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Para P1: Água . A estrutura da molécula da água possui 2 átomos de hidrogênio e 1 de oxigênio, mas pelo oxigênio ser mais eletronegativo, os elétrons ficam mais próximos do oxigênio, o que leva a uma carga parcial negativa próximo ao oxigênio e parcial positiva próxima ao hidrogênio. Assim, a água é um dipolo. A interação entre moléculas (principalmente orgânicas) e a água ocorre por ligações de hidrogênio (fracas). A água pode fazer até 4 ligações de hidrogênio dependendo da temperatura e pressão. Quando a temperatura está baixa há tendencia de mais ligações, em altas, a água entra em ebulição e a interação diminui. O átomo de hidrogênio só faz ligação de hidrogênio com um átomo eletronegativo se ele também estiver ligado a um átomo eletronegativo. É comum moléculas orgânicas polares realizarem ligações de hidrogênio. . A água pode interagir com os sais. As moléculas de água, por serem dipolos, interagem com os íons da solução com sal e geram íons hidratados. . Geralmente enzimas e os substratos são solúveis em água e então há participação da água nessa atuação, com reações químicas. As moléculas de água ficam organizadas em volta da enzima e do substrato, e quando há encaixa da enzima com o substrato, desorganiza-se as moléculas de água, assim, há o aumento da entropia, o que faz com que o processo ocorra de forma espontânea (por liberar energia e aumentar a entropia). [liberação de água organizada favorece a formação do complexo enzima-substrato] . As moléculas anfipáticas possuem partes que interagem com a água. Há uma organização das moléculas de água em torno dessas moléculas anfipáticas, não sendo espontâneo. Uma molécula anfipática, como um ácido graxo ao ser adicionado em água forma-se uma micela, a parte polar interage com a água. Embora os fosfolipídeos possuam uma cabeça polar, eles não formam micela, eles geram outra estrutura estável que é a bicamada fosfolipídica, sendo no interior hidrofóbico. . O oxigênio, o dióxido de carbono e nitrogênio são apolares possuiriam facilidade de passar no interior da membrana, mas não pela extremidade, ainda assim atravessam. Há uma solubilidade relativa em água, de acordo com baixas concentrações e pressões. . Para interagir com a água é necessário hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo, como a glicose, aminoácidos, glicerol, nucleotídeos. . Aminoácidos geralmente não são classificados como anfipáticos, pois não formam micela, nem bicamada. Contudo, apresenta regiões polares e apolares. . A interação hidrofóbica é uma interação indireta, pelo afastamento da água. Ácidos A + B--k1> C + D --k-1> Keq = produto/reagente . Um ácido forte se ioniza completamente em solução aquosa. . Um ácido fraco em solução aquosa se ioniza parcialmente. . pH = log 1/[H+] E pH + pOH = 14 . A medida que se coloca uma base, o Kw iria se alterar pelo aumento de [OH-]. Mas o Kw sempre é 10^-14, a medida que se coloca Oh- vai aumentar temporariamente, mas depois irá se ligar ao H+ para formar água, para que o produto não fique diferente de 10^-14. A adição de base retira prótons da solução e eleva o pH da solução. Em presença de ácido fraco, ele é capaz de liberar próton e repõe o próton que foi retirado com a adição da base. . O ácido acético funciona como doador de prótons. Alguns ácidos liberam com um valor de pH baixo e outros em pH alto e isso explicita a força de um ácido. Em valor baixo, é um ácido mais forte. Em valor em torno de 9, é pela força insuficiente para liberar um próton enquanto há próton no meio, ou seja, um ácido mais fraco. Então, ao colocar a base, o pH não subiu tanto como o esperado dado a reposição do próton pelo ácido (que foi perdido pela adição da base). . Da mesma forma que o ácido fraco pode liberar próton na solução para repor o que foi retirado pela adição de base para formar água e sal, o sal pode tirar próton da solução para formar o ácido. A titulação pode ser feita com uma base forte ou com um ácido forte. Forma-se um par conjugado ácido-sal que permite doar e receber prótons. . Ao adicionar base, só a partir de um determinado valor de pH a forma ácida começa a se converter na forma sal. A forma ácida começa a cair em termos de espécies presentes. Quando chega a 0, todo ácido se transformou em sal. Mas essa conversão só ocorre dentro de uma janela de pH que está relacionada com a força desse ácido. . Quanto encontra-se 50% de ácido e 50% de sal, o valor de pH é chamado de pKa. Esse valor define a força do ácido. Quanto menor o valor de pKa maior a força do ácido. Esse é o valor de maior capacidade de tamponamento. . Quando há 1 mol de ácido fraco, é necessário 1 mol de base forte (equivalente), para converte-lo em 1 mol de sal. Ka ou Kd é constante de dissociação de ácidos fracos ver slide 20 . Quando a concentração do aceptor de prótons for igual a do receptor de prótons, o pH vai ser igual ao pKa da solução. O valor do pH uma unidade acima ou uma unidade abaixo do valor de pKa é aceitável para o tamponamento. . Ácidos dipróticos liberam um próton por vez (atuam como tampão em faixas de pH diferentes) . Substâncias polares e carregadas possuem maior dificuldade de passar pela membrana dado a sua parte apolar. Como a forma ionizada se apresenta altera o valor de pKa que ela é melhor absorvida. Aminoácidos . Aminoácido é um ácido fraco que apresenta pelo menos dois grupos ionizáveis. Apresenta uma carboxila ácida e uma amina primária. Ainda, hidrogênio e um grupamento variável. Existem centenas de aminoácidos, mas somente 20 são de importância relativa a síntese de proteínas. Eles se dissociam e possuem capacidade de tamponamento. . A classificação possui 4 critérios. A carboxila ácida geralmente faz parte do primeiro carbono. O carbono alfa é o segundo carbono. O radical amina pode estar ligado ao carbono alfa, beta ou gama. Os que interessam para esse período são os alfa, pois há 20 que são utilizados para síntese de proteína, são os chamados aminoácidos padrão. . Dos 20 aminoácidos, 19 apresentam isomeria óptica. A maioria dos aminoácidos possuem moléculas quirais, ou seja possuem enantiomeria e desviam o plano da luz polarizada. A Glicina é o único que não apresenta isomeria óptica. L -> desviam para o lado esquerdo (maioria) D -> desviam para o lado direito . Os essenciais são através da dieta, os semi essenciais são oriundos de um essencial ou são essenciais apenas em um período da vida, os não essenciais são produzidos pelo organismo. Isso varia conforme a espécie. Proteínas de alto valor nutricional são as que são ricas em aminoácidos essenciais. . Quanto a polaridade da cadeia lateral podem ser apolares ou polares. Os polares podem ser não carregados ou carregados em pH 7 (positivamente ou negativamente). No entanto, os aminoácidos como um todo são todos polares. . Os de cadeia lateral não polares não possuem hidrogênio capaz de realizar ligação de hidrogênio com a água. Dentre eles, há a glicina, alanina, prolina, valina, leucina, isoleucina e metionina. A glicina é o mais simples. A prolina possui amina secundária (pode ser chamado de iminoácido). A valina, a leucina e isoleucina são essenciais para mamíferos. A metionina é essencial e possui enxofre na composição. . Os de cadeia lateral polar não carregada podem realizar ligações de hidrogênio. Os grupamentos polares não são capazes de se dissociar. A cisteina é produzida a partir da metionina e por isso é semi essencial. A tironina é essencial. Os aminoácidos que possuem hidroxila na cadeia lateral podemsofrer um processo chamado de fosforilação - uma reação química em que o radical fosforil é ligado a cadeia lateral da serina da tirosina e da treonina em uma ligação éster, esse processo é reversível é catalisado por proteínas quinases. É revertido por uma fosfatase que retira o radical fosforil. É uma forma muito importante de controlar as funções delas. Tem pontos específicos para acontecer A cisteína pode apresentar-se na forma reduzida ou oxidada. . Os de cadeia lateral carregada positivamente em pH 7 são a lisina, a arginina e a histidina. A lisina e a histidina são essencial e a arginina semiessencial (porque durante a infância é essencial pela quantidade produzida insuficiente). . Os de cadeia lateral carregada negativamente em pH 7 são o aspartato e o glutamato. . Os de cadeia lateral aromático absorvem energia em comprimentos de onda ultravioleta (mais baixo e de maior energia). . Resíduos de cisteína é uma cisteína dentro de uma cadeia polipeptídica. Em cisteínas livres não ocorre oxidação. Uma ponte dissulfeto podem ser formadas pela oxidação. . Alguns aminoácidos existem por modificações químicas de proteínas, possuem funções especiais (não realizam síntese de proteínas). . O pKa e o PI são valores de pH que geram informações diferentes. O pKa dá informação da capacidade de dissociação ou de tamponamento de um ácido fraco. E o ponto isoelétrico (PI) não gera capacidade de tamponamento, serve para informar a carga elétrica (a carga da cadeia lateral é diferente da carga do aminoácido). . A capacidade de tamponamento é máxima quando se tem quantidades iguais de doador e aceptor de prótons, o que ocorre em certo pH. A medida que se afasta desse pH, aumenta-se a proporção de um ou de outro (sal ou ácido), então a capacidade de tamponamento vai diminuindo. Uma capacidade razoável de tamponamento pode variar no máximo uma unidade acima ou uma unidade abaixo de pH (isso significa ter 10 vezes mais ou 10 vezes menos). . Ponto isoelétrico é o valor de pH em que o aminoácido tem carga líquida zero. . Baseado em diferença de cargas é possível separar aminoácidos. Sabendo o ponto isoelétrico é possível saber qual a carga que terão em diferentes valores de pH. Abaixo do ponto isoelétrico, migra ao polo positivo, acima do ponto isoelétrico, miga ao polo negativo. A eletroforese separa moléculas pela diferença de cargas em um campo elétrico. . A cromatografia em fase líquida: a resina em água hidrata e forma um gel e no topo há uma mistura de aminoácidos. A medida que a fase liquida percorre arrasta os aminoácidos e os separam de acordo com sua interação com a coluna. Os que interagem mais (por ter carga oposta) ficam mais tempo retidos). . A cromatografia em fase gasosa Proteínas . Os aminoácidos se unem covalentemente para formar um polímero linear, as proteínas tem sua função diretamente relacionadas a sua função tridimensional. Como ela chega a sua forma unica necessária? Existem proteínas fibrosas e globulares. . Os ácidos nucleicos e proteínas são moléculas que contem informação química. A sequencia de nucleotídeos define o gene que será usado para formação do RNAm (transcrição) que com os ribossomos formará as proteína (tradução). . A mudança de um nucleotídio no DNA, gera uma mudança no RNAm e nas proteínas, alterando suas funções. . Existem diferentes critérios para classificação de proteína quanto a função biológica: enzimas, de transporte, nutrição (geralmente não funciona como armazenamento nutricional), contráteis, defesa, regulatórias e estruturais (as proteínas fibrosas são insolúveis em água e participam de estruturas.) Ps: as globulosas geralmente formam dispersões coloidais . Quanto a cadeia: Monomérica - proteína com 