocôndrias e retículo endoplasmático.
Sem núcleo são incapazes de se dividir e seu tempo de vida é de ~ 4 meses.
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Tetramérica (subunidades β e α);
Capaz de transportar até 4 moléculas de O2.
No sangue arterial a Hb está 96% saturada de O2
 e no sangue venoso que retorna para o coração apenas 64% de saturação. 
Cerca de 1/3 é liberado nos tecidos
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A Hemoglobina é uma proteína alostérica
A ligação de um O2 numa das subunidades leva a uma mudança conformacional que aumenta a afinidade das outras subunidades pelo O2 – ligação cooperativa.
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A ligação do O2 ao Fe leva a uma mudança de conformação do Heme, que desloca a posição da hélice na qual este heme está ligado.
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A hemoglobina liga O2 eficientemente nos pulmões e libera O2 eficientemente nos tecidos
Como ela faz isso?
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Transporte de CO2
O CO2 produzido no metabolismo celular deve ser transportado até os pulmões onde será liberado.
O CO2 também é transportado pela hemoglobina e esse transporte é influenciado pelo pH e pela pCO2.
anidrase carbônica
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O CO2 liga-se aos grupamentos amino-terminais das subnunidades da hemoglobina.
Esta ligação diminui a afinidade da Hemoglobina pelo O2.
O CO2 não liga-se ao Heme!
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A hemoglobina também liga-se a H+ produzidos no metabolismo.
Essa ligação também diminui a sua afinidade pelo O2.
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EFEITO BOHR
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O CO2 produzido pelas células nos tecidos leva à acidificação do meio.
Com o aumento da pCO2 e diminuição do pH a hemoglobina libera o O2 para o tecido.
No pulmão, a pCO2 é baixa e o pH mais alto, fazendo a hemoglobina liberar CO2, aumentar sua afinidade pelo O2 permitindo sua captação.
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BPG
A ligação do BPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2.
Em grandes altitudes, a concentração de BPG aumenta, fazendo com que a afinidade da hemoglobina pelo O2 diminua, facilitando a liberação deste nos tecidos.
A hemoglobina fetal tem menor afinidade pelo BPG e, portanto, maior afinidade pelo O2.
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Hemoglobina fetal
A hemoglobina fetal tem maior afinidade pelo oxigênio pois há uma substitui’cão das cadeias β por cadeias
γ.
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Anemia Falciforme
Nessa anemia o glutamato 6 das cadeias β é substituído por uma valina, um aminoácido com cadeia lateral apolar.
A hemoglobina de células falciformes (HbS) desoxigenada tem baixa solubilidade, formando agregados que deformam a célula.
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Anemia Falciforme
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Anemia falciforme x Malária
Distribuição da Anemia Falciforme
Distribuição da Malaria
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Colocar um slide a mais falando das regioes nao estruturadas
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O que acontece é que as proteínas começam a se dobrar durante os estágios de síntese, em vez de esperar que a síntese de toda a cadeia esteja completa. Isso limita a competição entre as conformações de dobramento entre bandas maiores.
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Além disso, algumas proteínas para atingirem o dobramento correto necessitam de um grupo de proteínas chamados de chaperonas. As chaperonas também chamadas de proteínas de choque térmico, interagem com o polipeptídio durante vários estágios do processo de dobramento. Algumas chaperonas são importantes para manter a proteína desdobrada até que sua síntese esteja terminada, ou agem como catalisadores aumentando a velocidade dos estágios finais no processo de dobramento e outras protegem regiões expostas mais vulneráveis,para que não formem dobramentos improdutivos.
Uma das chaperonas é a Hsp70, que é uma proteína que se liga as regiões que contêm resíduos de aminoácidos hidrofóbicos de proteínas que estão sendo sintetizada, antes de se dobrarem ou a proteínas que sofreram desnaturação, prevenindo agregação inapropriada...Já que os resíduos hidrofóbicos tendem a se agregarem no interior da proteína... 
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Proteínas que ainda não estão dobradas corretamente se ligam a Hsp60 (GroEL em bactérias), quando estão no interior da Hsp60 , moléculas de ATP e uma outra proteína chamada GroES (como se fosse uma tampa) ligam-se a Hsp60. Tanto a hidrólise dos ATPs e a ligação e desligamento de GroES promovem uma série de mudanças na conformação da Hsp60 que permitem que ela cause mudanças na conformação das proteína que não estava dobrada corretamente, adquirindo então a conformação correta.
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Mudança no pH por exemplo pode causar uma alteração na estrutura tridimensional e consequentemente inativar a proteína.
Exemplo da hemoglobina que sofre uma deformação na estrutura passando de uma estrutura ativa para uma inativa
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