1 cadeia polipeptídica (subunidade ou protômero) Dimérica 2 Trimérica 3 Tetramérica 4 . Quanto a composição: Simples - só aminoácidos Grupo protético é a parte que não é aminoácido do ligado covalentemente a proteína Proteínas globulares Estrutura primaria . Sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas, apenas por ligações covalentes e pontes de sulfetos.O numero de ligações peptidicas vai ser sempre o número de resíduos de aminoácidos menos 1. O termo peptídio é usado como sinônimo de proteínas que possuem cadeias pequenas. Aminoácido é aquele que tem a alfa amina e a alfa carboxila livres, se esses grupamentos formarem ligações com outros aminoácidos, nomeia-se resíduos de aminoácidos, ou seja, resíduo de aminoácido é quando ele faz parte de uma cadeia polipeptídica. A representação da sequencia é definida pela primeira letra de cada aminoácido. Ps: No ribossomo, quando ocorre a síntese de proteína, ela termina com a alfa carboxila livre (resíduo c terminal). Começa com a m terminal. M terminal para c terminal é o sentido de síntese. . Uma ligação covalente simples gera movimento de rotação enquanto a ligação dupla não gera movimento. Dessa forma, a ligação peptídica eh o ponto da cadeia onde existe restrição de movimento. A dupla de ligação ta ora com oxigênio e ora com nitrogênio, gerando uma ressonância que cria um dipolo (oxigênio é mais eletronegativo que o nitrogênio). Assim, é possível interações entre ligações peptídicas pela formação de ligações de hidrogênio. . A ligação peptidica eh formada por condensação, com a retirada de uma molécula de H2O. Pode ser quebrada por hidrolise. . Isômeros geométricos são característicos de um tipo de isomeria, a esterioisomeria, possuem os mesmos tipos de radicais com configurações diferentes. Pode ser trans (planos opostos a dupla ligação) ou cis (mesmo plano em relação a dupla ligação). [o cis gera uma curva]. Existem enzimas chamadas de cis trans isomerases que convertem uma estrutura de cis para trans e vice versa. . O avanço no estudo se deu a partir de um método de sequenciamento de proteínas (e DNA). A primeira proteína que teve sua sequencia de aminoácidos definida eh a insulina. Estrutura secundária . A estrutura linear começa a se dobrar sob ela mesma. Ela é observada em segmentos da cadeia polipeptídica e é formada por ligações de hidrogênio. Elas formam 3 tipos principais: alfa hélice, folha beta pregueada e a volta beta. As 3 se apresentam de forma regular. . A estrutura helicoidal (alfa hélice) é formada por ligações de hidrogênio entre as ligações peptidicas. Nessa estrutura, as cadeias laterais ficam voltadas para o exterior propiciando posteriormente a interação entre elas para formar a estrutura terciária. As hélices podem ter dois tipos de isômeros diferentes. O tipo right handed é o tipo usual das proteínas. A distancia de um resíduo de aminoácido ao outro eh de 3,6 resíduos por volta, em media. . O mesmo tipo de interação química que estabiliza a alfa hélice estabiliza a beta. Mas a folha beta pregueada possui ligações de hidrogênio mais distantes que a alfa hélice. A orientação da cadeia define uma cadeia paralela ou antiparalela. . A volta beta é dada pela mudança de trans para cis (gera uma curva na cadeia ) devido a atuação de uma isomerase cis trans. . O que determina qual estrutura ura secundaria vai ser apresentada é a estrutura primaria, ou seja, a sequencia de aminoácidos. As interações químicas entre as cadeias laterais podem desestabilizar uma estrutura alfa hélice ou folha beta devido as cargas. Estrutura terciária . É a interação não covalente (ligação de hidrogênio, iônica, van der walls, hidrofóbicas) entre as cadeias laterais da cadeia polipeptidica, apos as ligações de hidrogênio entre as ligações peptidicasque geraram a estrutura secundaria. . A difração de raio x em cristais é uma técnica. A proteína deve estar pura em solução aquosa e a partir do momento que inicia-se a desidratação forma-se cristais. Em alguns deles há uma total simetria o que significa que todas as proteínas se arranjaram da mesma forma. Ao incidir um feixe de raio x no cristal e medir o angulo de difração junto a distancia, é possível saber a posição de cada átomo que forma a cadeia polipeptídica e propor a estrutura tridimensional. . Na desnaturação há a quebra de todas as ligações não covalentes (as covalentes permanecem embora seja possível quebra-las também), o que provoca a perda de função das proteínas. Ele provocou a quebra da ligação de sulfeto e colocou na presença de ureia rompendo as ligações peptidicas e a estrutura secundaria. Apos retirar os agentes desnaturantes, com um processo de dialise e concluiu que a atividade havia sido recuperada. Isso provou o valor da informação das estrutura s primarias. Contudo, ha diversos processos de desnaturação que são de fato irreversíveis. Estrutura quartenária . Para uma proteína com mais de uma cadeia polipeptídica há interações entre as cadeias laterais das subunidades diferentes, ou seja, interações não covalentes intercadeia (entre as cadeias polipeptidicas) Ps: Toda proteína, assim como os aminoácidos, tem um ponto isoelétrico, no qual a carga liquida é zero. Acima do PI é negativo e abaixo positivo Processo de enovelamento . O colapso hidrofóbico: os resíduos de aminoácidos não polares vão para o interior da estrutura globular e os polares permanecem na superfície para interagir coma água e garantir um grau de solubilidade. Processo hierárquico: para que ocorra o enovelamento correto, deve ocorrer em etapas. Primeiro há a formação do núcleo (estrutura supersecundaria) na qual os grupos repelem-se ou aproximam-se. A medida que a proteína vai sendo sintetizada os resíduos de aminoácidos vão interagindo aleatoriamente e alguns interagem de forma que leva a um desencadeamento de consequências, o que gera a estrutura beta- alfa-beta. A partir disso, os grupos que precisam interagir ou se repelir o fazem mais facilmente. No final do processo, defini-se uma estrutura terciaria. Algumas proteínas possuem domínios. E os domínios podem ser funcionalmente independentes. Proteínas da membrana . Não são solúveis. Ha um predomínio de aminoácidos com cadeia lateral apolar. Possuem domínios hidrofóbicos e hidrofílicos (para que haja o transporte). São transportadoras de moléculas ou receptoras. Proteínas fibrosas . Queratina é sintetizada por queratinócitos, importante para cabelo unhas e chifres. Forma uma alfa hélice do inicio ao fim. Há uma sobreposição da estrutura secundária e terciaria, por isso, não é costume classificar as proteínas fibrosas dessa maneira. A queratina forma uma cadeia dupla e as duas interagem e formam a protofibrila e a união desta s forma proto filamento, todas essas interações são entre as cadeias laterais. No cabelo, com um agente redutor quebra-se as ligações de sulfeto e se tem as cadeias laterais livres, com as ligações reduzidas, muda-se a sua forma e promove se a oxidação e as ligações de sulfeto que se formam são diferentes das originais. . As fibras de colágeno aparecem em tecidos conjuntivos. A hidroxe lisina e a hidroxe prolina são amainoacidos hidroxilados. O colágeno precisa ter lisina e prolina hidroxilados. As enzimas que realizam isso precisam ter a vitamina C como co fator. Proteínas conjugadas . Proteínas conjugadas são aquelas que possuem alguma molécula que não seja aminoácido (um grupo prostetico é quando este nao aminoácido esta ligado fortemente por uma ligação covalente). Lipoproteínas (possuem lipídios), glicoproteínas (possuem carboidratos), fosfoproteínas, flavoproteínas (possuem fad), metaloproteínas (possuem íons metálicos) Proteínas no corpo humano . A hidrolise enzimática de proteínas são feitas por proteases. A protease quebra ligaçoes peptidicas especificas. As endopeptidases sao aquelas que quebram ligações internas da cadeia polipeptídica. As exopeptidades quebram as ligaçoes da amino terminal ou carbono terminal fazem os peptídios diminuem os peptidios de tamanho pra terminar o processo de digestão . Há diferentes métodos de imunodetecção. Em alguns casos a imunodetecçao de uma proteína pode ser importante para o diagnostico de uma doença viral, de um hormônio, de gravidez. Enzimas . As vias metabólicas são caminhos, mas para entender o controle dessas vias é preciso entender as enzimas. Nomenclatura e classificação . O sufixo ase dá a ideia de enzima, e na frente há o nome do substrato ou uma palavra que descreve sua atividade. As enzimas possuem uma criterio oficial de classificação, um criterio hierarquico. São 3 níveis diferentes. ** O número composto por 4 algarismo. O primeiro refere-se a primeira classe, o segundo refere-se a subclasse, o terceiro e o quarto mostra o grupamento da molécula que recebe o radical fosforil . Algumas enzimas necessitam de adicionais para funcionar, os cofatores. Alguns são íons metálicos e outros coenzimas. . Coenzima é uma molécula orgânica ou metalorgânica complexa. Os fatores podem estar ligados covalentemente sendo chamados de grupo prostético. As vitaminas hidrossoluveis atuam como cofatores de enzimas do tipo transferases. Apoenzima é a parte proteica de uma proteína conjugada. Holoproteína é a parte proteica com o grupo protéstico. Isoenzima são enzimas que catalisam a mesma reação, possuem características cinéticas ou regulatórias diferentes. Enzimas catalisam reações em condições compatíveis com a vida. São estereoseletivas, elas usam um tipo de isômero como substrato e só geram um tipo de isômero como produto. As enzimas são capazes de acoplar reações endergônicas (depende de energia), de forma não espontaneamente, e reações exergônicas (libera energia), de forma espontaneamente. A atividade de algumas enzimas é passível de controle e a velocidade da reação depende delas . A energia livre é formada usando a unidade Gibbs. Para uma reação acontecer deve-se romper a barreira energética. A energia de ativação é a energia necessária para que o substrato atinja o estado de transição da reação. ** equações . Condição padrão em relação aos reagentes é necessário que haja 1 molar de reagente e 1 molar de produto (há outras condições padrões, como temperatura) . Endergônica depende de energia e endotérmica depende de calor especificamente. . Uma reação que ocorre com maior liberação de energia é aquela que tem menor variação de energia livre (delta G). . Para uma reação endergônica ocorrer espontaneamente ela precisa estar acoplada em uma reação exergônica. . O papel da enzima é reduzir a energia de ativação necessária para atingir o estado de transição de uma reação. . A enzima não altera o equilíbrio da reação. Modelo chave fechadura (fisher) . Uma enzima tem o seu sítio ativo, onde o substrato se liga. Nesse modelo, acreditava-se que a enzima aumenta a velocidade da reação por orientar e aproximar os substratos. Modelo barra de ferro imã . Sítio ativo é complementar ao estado de transição da reação. Modelo do ajuste induzido pelo substrato . A medida que os substrato começa a interagir com a enzima, um sítio ativo complementar ao estado de transição vai se formando. Uma característica importante da maioria das enzimas é que suas atividades não são constantes, mas podem sermoduladas. Ou seja, as atividades das enzimas podem ser reguladas para que funcionem de forma adequada às necessidades fisiológicas variadas que possam surgir durante a vida da célula. Modificações . A quantidade de enzimas depende da transcrição, da estabilidade do RNAm, da tradução, da sinalização por agentes extracelulares e pela taxa de degradação da enzima. As enzimas podem ser fosforiladas e desfosforiladas. Podem se tornar ativas ou inativas por modeladores alostéricas (reage de forma não covalente) e por codificação covalente da enzima Inativação irreversível é quando há quebra da ligação peptídica Reversíveis . Quando ocorre modificação na estrutura covalente (geralmente atende a necessidade do organismo como um todo): fosforilação, principalmente (a quinase catalisa a fosforilação e a fosfatase catalisa a desfosforilação, elas não ficam ativas o tempo inteiro, são controladas por hormônios) Não covalente (geralmente atende as necessidades da própria célula): Alosteria e a associação com proteínas Alostérica: o modelador alostérico ao ligar no sitio alostérico gera uma instabilidade na enzima e em resposta ela assume outra forma A ligação da molécula reguladora muda a conformação da proteína, que por sua vez altera a forma do sítio ativo e sua atividade catalítica. No caso da treonina deaminase , a ligação da molécula reguladora (isoleucina) inibe a atividade enzimática. Em outros casos, moléculas regulatórias podem servir como ativadores, estimulando, em vez de inibir a enzima alvo. Associação de proteínas: a subunidade regulatória inibe a catalítica. . Inibição por feedback: produto final de uma via pode inibir a produção dele próprio se ele estiver em alta concentração. O produto de uma via metabólica inibe a atividade de uma enzima envolvida na sua síntese. Por exemplo, a isoleucina é um aminoácido sintetizado por uma série de reações a partir do aminoácido treonina. O primeiro passo na via é catalisado pela enzima treonina desaminase, que é inibida por isoleucina, o produto final da via. Assim, uma quantidade adequada de isoleucina na célula inibe a treonina deaminase, bloqueando a síntese de isoleucina. . Sempre há uma população de enzimas e essa população varia entre a forma ativa e inativa da enzima. Isso vai ser proporcional ao modelador que pode ser um ativador ou um inibidor. A maioria das enzimas alostéricas tem essa capacidade que o ativador se liga em apenas um dos sítios de uma das subunidades e isso interfere em outra subunidade, não só a com ligação. . Quando o modelador é igual ao substrato é holotrófica, se diferente é heterotrófica . A enzima tensa (T) é aquela que tem baixa afinidade pelo substrato, a foma relaxada (R) tem alta afinidade pelo substrato. O ativador se liga no sitio alostérico da forma T para forma R, facilitando a ligação com o substrato. O inibidor se liga na forma R que passa para forma T. Modificação covalente Fosforilação Adenilação Uridilação Metilação (radical metil para a cadeia lateral) . O sistema de ubiquidinação serve para degradar enzimas dentro da célula (que possuem vida menor que a da célula) Atividade das enzimas também podem ser regulada por modificações covalentes, tais como a adição de grupos fosfato a resíduos de serina, treonina ou tirosina. A fosforilação é um mecanismo muito comum na regulação da atividade enzimática, a adição de grupos fosfato estimula ou inibe as atividades de muitas enzimas. Por exemplo, células musculares respondem à epinefrina (adrenalina) quebrando o glicogênio em glicose, fornecendo assim energia para a atividade muscular aumentada. A quebra do glicogênio é catalisada pela enzima Glicogênio Fosforilase, que é ativada por fosforilação em resposta à ligação de epinefrina a um receptor na superfície da célula muscular. Fosforilação de proteínas desempenha um papel central no controle de muitas outras funções celulares, incluindo o crescimento e diferenciação celular. Particularidades das enzimas . Toda enzima tem seu pH ótimo e sua temperatura ótima. Ao mudar o pH, muda-se a carga das cadeias laterais dos aminoácidos e muda a interação entre eles, o que altera a organização. A temperatura desestrutura a estrutura terciaria, mas em baixas temperaturas geralmente a atividade cai é pela formação de cristais Cinética enzimática . Os parâmetros cinéticos são o Km e velocidade máxima da reação. A partir da concentração de substrato e da velocidade da reação é possível analisar esses parâmetros. E sabendo como os parâmetros funcionam é possível entender como as drogas interferem neles, compreendendo princípios da farmacologia. . Enzima livre com substrato livre se unem para formar o complexo enzima substrato. Posteriormente o substrato se converte em produto no sítio ativo da enzima e em seguida desprende-se. . K1 demonstra a taxa de associação e K^-1 a taxa de dissociação. A razão entre as duas é a constante de associação ou dissociação dependendo da direção da reação. . A enzima não é consumida no processo . A concentração de enzima total refere-se ao complexo enzima substrato + enzima livre . De um modo geral a concentração de substrato é sempre muito maior do que a de enzima. . A concentração de enzima livre não cai a 0 porque a concentração do complexo enzima substrato depende dela e se houver substrato na reação, nunca haverá somente a enzima livre. . Toda reação química possui uma constante de equilíbrio. Há sempre uma razão entre produto e substrato, portanto, a concentração de nenhum dos dois pode ser zero. . O equilíbrio é sempre dinâmico, isso significa que a velocidade de formação de produto e a conversão de produto em substrato tornam-se equivalentes, contudo, a reação não para. . A velocidade da reação será sempre proporcional a concentração do complexo ES e K2 (ES --K2--> E + P) - etapa limitante da reação. Se a velocidade de conversão de substrato em produto chega a 0, a concentração do complexo ES torna-se estável. Qualquer coisa que promova o aumento da concentração de ES, aumenta a velocidade. . Se a concentração de ES for máxima (se formou a quantidade máxima de ES levando em consideração a quantidade de enzima disponível - nunca 100% já que há uma razão), haverá a velocidade máxima da reação. . A velocidade da reação pode ser visualizada pela reta tangente a curva em um gráfico produto x tempo . . Conforme aumenta-se a concentração de substrato, aumenta-se também a velocidade reação, contudo, até um limite, já que a enzima chega a a satura. E a velocidade se reduz ao longo do tempo conforme o substrato transforma-se em produto. A relação entre velocidade e concentração do substrato não é linear. . O alcance do equilíbrio demora mais conforme há mais substrato. . A velocidade inicial de reação (V0 ou Vi) é analisada sob a condição de um intervalo de tempo em que o consumo de substrato seja inferior a 5% . A relação entre V0 e [s] em um gráfico é de hipérbole retangular. . Na velocidade máxima teórica nota-se a concentração de complexo ES máxima. Enquanto na experimental, é considerada a constante de dissociação do complexo ES, não havendo exatamente 100% de ES. . Km é a quantidade de substrato que permite chegar até a metade da velocidade máxima da reação. É possível provar que matematicamente Km é o produto de constantes catalíticas. . K1 é a taxa de conversão de enzima mais substrato gerando o complexo enzima-substrato. K-1 é a taxa de quebra do complexo enzima-substrato gerando enzima mais substrato. K2 é a taxa de quebra do complexo ES liberando enzima mais produto.. Para E + S --K1---> ES --K2---> E + P <--K^-1-- <--K^-2-- Se K2 for também menor que K^-1, temos o equilíbrio rápido (ou seja, a formação e a quebra do complexo ES). K2 é o fator limitante da velocidade da reação. Em condições de velocidade inicial da reação, K^-2 é desprezível pois [P] é extremamente baixa. A velocidade da reação será sempre proporcional a [ES], portanto, em condições de velocidade inicial, v0 = k2 [ES]. Quando k^-1 >>> K2, temos o equilíbrio rápido, onde Ks = k^-1/k1, neste caso, E, S e ES entram rapidamente em equilíbrio, quando comparado a velocidade de quebra do complexo ES em E+P, portanto, Ks pode ser considerada uma medida da afinidade da enzima pelo substrato, quanto maior a afinidade, menor será seu valor. . K2 é sempre menor que K1, se K2 estiver na mesma ordem de grandeza de K^-1 temos o estado estacionário da reação. Ou seja, se a velocidade com que ES forma E + P é próxima aquela em que este se dissocia de volta a E + S, então E, S e ES não estarão em equilíbrio, ou seja, K2 é comparável a K^-1. . Matematicamente, Km = K-1 + K2/K1 . Para derivação da equação da velocidade, partiu-se de uma premissa: no equilíbrio, a taxa de formação do complexo ES é igual a taxa de quebra de ES. . A equação que define a hipérbole retangular da relação da velocidade com a concentração de substrato é: V0 = Vmax [S]/ Km + [S]. . Quando a velocidade inicial é metade da velocidade máxima [S] = Km . A hipérbole retangular de associação de substrato com a velocidade é experimental. O inverso de uma hipérbole retangular é uma reta. Em uma situação com uma concentração infinitamente alta de substrato, 1/S = 0, é possível atingir o inverso da velocidade máxima teórica. O Km é o dobro do inverso da velocidade máxima. Quando 1/v0 é igual a 0, x = -1/Km. Mecanismos de inibição enzimática . Dependendo da forma que o inibidor afeta os valores de Km e Vmáx é possível definir qual é o tipo de inibidor. . Inibidores irreversíveis: compostos organofosforados inibidores da acetilcolinesterase (anticolinesterásicos), DFP (diisopropil fluorofosfato), gases dos nervos (tabun, sarin e soman), inseticidas (paration, fention, malation diazinon) . Reversível: base da terapia antiviral, antibiótica e antineoplásica moderna. Pode ser competitiva (antibiótico sulfanilamida, antiretrovirais análogos de nucleosídeos ou nucletídeos usados na terapia anti- HIV), não competitiva (antiretrovirais não análogos de nucleosídeos ou nucleotídeos usados na terapia anti- HIV) e acompetitivo (incompetitivo) . Quando o inibidor é irreversível ele se liva a enzima e não se desliga mais, ligação forte, covalente, a atividade catalitica na célula só voltaria se houvesse uma nova síntese das enzimas. Muitas das vezes funcionam como venenos. Os inceticidas são inibidores da acetilcolinesterase, ao se ligar, impede a degradação da acetilcolina e ela fica estimulando na placa motora a célula muscular, levando a morte. As enzimas das células dos mosquitos possuem maior afinidade por essas substâncias, assim, com uma menor concentração, é possível afetar os mosquitos e não aos humanos. Outras drogas, como o gás Sarin, possui maior afinidade pela enzima humana. . Há uma constante de equilíbrio da ligação do inibidor com a enzima que define a constante de dissociação do complexo enzima-inibidor. . É importante distinguir os inibidores fisiológicos. O ATP, por exemplo, pode se ligar alostericamente a uma enzima para impedir a síntese de ATP, agindo como um inibidor natural. O modulador alostérico só se liga no sítio alosterico se estiver em alta concentração (em um nível de ATP baixo haveria o desligamento do sítio alostérico e voltaria haver síntese). . Nos irreversiveis é suficiente um único contato com uma droga para desativar uma enzima permanentemente. . Nos reversíveis, os inibidores geram alterações não covalentes. Dessa forma, o efeito passa conforme há expelimento pela urina e consequentemente há a redução da concentração. Os reversíveis são a base da terapia antiviral, antibióticos, tratamentos para câncer. Um inibidor de acetilcolinesterase reversível pode ter um uso terapêutico. Dentre os reversíveis, é possível classificar em competitivos, não competitivos, acompetitivos e mistos (explicação destes apenas no livro) . . O inibidor não competitivo não se liga ao sítio ativo da enzima, ou seja, nao compete com o substrato pela ligação com o sítio ativo. O inibidor se liga em uma outra parte da enzima e muda a estrutura do sítio ativo de forma que o substrato liga, porém, ele não é convertido em produto. . O não competititivo e o acompetitivo interferem na conversão do substrato em produto. . O inibidor ao se ligar a enzima forma o complexo EI. . Km é uma constante que informa a afinidade da enzima frente ao substrato. Se o inibidor se liga no mesmo sítio do substrato, afeta a afinidade da enzima pelo substrato, reduz a afinidade, dessa forma, o inibidor aumenta o Km. . Em uma inibição competitiva, s e houver uma concentração fixa de inibidor e uma concentraçao fixa de enzima, é possível atingir a taxa de velocidade máxima que haveria na ausência de inibidor, já que é possível aumentar a quantidade de substrato. (contudo, haveria a alteração do Km). . A velocidade máxima aparente é a velocidade na presença do inibidor. . No não competitivo a enzima se liga no substrato formando ES e a enzima se liga no inibidor formando EI. O complexo ternário é quando o substrato se liga no complexo enzima-inibidor. Quando se forma, gera impacto no parametro cinético. Em relação a velocidade máxima na presença do inibidor: não é possível atingir valor igual a velocidade máxima na ausência de inibidor, já que mesmo aumentando a concentração de substrato, não inibirá a formação de ESI, o qual não gera produto (sempre haverá parte da porcentagem da enzima nesse formato). Ou seja, o inibidor reduz a velocidade máxima. Esse tipo de inibidor não interfere na afinidade da enzima pelo substrato, então não há alteração de Km. . Os acompetitivos são contrários dos competitivos. O inibidor não se liga a enzima livre, só se liga ao complexo ES e forma o complexo ternário, o qual não gera produto e força a ligação do substrato do sítio ativo da enzima. O inibidor interfere na afinidade da enzima pelo substrato, aumentando, já que favorece a ligação do substrato no sítio ativo da enzima. O Km é reduzido na presença do inibidor. A velocidade maxima é reduzida na presença do inibidor. . As enzimas não modificam quimicamente os inibidores. . As enzimas kamelianas seguem uma hiperbole retângular , enquanto as enzimas alostericas seguem uma cinética sigmoide. O modulador de classe v é refererente a Interferencia em uma enzima alosterica que não interefere nos valores de km, só nos valores da velocidade maxima. Aspectos gerais da digestão e absorção de nutrientes - Digestão e absorção de carboidratos . Quanto ao sistema digestório, é possível distinguir animais poligástricos (ruminantes, os quais são herbívoros) de monogástricos (não ruminantes, os quais podem ser herbívoros, carnívoros e onívoros). . Os nutrientes podem ser digeríveis ou não digeríveis (fibras, principalmente celulose e pectinas). . Os nutrientes podem ser macronutrientes como os carboidratos, as proteínas e os lipídeos ou micronutrientes (não passam pelo processo de digestão, são absorvidos) como os sais minerais e as vitaminas. . Primeiramente há o processo físico de mastigação e o processo químico pelas glândulas salivares, na boca, as quais liberam amilase (ptialina) junto ao fluidosalivar, começando a digestão do amido. Em seguida, ao passar pelo esôfago, chega ao estômago, a amilase não possui mais atividade e há a secreção de ácido clorídrico (HCl) - pH 2 - permitindo a desnaturação das proteínas e a atuação da enzima pepsina (a qual é secretada como zimogênio - o pepsinogênio - assim como todas as proteases) sobre a quebra dessas proteínas. O quimo chega ao intestino delgado, há a secreção oriunda da vesícula biliar (ácidos biliares produzidos no fígado a partir do colesterol e posteriormente lançados pelo ducto biliar) e do pâncreas (função exócrina para digestão - é lançada pelo ducto pancreático). Na secreção pancreática há o bicarbonato, o qual é importante para poder aumentar o pH do bolo alimentar, há também as proteases e a lipase (secretada na forma inativa - a pró lipase). Assim, no intestino delgado começa a digestão de lipídios, primeiro com a emulsificação e posteriormente com a ação das lipases. A protease enteropeptídase/enteroquinase é importante para ativação do tripsinogênio em tripsina, promovendo a ativação de outras proteases e da lipase. Na porção mais distal do intestino delgado há um grupo de enzimas chamadas ectoenzimas - são enzimas presas na membrana da célula voltadas pro exterior da célula, a atividade catalítica também, ficam na superfície luminal - são responsáveis pela quebra de peptídeos pequenos em aminoácidos e de carboidratos menores em monossacarídeos. No terço final do intestino delgado há reabsorção dos sais biliares, do cloreto de sódio (NaCl) . Glândulas salivares: elaboração de fluido e amilase salivar/ptialina . Estômago: elaboração do HCl e pepsinogênio . Pâncreas: elaboração do NaHCO3, lipases e proteases . Fígado: elaboração dos ácidos biliares . Vesícula biliar: estocar e concentrar (desidratar) a bile . Intestino delgado: termina o processo de digestão dos alimentos e há a absorção de nutrientes nas suas formas mais simples, monossacarídeos, aminoácidos (é possível encontrar a absorção de dipeptídeos, ou até maiores, contudo, é raro) e eletrólitos. . Intestino grosso: continua a absorção de eletrólitos . Todas essas glândulas que secretam esses produtos elas sofrem ação de estímulos - os secretagogos - substâncias que estimulam a secreção de enzimas, eletrólitos, ácidos ou bases. + Em relação as glândulas salivares, para secreção da amilase salivar/ptialina junto ao fluido com NaCl, há a atuação da acetilcolina (mostra o envolvimento do sistema colinérgico) e catecolaminas (mostra o envolvimento do sistema adrenérgico). + Em relação ao estômago, para secreção de HCl e pepsinogênio, há a atuação da acetilcolina e da gastrina para o pepsinogênio e a atuação da histamina para secreção de HCl, através do receptor H2. (Ps: se um paciente tiver uma gastrite resultante de um excesso de histamina estimulando a secreção de HCl, a utilização de um antagonista do receptor H2 poderá inibir a liberação de HCl no estômago, porque impede a ligação da histamina no receptor, inibindo a secreção que ela estimula) + Em relação ao pâncreas, para a secreção, nas células acinares do pâncreas, de lipases e proteases junto ao NaCl, há a atuação de acetilcolina, colecistocinina e secretina, enquanto para a secreção de NaHCO3 junto ao NaCl, nas células do ducto pancreático há a atuação de apenas secretina. + Em relação ao intestino delgado, para a secreção de NaCl, há a atuação de acetilcolina, seretonina, peptídio intestinal vasoativo e a guanilina . A secreção exócrina de enzimas digestivas possui um padrão. No retículo endoplasmático rugoso há a síntese de proteínas. Depois forma-se vesículas secretórias a partir do Complexo de Golgi, carregando essas enzimas inativas, os grânulos de zimogênio. A partir de um estímulo, essas vesículas migram e se fundem a membrana luminal (que possui contato com o lúmen). Exemplificando, a secretina, um hormônio peptídeo, ativa uma via de sinalização que leva a produção de AMPc que estimula a fusão das membranas da vesícula secretória com a membrana luminal para secretar os zimogênios. A colecistocinina que é também um hormônio peptídeo liga-se ao receptor, ativa uma via de sinalização, o que leva a ativação de enzimas na estimulação das enzimas. . A atropina impede a ligação da acetilcolina no receptor, é uma antagonista. Enquanto o ácido muscarínico mimetiza a ação da acetilcolina, é uma agonista. Agonistas se ligam ao receptor e induzem um efeito igual ao ligante endógeno . Monoacilglicerol (triglicerol possui 3 cadeias de ácidos graxos, enquanto os monoacilglicerois possuem apenas 1), ácidos graxos e peptídeos no estômago estimulam a secreção de colecistocinina por células endócrinas duodenais - células I. . A secreção de secretina é dada por células (S) endócrinas duodenais. Como ocorre a absorção de nutrientes . O nutriente atravessa as células para chegar até o sangue. Existem duas vias de transporte de soluto através das células que revestem as diferentes porções do sistema digestório, a via transcelular e a via paracelular. . Há a superfície das células que mantem contato com o lúmen, a membrana luminal/apical e as que mantém contato com os capilares, com a lâmina basal da célula, essa região é chamada de contraluminal/basolateral. . As junções comunicantes impedem a passagem da direta para os capilares, faz uma passagem seletiva. Quando o nutriente atravessa uma junção comunicante é chamado de via paracelular. Quando passa pela célula é a via transcelular. . Na via transcelular há gasto de energia para o transporte, ocorre contra o gradiente de concentração. Na via paracelular não há gasto de energia, ocorre a favor do gradiente de concentração. . A via paracelular é importante no transporte de algumas drogas hidrofílicas. Para atravessar uma membrana celular é preciso que a substância seja lipossolúvel ou se for hidrossolúvel é necessário um transportador (ou passa muito lentamente). . Em uma célula que reveste a superfície do intestino, ocorre uma via transcelular em relação aos transportadores de glicose, um transportador simporte com sódio, a sódio potássio ATPase gera um gradiente de sódio para que o sódio possa passar a favor do gradiente de concentração (Sódio potássio ATPase coloca potássio para fora da célula e sódio para dentro), para que a glicose passe contra o gradiente de concentração. A glicose entra junto com o sódio e o lúmen fica menos concentrado, assim, a glicose passa por transportador de difusão facilitada pela membrana baso lateral. O potássio que entra também. . GLUT5 são transportadores de frutose e GLUT2 transportadores de glicose -importante para absorção basolateral e para fornecer glicose como combustivel. . Quando o sódio entra na célula, não é apenas por estar menos concentrado. A sódio potássio ATPase tem uma característica eletrogênica, gera um potencial elétrico na célula. . Luminal: microvilosidades em abundância, enzimas como aminopeptidases, dipeptidases, dissacaridases e oligossacaridases, transportadores Contraluminal: poucas microvilosidades, Na+/K+ ATPase e adenilato ciclase, transportadores facilitativos para aminoácidos e glicose . Dipeptídeos e tripeptídeos as vezes entram junto com prótons, isso é facilitado por cotransportadores Transporte (secreção e absorção) de íons Na+, CL-, K+, HCO3- em diferentes segmentos do sistema digestório (participação de transportadores ativos e canais iônicos . No intestino delgado e nas células acinares do pâncreas há secreção de NaCl. No duto pancreático há secreção de NaHCO3-, no intestino delgadohá absorção eletricamente neutra de NaCl, no intestino grosso há a absorção eletrogênica de NaCl Secreção de NaCl . A sódio potássio ATPase joga sódio para fora da célula, no interstício dos capilares, e potássio para dentro. Quando ela faz isso reduz a concentração de sódio dentro da célula, favorecendo a entrada de sódio pelo transportador tríplice de sódio, potássio e cloreto. Assim, cloreto e potássio vão entrar em função da diferença do gradiente de sódio (um transporte ativo secundário). O cloreto sairá pelo CFTR (proteína reguladora transmembrana fibrose cística) e o potássio pelo canal de potássio. O sódio sai pela via paracelular. Secreção de NaHCO3 . A sódio potássio ATPase joga sódio para fora da célula, no interstício dos capilares, e potássio para dentro. Para não haver alteração eletrogênica o potássio sai pelo canal. O gradiente de sódio criado gera o favorecimento para que o sódio entre em conjunto com o bicarbonato e de forma antiporte com o próton pelo trocador Na+/H+, ou seja, favorecendo a saída de próton. Há também, através da próton ATPase , mais saída de próton. Aumentando o próton do lado de fora, é possível formar ácido carbônico, o qual se dissocia liberando água e CO2, o qual consegue atravessar a membrana. O CO2 dentro da célula se associa com a água formando ácido carbônico e depois bicarbonato e próton. Absorção eletricamente neutra de NaCl . A sódio potássio ATPase joga sódio para fora da célula, no interstício dos capilares, e potássio para dentro. Para não haver alteração eletrogênica o potássio sai pelo canal. O gradiente de sódio criado gera o favorecimento da entrada de sódio e saída de próton pelos trocadores Na+/H+. O próton fora, junto ao bicarbonato gera CO2 que entra por difusão e gera H2CO3 pela presença de água e posteriormente bicarbonato e próton. Diminuindo próton fora e aumenta bicarbonato dentro. Bicarbonato sai em troca do cloreto que entra pelo trocador HCO3-/Cl-. E o cloreto sai pelo canal de cloreto. O sódio sai pela via paralela. Assim, o cloreto de sódio que estava no lúmen passa para o capilar. Absorção eletrogênica de NaCl . A sódio potássio ATPase joga sódio para fora da célula, no interstício dos capilares, e potássio para dentro. Para não haver alteração eletrogênica o potássio sai pelo canal. O gradiente de sódio criado gera o favorecimento da entrada de sódio pelo canal epitelial de sódio (ENaC), interferindo no potencial elétrico (não é antiporte), isso favorece a entrada do cloreto pelos canais de cloreto e depois há a saída pela membrana lateral com outro canal. Esse transportador é estimulado por hormônios mineralocorticoides. Absorção de monossacarídeos e aminoácidos . Absorvidos pelo sistema porta hepática. Os monossacarídeos e aminoácidos passaram primeiro pela via esplênica e pela veia mesentérica superior. As quais se juntam gerando a veia porta hepática a qual passa por dentro do fígado para posteriormente sair pela veia cava inferior, chega ao coração e é espalhado pelo resto do corpo. Absorção de lipídeos . Absorvidos pelo sistema linfático. Os lipídeos passam do sistema linfático para o sangue pelo ducto torácico. Digestão e absorção de proteínas e lipídeos Digestão de carboidratos . Dentre os provenientes da dieta, os monossacarídeos são frutose e glicose. Os dissacarídeos são a sacarose (glicose e frutose) a trialose (glicoses) e a lactose (galactose e glicose). Rufinose é um trissacarídeo. Os polissacarídeos amilopectina e amilose (compões o amido) . O polímero de molécula de glicose pode se reunido por o carbono 1 com o carbono 4 sendo alfa 1-4 e quando há alfa 1-6 gera uma ramificação. . A amilase pode quebrar as ligações alfa 1-4 de formas diferentes, gerando dextrina (com quatro monossacarídeos), maltoriose (com três moléculas de glicose), maltose (com duas moléculas de glicose) e glicose. . Bactérias intestinais (localizadas a partir do íleo) degradam di- oligo- e polissacarídeos não digeridos, e os metabolizam de modo anaeróbico, produzindo ácidos graxos de cadeia volátil e curtas (AGV) e gases H2, CH4 e CO2. Os ruminantes não são capazes de digerir os carboidratos complexos como a celulose, as bactérias realizam isso . A intolerância à lactose é a redução da atividade lactase na idade adulta e os sintomas são diarreia e flatulência . Índice glicêmico representa o efeito de uma determinada fonte de carboidrato sobre a glicemia, considerando o efeito da glicose como padrão, por exemplo. Alimentos que levam rapidamente a um aumento da glicemia eles geram rapidamente uma resposta da insulina, que diminui a a saciedade da refeição e contribuem para o desenvolvimento da obesidade e resistência à insulina (diabetes tipo 2) Digestão de proteínas . No caso dos ruminantes, a proteína ingerida pode ser quebrada gerando peptídeos e aminoácidos. A parte amina sai na forma de amônia. Principalmente a ureia pode ser usada como fonte de nitrogênio para síntese de proteínas bacterianas a partir de ácidos graxos voláteis, por bactérias. Uma boa fonte de carboidratos e ureia para alimentar os ruminantes gera mais proteína. . A primeira parte ocorre no estomago (pepsina), a segunda parte ocorre no lúmen do estomago (pelo suco pancreático). Isso gera 40% em aminoácidos livres e 60% na forma de peptídeos pequenos, os quais são quebrados por outras proteases que são ectoenzimas (na borda em escova) gerando tripeptídios e aminoácidos. Eles entram pelo transportador sódio dependeste e os tripetídeos também entram por um transporte ativo secundário só que junto com um próton. Dentro da célula esses di e tripeptídios serão quebrados por di e tripeptidases gerando aminoácidos que saem por transportadores equilibrativos sem gasto de energia. . As células parietais secretam HCl e as células principais secretam pepsinogênio, as células da mucosa gástrica secretam gastrina. O pâncreas tem um duto pancreático para o intestino delgado, onde corre a secreção das células acinares do pâncreas e das células exócrinas do pâncreas, com zimogênios e bicarbonato. As células principais, que secretam zimogênios também secretam fator intrínseco, importante para absorção de vitamina B12. . Próton potássio ATPase promove a saída de próton e a entrada de sódio. Gerando um gradiente de próton em menor concentração, o que favorece a geração de bicarbonato. O bicarbonato sai através de um antiporte por onde entra um cloreto e depois este sai pelo gradiente de concentração. . Inibindo a potássio próton ATPase há uma redução da produção de HCl no estômago, isso pode ser feito a partir de drogas como omeprazol. . Fatores que contribuem para o sono pós-prandial: produção de HCl no estômago ocorre concomitantemente à liberação de bicarbonato na circulação sanguínea, resultando em um processo de alcalose metabólica. Esse processo reduz a atividade cerebral. Além disso, o início do processo de digestão aumenta o fluxo sanguíneo na região abdominal, para facilitar o processo de absorção de nutrientes. Em consequência, diminui o aporte de sangue no sistema nervoso central. Por fim, a saciedade do apetite promovida pelo carboidrato da dieta reduz o estado de alerta provocado pela sensação de fome . Há algumas vilosidades no estômago mas muito mais vilosidades no intestino. (aumentam a absorção dado a superfície de contato). . Proteases possuem classes diferentes. Pepsinogênio é uma carboxipeptidases por exemplo. . Os aminoácidos ingeridos na dieta podem estimular a secreção de colecistocinina e secretina. A colecistocinina libera a enteroquinase que gera tripsina a partir do tripsinogênio. Posteriormentea própria tripsina poderá transformar tripsinogênio em tripsina. . Transportadores ativos secundários na membrana luminal para aminoácidos. Com sódio é cotransporte com potássio é antiporte. . Transporte de di e tripeptídeos é um transporte ativo secundário com prótons. Por ação de di peptidases e tripeptidases eles se tornam aminoácidos para sair através da membrana basolateral. . Gluten é a mistura de duas proteínas. Elas podem gerar doenças como a intolerância ao gluten. Quando atua na porção ciliaca do intestino é chamada de doença ciliaca. Alergia ao trigo está relacionada a produção de anticorpos. Digestão de lipídeos . Começam no intestino. Os lipídeos são pouco solúveis em água e precisam tornar-se soluções coloidais. A vesícula biliar secreta os sais biliares que são produzidos no fígado. Secretados pelo ducto biliar na porção inicial do intestino delgado, emulsificam a gordura para facilitar o acesso pelas lipases. . Os triacilgliceróis são quebrados em ácidos graxos e glicerol. Esses produtos são pouco solúveis em água atravessam a membrana dos enterócitos. Os ácidos graxos e o glicerol são usados para a síntese de triacilglicerol formando uma estrutura lipoproteica chamada quilomícrons, para atingir a circulação sanguínea utiliza o sistema linfático. . A lipase lipoproteica é utilizada na quebra do quilomicron e é ativada pela lipoC2, para ser absorvido no tecido adiposo (estocado na forma de triacilglicerol) ou no tecido muscular (para energia). A emulsificação forma uma micela mista. . A colipase previne o efeito inibitório dos ácidos biliares que não podem prejudicar o papel das lipases. . Lipossomo é uma estrutura sintética . Um ácido biliar, o ácido cólico, ele ajuda forma a micela mista. A partir de uma certa concentração de ácidos biliares, gera a formação das micelas. São reabsorvidos pelo terço distal do íleo e envolve a circulação entero-hepático. Vitaminas lipossolúveis Conceitos gerais . Vitaminas são compostos orgânicos essenciais, obtidos em quantidades limitadas. Um composto só pode ser chamado de vitamina caso o organismo não sintetize em quantidades suficientes (necessita adquirir pela dieta). . Algumas moléculas são consideradas essenciais mas não são consideradas vitaminas porque são necessitadas em quantidades maiores do que as vitaminas, como os aminoácidos essenciais, ácidos graxos essenciais e sais minerais. . É possível dividir as vitaminas quanto a solubilidade em água: as hidrossolúveis são precursoras de coenzimas (hipovitaminoses acarretam em menor atividade catalítica) e as lipossolúveis não participam das reações catalíticas. . Essas vitaminas lipossolúveis possuem baixa densidade no plasma sanguíneo, normalmente circulam no sangue carreadas por proteínas associadas (como a albumina que transporta diversas moléculas lipossolúveis), são encontradas na faixa de nanomolar (10 elevado a -9), são compostos isoprenóides (compostos derivados do isopreno) . Vitaminas A, D, E, K são lipossolúveis Vitamina A . Produzida a partir do caroteno, encontrado nas formas alfa, beta, gama e criptoxantina. . Formas ativas da vitamina A: -Retinol: função antioxidante, pode ser encontrado esterificado ao ácido palmitico ou esteárico (formar uma ligação ester e ficar insolúvel armazenado no fígado) e é susceptível à oxidação quando exposta à luz e calor em atmosfera úmida -Todo-trans-Retinal: associado a proteínas visuais (opsinas) em cones e bastonetes (células da retina), para formar a rodopsina (pigmento fotossensível) -Delta 11 cis-retinal: associado a proteínas visuais (opsinas) em cones e bastonetes (células da retina), para formar a rodopsina (pigmento fotossensível) -Ácido retinoico: controla crescimento, desenvolvimento e diferenciação celular, e também estimula a síntese de transferina (modula a expressão de genes) . Forma inativa da vitamina A: -Retinol fosfato: possui função de doador de radical glicosil na síntese de algumas glicoproteínas e mucopolissacarídeos. Sua carência leva à pele áspera, propensa a rachaduras, que pode ocasionar infecção bacteriana ou viral. Nos olhos, o ressecamento pode levar a queratinização e infecção, que podem culminar com à cegueira noturna ou até mesmo total. Síntese do retinol a partir do betacaroteno . O betacaroteno é absorvido nos enterócitos e sofre a ação da enzima dioxygenase e essa enzima na presença de oxigênio gera um composto instável que fomenta a formação de duas moléculas de retinal ou retinaldeido. Em seguida, a molécula de retinal é reduzido a retinol. Tanto a redutase quanto a dioxygenase que catalisam essas reações são mais abundantes no intestino, contudo, isso ocorre também no fígado. Esse retinol é estocado no fígado, ele é secretado na forma de quilomicrons, chega no fígado e deixa o retinol e este é esterificado à acido palmítico ou esteárico, originando o retinil estearato ou retinil palmitato, uma forma lipossolúvel. Fora do fígado, em tecidos extra-hepáticos, é convertido em ácido retinóico. Há moléculas com receptores para o retinol e o ácido retinóico e essas moléculas se ligam a esses receptores, se associam ao DNA e modulam a expressão de genes. . A molécula de betacaroteno pode ser quebrada, gerar o retinol e sofrer uma oxidação a retinal, especificamente 11 cis retinal, uma forma inativa, e posteriormente é convertido, por meio de um estímulo a luz visível, par retinal todo trans. Nos bastonetes - retina . A proteína oxina se associa ao delta 11 ciz retinal e forma a opsina, após um estimulo luminoso (ondas eletromagnéticas na faixa do visível), há uma transformação em rodopsina e por fim, há uma mudança de conformação e forma-se trans-retinal com a opsina se soltando e o impulso nervoso sendo transmitido para interpretação da imagem que está vindo através da luz. . O retinol e o ácido retinoico (segunda reoxidação do retinol) funciona como um sinalizador hormonal, como um mensageiro extracelular. Observação sobre mensageiros/hormônios . Alguns mensageiros extracelulares são secretados por glândulas específicas - mensageiros endócrinos/hormônios endócrinos. Outros mensageiros não precisam cair na circulação sanguínea, são considerados autócranos, parácranos ou sinápticos. Mecanismo de ação para mensageiros lipossolúveis . O retinol/ácido retinoico entra na célula, circula associado a proteína, entra na célula alvo, encontra uma proteína receptora (no citosol ou no núcleo, em contrapartida dos hidrossolúveis, os quais ficam na membrana). Uma vez o receptor associado ao ligante, se associará ao aparato de transcrição do DNA e promoverá a transcrição de alguns genes que gerará um RNAm, o qual traduzirá proteínas. Assim, modula- se a expressão de genes. Metabolismo e mecanismo de ação da vitamina A . Mais da metade da vitamina A presente no corpo é estocada no fígado, geralmente na forma esterificada. No sangue, a vitamina A é transportada na forma de um complexo com a proteína transtiretina (TTR) e proteínas de ligação ao retinol (RBPs), como a RBP4, que é secretada pelo tecido adiposo. O retinol é captado pelo tecido adiposo, pulmões e rins, através de um processo mediado por receptor. Exemplo: o retinol ligado a RBP4 atravessa a membra por ser solúvel em lipídeos, se liga a uma proteína de ligação ao retinol celular, a proteína associada com o retinol dentro da célula sofre uma reação e gera o retinoldeido e passa a se associar a a proteína de ligação ao retinoldeido celular. Esse complexo hormônio- receptor e associa ao DNA modulando a expressão de genes. Os receptores que vão se associarao DNA formam dímeros e podem formar dímeros com receptores X retinoides ou com receptores de vitamina D, hormônios tireoidiano ou outros hormônios - o que gera uma complexidade em termos de resposta, já que geram diferentes produtos de transcrição. Lipídeos como pigmentos em pássaros . Devido a ingestão de carotenóides e a modificação por absorção de ondas eletromagnéticos na faixa visível há a cor vermelha gerada pela cantaxantina e a cor amarela gera pela zeaxantina. . Diferenças entre machos e fêmas são relacionadas a diferenças na captação intestinal e no processamento de carotenoides. Carência de vitamina A . Pode ser dada por uma lesão hepática grave ou problemas na absorção de lipídeos da dieta. . A lesão hepática compromete dado que o fígado gera os ácidos biliares necessários para digestão de lipídeos, incluindo as vitaminas lipossolúveis. . Pode haver uma deficiência na secreção de lipase pancreática, a qual é importante na digestão de lipídeos e também uma deficiência na produção ou secreção de sais biliares por obstrução do ducto biliar por cálculos (com eliminação de lipídeos nas fezes - esteatorreia). -Carência de retinol: o retinol modula a expressão de genes e possui um papel importantíssimo na modulação para haver a tradução da proteína queratina. Não necessariamente a modulação leva a formação de mais produto. Quanto mais retinol, menos queratina será produzida. Assim, uma carência de retinol leva a queratinização da superfície da córnea, deixando-a seca e rígida, o que pode acarretar em cegueira noturna (estágio precoce), xeroftalmia (mais avançado) e uma infecção ou hemorragia ou até mesmo perda de visão. A carência de retinol pode levar também a queratinização das células epiteliais o que leva à fissuras nas membranas das mucosas dos tratos respiratório, gastrointestinal e genitourinário, trazendo menor resistência a infecções e câncer. A carência de retinol também pode aumentar a susceptibilidade à doenças infecciosas, devido a importância da vitamina A na diferenciação de células do sistema imune. -Carência de retinol e/ou ácido retinóico leva a menor síntese de transferrina o que pode gerar uma anemia por insuficiência no transporte de ferro. -Carência de retinil fosfato leva a menor síntese de glicoproteínas (muco), gerando a desidratação de tecidos epiteliais . Toxidade: uma hipervitaminose provoca lesões teciduais, afetando o sistema nervoso central, o fígado, a homeostasia do cálcio e a pele. Vitamina D3 Conceitos . É um pró-hormônio por ser precursora do hormônio calcitriol. A maioria dos efeitos do calcitriol é mediado por receptores nucleares que modulam a expressão gênica. . É somente considerada estritamente uma vitamina quando a exposição da pele ao sol é inadequada, pois esse é o principal mecanismo de síntese dessa vitamina. . Possui função de regulação da absorção e homeostasia do cálcio e fosfato além da regulação da proliferação e diferenciação celular . O calcitriol tem um papel que é antagonizado pela calcitonina. Síntese . A 7-desidrocolesterol através da luz forma a pré vitamina D e após uma isomerização térmica forma a colecalciferol/vitamina D3. A vitamina D3 colecalciferol produzida passa por 2 órgãos diferentes para gerar a forma ativa da vitamina D - o calcitriol. Passa pelo fígado gerando o calcidiol e depois passa pelo rim para gerar calcitriol. . Em leveduras, há o ergosterol, com radiação ultravioleta gera o ergocalciferol (vitamina D2), a qual pode ser usada como precursora do calcitriol. . Se o indivíduo passar longos períodos no sol não irá se intoxicar com vitamina D, já que a enzima renal é inibida alostericamente pelo produto da reação, quando o produto começa a acumular ele inibe a ação dessa enzima que provocaria a ativação. . Se o indivíduo ingerir muita vitamina D pela dieta pode gerar uma hipervitaminose. Mecanismos . Sol ativa o processo de geração da vitamina D3 e a partir daí a geração do calcitriol. O calcitriol gera efeitos no rim, no osso e no intestino. O calcitriol se liga nos receptores e modula a expressão de genes que vai levar nos rins a um aumento da reabsorção de cálcio e fosfato, por meio do estimulo da produção de proteínas envolvidas no transporte de cálcio e fosfato na célula para evitar que esse cálcio saia na urina. O mesmo ocorre no intestino para a absorção. . O calcitriol, ao passar pelo sangue e chegar na célula epitelial se associa a proteína, modula a expressão de gene e interfere nos produtos proteicos que vão aparecer, um desses produtos é a cálcio ATPase - importante para jogar o cálcio para dentro da célula contra um gradiente de concentração para que depois ele possa sair contra o gradiente de concentração para aumentar a quantidade de cálcio no sangue. . A vitamina D pode interferir em transportadores de cálcio pela atividade delas, não envolvendo síntese de proteínas. (descoberta recente) Toxicidade Observado em lactentes hipersensíveis. Pode levar à contração dos vasos sanguíneos e hipertensão arterial, bem como à calcinose (calcificação de tecidos moles). Pode ocorrer em casos de excesso de ingestão, através da dieta. A exposição excessiva à luz solar não gera excesso de vitamina D3, devido à capacidade limitada de produção de 7-desidrocolesterol e a inibição da enzima renal calcidiol 1 hodroxilase. Deficiência . Raquitismo: deficiência na mineralização óssea, devido a baixa absorção de cálcio. Ocorre na infância e puberdade. . Osteomalacia: desmineralização óssea, mais frequente em mulheres com baixa exposição ao sol, especialmente após várias gestações. Ocorre na idade adulta. Vitamina E Conceitos . Principal antioxidante lipossolúvel em membranas plasmáticas e lipoproteínas plasmáticas (enquanto as hidrossolúveis com papel de antioxidantes estão relacionadas ao citosol, como a vitamina C), responsável por prevenir a peroxidação de ácidos graxos insaturados por ROSs . Considerados removedores (scavengers) de radicais livres: espécies reativas de oxigênio (ROS) e espécies reativas de nitrogênio (RNS) . A alfa tocoferol é mais potente removedor de ROS enquanto a gama tocoferol é mais potente removedor de RNS . Possuem papel de manutenção da fluidez de membranas celulares e também o papel pouco conhecido de sinalização celular . Há duas formas principais: tocoferóis e tocotrienóis Vitaminas como antioxidantes . Em uma reação de óxido redução há um par redox, o que tem menor afinidade se oxida por perder elétrons e o que tem maior afinidade se reduz por ganhar elétrons. Agente oxidante provoca a oxidação, sendo reduzido e agente redutor (antioxidante!) provoca a redução, sendo oxidado. . Antioxidante previne a oxidação de outras moléculas. São usados na indústria como conservantes de alimentos e usados na farmacologia para prevenir o stress oxidativo. . Os radicais livres podem promover alterações em lipídeos de membrana, estruturas de proteínas e até mesmo no DNA - extremamente reativas e perigosas - esse processo de alteração é o stress oxidativo/danos oxidativos . Para prevenir o stress oxidativo há enzimas antioxidantes e metabólitos antioxidante Vitamina K . Atua como um cofator de ação de uma enzima. . Possui papel de permitir que ocorra a carboxilação da cadeia lateral de resíduos de acido glutâmico formando o acido gama carboxiglutamico. . É importante para carboxilação da protrombina. A protrombina só consegue ligar cálcio (no processo de coagulação sanguínea) se ela estiver carboxilada. Se não houver vitamina K, não há coagulação sanguínea. . Filoquinona (K1) e Menoquinona (K2)são diferentes tipos da vitamina K. Aparecem a partir de fontes diferentes. . Algumas drogas permitem ser convertidos em vitamina K no fígado. . Resíduo de glutamato por ação de uma enzima na presença de oxigênio forma um carbanioglutamato que reage com o CO2 e forma gamacarboxiglutamato. Na protrombina há resíduo de glutamato que sofre uma oxidação por ação da vitamina K que gera um carbânio que reage com o CO2 que ficará ligado no carbono que antes estava ligado a carboxila da cadeia lateral. Na forma de gamacarboxiglutamato a protrombina consegue ligar o cálcio para poder haver a coagulação. . Vitamina K hidroquinona é importante para que ocorra a reação de oxidação gerando o carbânio, depois que gera o carbânio a forma hidroquinona passa a forma hepóxido, para que não falte mais hidroquinona esse hepóxido precisa voltar a ser hidroquinona e passar por etapas. Haverá efeito de uma droga muito conhecida como anticoagulante, a warfarina. A warfarina é um anticoagulante impede que a vitamina K na forma hepóxido volte a forma hidroquinona e faltará hidroquinona para permitir a gamacarboxiglutamação. EDs ED Água e ácidos fracos 1) Explique as possíveis interações químicas entre a água e os solutos polares? Para interagir com a água é necessário realizar ligações de hidrogênio, ou seja, deve haver ligação do hidrogênio com um átomo eletronegativo. A água pode fazer até 4 ligações de hidrogênio dependendo da temperatura e pressão.E interações iônicas. 2) Explique a interação química entre a água e os solutos anfipáticos? Os solutos anfipáticos possuem uma parte polar e uma parte apolar, enquanto a água é apenas polar. Dessa forma, uma molécula anfipática ao ser adicionada em água gera uma micela, uma estrutura em que a parte polar da molécula anfipática volta-se para a água. Os fosfolipídeos, embora moléculas anfipáticas, não formam micela, geram uma bicamada fosfolipídica, porém, também com as cabeças polares voltadas para a água. 3) a) 3 b) 2 c) 0 4) A aspirina é um ácido fraco com pKa 3,5 absorvido pelo sangue através das células epiteliais do estômago e intestino. A taxa de absorção desta droga, que depende de sua passagem através da membrana plasmática , é determinada pela polaridade da molécula. moléculas carregadas e altamente polares passam mais lentamente, enquanto moléculas hidrofóbicas passam rapidamente. o pH do conteúdo estomacal é de 1,5 enquanto o pH do conteúdo intestinal é igual a 6. Em qual dos dois tipos de células epiteliais a a aspirina é absorvida mais facilmente? Células estomacais. Quando encontra-se 50% de ácido e 50% de sal, o valor de pH é chamado de pKa. Assim, esse valor define a força do ácido, quanto menor o valor de pKa maior a força do ácido. É o valor de maior capacidade de tamponamento. Com pKa de 3,5, há uma diferença de pH de 100 vezes em relação ao conteúdo estomacal e de mais de 100 vezes em relação ao conteúdo intestinal. Ela passa com mais facilidade se ela não estiver carregada, assim, há o predomínio da forma não carregada nas células do estômago, 5) Seriam diferentes os valores de pH das soluções abaixo (pKa do ácido acético é 4,76)? ácido acético 0,1M e acetado de sódio 0,2M ácido acético 0,05M e acetato de sódio 0,1M Não, são iguais. 6) a) pka prox 9 pka prox 6 pka prox 4 NH4+, dado que é apenas uma unidade acima do valor para o tampão desejado. O valor do pH uma unidade abaixo do valor de pKa é aceitável para o tamponamento. b) CH3COOH, já que quanto menor o pKa, maior a força do ácido. Isso decorre de que quanto menor o pH, maior é a concentração de prótons, ou seja, se o valor de pH que é encontrado 50% ácido e 50% de sal é baixo (o valor de pKA) é baixo, isso significa que o ácido é forte o suficiente para liberar próton enquanto há diversos prótons no meio. ED Aminoácidos 1) Devido as suas propriedades anfotéricas, os aminoácidos podem ser usados como tampões. Supondo que você esteja precisando realizar uma reação enzimática utilizando uma solução tampão pH 6,3, qual dos aminoácidos abaixo você utilizaria? Explique o motivo de sua escolha. Histidina, dado ao pKa da cadeia lateral ser próximo ao valor de pH para solução desejada, sendo o pKa o valor da maior capacidade de tamponamento, no qual é encontrado 50% em forma de ácido e 50% em forma de sal. 2)a) Uma unidade abaixo e acima dos 2 valores de pKA. Assim, 1,34/3,34 e 8,6/10,6. b) Em 2,34, metade do aminoácido estaria com a carboxila protonada e metade desprotonada e o amino está totalmente protonado por não chegar no pKA dele. Em 5,97, estaria 100% com a carboxila desprotonada e a amina ainda não. Em 9,6, haveria 50% cada. c)Em pH 2,34 seria +0,5, em pH 5,97 seria 0 e em pH 9,6 seria -0,5. 3) São duas cargas diferentes, a da cadeia lateral e a do aminoácido. A do aminoácido está relacionada com o PI, pode ser positiva, neutra ou negativa. Um aminoácido colocado em pH inferior ao PI, terá carga positiva, em pH superior, terá carga negativa, e igual ao PI, terá carga líquida igual a zero. Enquanto a da cadeia lateral, se tiver uma carboxila, poderá ser negativa, parcialmente negativa, ou zero, e, se tiver uma anima, poderá ser positiva, parcialmente positiva, ou zero. Diante disso, a informação da carga da cadeia lateral é relativa ao pKa da cadeia lateral, já que a partir desse valor descobre-se o quanto está dissociado. Quando o valor de pH está 2 vezes acima de pKA, há 100 vezes mais sal do que ácido, enquanto se o valor de pH está 2 vezes abaixo do valor de pKa, há 100 vezes mais ácido do que sal. Nesse sentido, é preciso saber se o grupamento quando se dissocia perde ou ganha carga, o NH3 quando perde próton ele perde carga positiva, mas não ganha negativa. A carga lateral da lisina, em pH 10,53, está com 50% na forma sal e 50% na forma ácido (porque 10,53 é o pKa da cadeia lateral), ao aumentar o pH em duas unidades, haverá mais na forma sal (100:1) e a forma sal será NH2, ou seja, sem carga. Essa cadeia lateral da lisina em 12,53 não terá carga, então, para qualquer valor abaixo disso ela terá carga lateral positiva (parcialmente ou completamente). Em 2 unidades abaixo do valor de pKA, isto é, em 8,53 é possível garantir que está positivamente completa, ou seja, +1. Se for entre 8,53 e 12,53 ela é parcialmente positiva. Em relação ao outro aminoácido, a carboxila do aspartato se estiver na forma protonada, não tem carga, e, se não estiver na forma protonada, terá carga negativa. Portanto, em pH 3, a cadeia lateral do aspartado terá carga parcial negativa (em pH 1,65 seria praticamente 0 e em pH 5,65 seria negativa), enquanto a lisina, em pH 3, teria carga da cadeia lateral positiva. Em pH 9, o aspartato, terá carga totalmente negativa e a lisina terá carga parcialmente positiva. 4) O valor de pH Acima do valor de PI, promove que o aminoácido migre para o polo negativo. Assim, lisina migra ao polo positivo, metionina e aspargato migram para o polo negativo. E prolina não migra para nenhum dos polos, pelo valor de pH e PI ser equivalente. ED proteínas 1) Discuta os níveis de organização estrutural das proteínas, destacando as forças envolvidas na manutenção dessa estrutura. A estrutura primária é a sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas, as quais são ligações covalentes. A estrutura secundária é o dobramento da estrutura primária dado pela formação de ligações de hidrogênio, interação não covalente, em segmentos da cadeia polipeptídica, gerando três tipos principais, a alfa hélice, folha beta pregueada e a volta beta (a determinação dessas formas é dada pela própria sequência de aminoácidos, já que as interações entreas cadeias laterais podem desestabilizar estruturas devido as cargas). A estrutura terciária é formada por interações não covalentes como a ligação de hidrogênio, a ligação iônica e a de Van Der Walls entre as cadeias laterais da cadeia polipeptídica, após as ligações de hidrogênio que geraram a estrutura secundária. A estrutura quaternária é dada para proteínas com mais de uma cadeia polipeptídica, havendo interações entre as cadeias laterais das subunidades diferentes, ou seja, interações não covalentes intercadeia. 2) Poderíamos esperar encontrar sequências de aminoácidos similares em proteínas que exercem a mesma função biológica em organismos de diferentes espécies? Sim, dado que a função da proteína está altamente relacionada a sua forma. Assim, se sua forma depende da sua sequência de aminoácidos, a qual gera diferentes interações químicas na cadeia, espera-se encontrar sequências de aminoácidos similares em proteínas que exercem a mesma função. 3) A cadeia lateral do aminoácido lisina (Lys) possui um grupo amino (-NH3+/NH2) em sua extremidade. Polipeptídeos formados apenas por lisina (poli-lys) não apresentam estrutura secundária em pH neutro, mas adotam estrutura de alfa hélice em valor de pH elevado (em torno de 13). Explique o motivo da diferença de comportamento desde polipeptídeo em função do pH. As características deste aminoácido podem ser observadas na tabela abaixo. A lisina possui cadeia lateral positivamente carregada em pH neutro, o que não gera uma conformação de estrutura secundária já que os variados grupos R carregados positivamente se repelem. Em pH elevado, é possível haver formação de ligações de hidrogênio entre segmentos da cadeia polipeptídica sem interferência por repelimento, já que não há variados grupos R carregados positivamente. 4) Na década de 50, Christian Afinsen realizou um experimento clássico com a enzima ribonuclease. Inicialmente, a enzima foi submetida a um processo de desnaturação e redução das pontes de dissulfeto, através da incubação com uréia e 2-mercaptoetanol, respectivamente. O ensaio com a enzima desnaturada revelou perda de sua atividade catalítica. Em seguida, e enzima desnaturada foi submetida a um processo de diálise, com objetivo de retirar da solução os agentes desnaturantes, uréia e 2-mercaptoetanol. Após um longo período de diálise, ele dosou a atividade catalítica da enzima. Considerando a reversibilidade do processo de desnaturação desta enzima, responda: a) A enzima havia recuperado a atividade catalítica após o processo de diálise? Sim, dado que houve quebra apenas das interações não covalentes b) Se a ribonuclease fosse incubada com uma enzima proteolítica antes da desnaturação, o resultado seria o mesmo? Não, já que haveria quebra das interações covalentes (das ligações peptídicas. c) Estes resultados serviram de base para que Afinsen formulasse uma importante teoria sobre o papel da estrutura primária no processo de renaturação. Discuta esta proposta. Ao quebrar apenas as interações não covalentes, há a manutenção da estrutura primária e posteriormente, com o processo de diálise há atividade catalítica. Portanto, a estrutura primária, que é definida pela sequência de aminoácidos, define a função da proteína. O enovelamento posterior é dado conforme a polaridade das cadeias laterais (por interações não covalentes na cadeia), a qual é diferenciada pela sequência de aminoácidos. ED enzimas 1) Por que motivo a dosagem da atividade da enzima plasmática não funcional creatina fosfoquinase (CPK), demonstrada na figura ao lado, pode auxiliar no diagnóstico de um infarto do miocárdio? Poderíamos dosar atividade de qualquer outra enzima plasmática não funcional com esta finalidade? Justifique sua resposta. Não, há enzimas plasmáticas não funcionais especificas para atividades diferentes, como de função hepática e de função cardíaca. 2) De que modo, a carência de vitaminas hidrossolúveis (como por exemplo niacina, riboflavina e tiamina) na dieta pode interferir no metabolismo? As enzimas são responsáveis por catalisar reações, assim, são necessárias para que o metabolismo ocorra em tempo biológico. Diante disso, algumas enzimas necessitam de adicionais para funcionar, os cofatores. As vitaminas hidrossolúveis atuam como cofatores de enzimas do tipo transferases, sem elas, não haveria atuação dessas enzimas no metabolismo. 3) Reações consideradas endergônicas em condição padrão podem ocorrer espontaneamente? Explique. Para uma reação endergônica ocorrer de forma espontânea é necessário que esteja acoplada em uma reação exergônica, dado que a endergônica depende de energia e a exergônica libera energia de forma espontânea. 4) Discuta a importância das enzimas como catalisadores em sistemas biológicos. O papel de qualquer enzima é reduzir a energia de ativação necessária para atingir o estado de transição de uma reação. Uma reação não catalisada pode ocorrer, contudo, de forma mais lenta. Em sistemas biológicos, o tempo é um fator primordial, já que algumas reações não catalisadas levam um tempo muito superior ao da vida dos seres. 5) Explique a relação entre energia de ativação e velocidade de reação na presença e na ausência de catalisadores. Se as enzimas reduzem a energia de ativação e esta é a energia necessária para que haja o estado de transição da reação, consequentemente ocorrerá mais rápido uma reação na presença de um catalisador. Na ausência de catalisadores, é necessário de mais energia para haver o estado de transição da reação, o que requer mais tempo. 6) Explique a interação entre enzima e substrato nos modelos que consideram a) O sítio ativo complementar ao substrato (chave fechadura). A enzima aumentaria a velocidade da reação por orientar e aproximar os substratos. b) O sítio ativo complementar ao estado de transição da reação. A enzima aumentaria a velocidade da reação por preparar o substrato com a formação do complexo enzima- substrato para o sítio ativo complementar ao estado de transição da reação. c) O ajuste induzido. A medida que os substratos começam a interagir com as enzimas, forma-se um sítio ativo complementar ao estado de transição, aumentando a velocidade da reação. 7) Explique sucintamente e exemplifique os mecanismos reversíveis e irreversíveis de regulação da atividade enzimática. Irreversível ocorre quando há quebra da mligação peptídica. Reversível pode ser uma modificação na estrutura covalente (sem a quebra) como fosforilação ou não covalente como a alosteria. 8) Compare os mecanismos hormonal e alostérico de regulação da atividade enzimática. Para uma modificação covalente, por exemplo, a cinase catalisa a fosforilação e a fosfatase catalisa a desfosforilação, mas para haver a ativação dessas enzimas é preciso haver controle hormonal por sinalização, para uma necessidade do organismo . Enquanto o alostérico é quando um modulador, ao ligar no sítio alostérico, corrobora para a instabilidade da enzima e em resposta altera-se a sua forma, por necessidade da célula. 9) Explique os efeitos do pH e da temperatura sobre uma reação química catalisada por enzima. Toda enzima possui um pH e uma temperatura ótima de atuação. Ao alterar o pH, muda-se a carga das cadeias laterais dos aminoácidos e consequentemente, a interação entre os segmentos das cadeias. Enquanto ao alterar a temperatura, por aumento, desestrutura-se a estrutura terciária por desestabilizar as interações não covalentes. Em ambos os casos, altera-se a forma e inevitavelmente suas funções. Em baixas temperaturas geralmente a atividade catalítica é reduzida pela formação de cristais.EDs Cinética enzimática 1) Concentrações crescentes de enzima foram adicionadas em 4 tubos diferentes (B-E), contendo a mesma concentração de substrato. Ao tubo A foi adicionado somente substrato. A formação de produto foi acompanhada por esctrofotometria, uma vez que o produto da reação absorvia energia num comprimento de onda na faixa do visível. Sendo assim, a intensidade da cor observada era proporcional a concentração do produto formado. a) Explique o resultado esperado em um intervalo de tempo inicial de reação (tempo suficiente pare permitir um consumo máximo de substrato na ordem de apenas 5%) A velocidade nos 4 tubos com enzima foi superior ao do tubo A, com somente substrato. É provável que a velocidade de B, C, D, E seja crescente, conforme há o aumento do nível de enzima. Ou seja, a coloração se fortitifica de A até E. b) Haveria a mesma coloração para todos os tubos, dado que para uma mesma concentração de substrato, haverá uma mesma concentração de produto. A enzima não participa do equilíbrio da reação, apenas reduz a energia de ativação necessária para o processo de transição da reação, ou seja, promove maior velocidade para atingir o equilíbrio. 2) A figura ao lado demonstra a relação entre velocidade inicial da reação e concentração de substrato para duas diferentes enzimas que utilizam o mesmo substrato. a) Defina o conceito de Km. É a quantidade de substrato que permite chegar até a metade da velocidade máxima da reação. Matematicamente, é o produto de 3 constantes catalíticas, km = k-1 + k2/k1. Além disso, mede a afinidade. b) Baseando-se na figura ao lado, estime os valores aproximados de Km para cada uma das duas enzimas, e identifique aquela que possui maior afinidade pelo substrato 15 em relação a enzima 1 e 20 em relação a enzima 2. c) Qual das duas enzimas converteria substrato em produto mais rapidamente nas condições de concentração de substrato iguais a 20 e 100? Justifique. Enzima 1 na concentração igual a 20, dado que atinge metade da velocidade máxima em concentração menor. E converteriam em igual velocidade em concentração igual a 100, dado que já nessa concentração a velocidade é máxima para ambas e equivalente. 3) Uma enzima purificada foi incubada com seu substrato em concentração saturante e a velocidade máxima da reação foi determinada na presença e na ausência do inibidor (substância X). A velocidade máxima da reação na presença do inibidor foi muito próxima àquela obtida na sua ausência, mas apenas em uma concentração de substrato 10 vezes maior. a) Mecanismo de inibição competitiva, já que a o inibidor compete com a enzima pelo sítio ativo, dessa forma, com uma maior concentração de substrato, é possível atingir a mesma velocidade máxima, embora haja modificação do Km, já que diminui a afinidade da enzima pelo substrato. b) Km é uma constante que informa a afinidade da enzima frente ao substrato. Se o inibidor se liga no mesmo sítio do substrato, afeta a afinidade da enzima pelo substrato, reduz a afinidade, dessa forma, o inibidor aumenta o Km. Para uma concentração fixa de inibidor e enzima, com o aumento de substrato é possível atingir a velocidade máxima. 4) Dois ensaios foram realizados com a finalidade de estudar o mecanismo de ação de um inibidor específico de uma atividade enzimática. A tabela abaixo mostra os resultados obtidos para a construção da curva de dependência da concentração de substrato na velocidade inicial da reação ([S] x velocidade inicial da reação), na presença e na ausência do inibidor. Qual é o mecanismo? Inibição não competitiva, dado que ao aumentar a concentração de substrato, a velocidade da reação na presença de inibidor não se equivale a na ausência de inibidor. Isso decorre da enzima ligar-se no substrato formando o complexo enzima substrato e, também, a enzima ligar-se no inibidor formando o complexo enzima-inibidor. Assim, forma-se o complexo ternário quando o substrato liga-se no complexo enzima-inibidor. Ao aumentar a concentração de substrato, não inibe a formação do complexo enzima-substrato-inibidor, ou seja, o inibidor inevitavelmente reduz a velocidade máxima. Além disso, o km se mantêm, característica de um inibidor não competitivo. ED Digestão 1 1) A cloridorréia familiar é causada por uma mutação no gene DRA codificante do trocador Cl-/HCO3- (sódio independente) das células do íleo inferior e cólon (porção terminal do intestino delgado e grosso). Explique o motivo do portador dessa doença apresentar diarreia moderada e fezes ácidas. Após a atuação da sódio potássio ATPase, cria-se um gradiente de sódio que gera a entrada de sódio e a saída de próton. O próton no capilar, junto ao bicarbonato gera CO2, o qual, ao entrar por difusão, fomenta a formação de H2CO3 e posteriormente bicarbonato e próton. Para haver a saída de bicarbonato, deve haver a entrada de cloreto, pelo trocador Cl-/HCO3-, enquanto há saída de sódio pela via paralela, para que o cloreto de sódio que estava no lúmen passe para o capilar. Sem o trocador, o lúmen ficará hiperconcentrado, aumentando a pressão osmótica que ocasiona diarreia. Além disso, a presença de bicarbonato formará ácido carbônico que tornará as fezes ácidas. 2) Explique o motivo da presença do açucar na formulação do soro caseiro (sal, água e açúcar), administrado em pacientes com peda de água e eletrólitos, por motivo de diarreia. O transporte de glicose é ativo simporte com o o sódio. Dessa forma, para entrada de sódio na célula e consequente aumento da pressão osmótica para que haja hidratação, além da reposição dos próprios eletrólitos, deve haver glicose. 3) A deficiência da enzima lactase é a mais comum entre as deficiências de dissacaridases intestinais em humanos. Por que motivo essa deficiência pode levar à diarreia e flatulência? Pacientes acometidos por essa patologia devem evitar o leite, embora alguns tenham relativa tolerância ao iogurte. Como explicar a razão dessa diferença entre o leite o seu derivado (iogurte)? Como é produzido o leite livre de lactose? A glicose e a galactose são monossacarídeos e facilmente absorvidos e lactose, por ser um dissacarídeo não é absorvida, aumentando a pressão osmótica no intestino grosso e a retenção de água, além da retenção de ar pela dificuldade na passagem. O iogurte possui menor concentração de lactose. O leite produzido sem lactose é feito pela atuação da lactase no produto, a qual converte a lactose em glicose e galactose, o que o organismo dos intolerantes a lactose não realiza, justamente pela falta de lactase. ED Digestão 2 1) A secreção pancreática contém uma proteína denominada inibidor pancreático da secreção de tripsina (SPINK1). Quais seriam os efeitos esperados para portadores de mutações no gene codificante dessa proteína? A tripsina degradaria proteínas nas células pancreáticas ou do ducto pancreático, sendo que ela deveria atuar apenas no lúmen do intestino. Por isso as enzimas são secretadas na forma inativa, como zimogênios. 2) Por que motivo a ingestão por via oral de ácidos biliares como o quenodesoxicolato podem ser usados para o tratamento de cálculos de colesterol na vesícula biliar? Os ácidos biliares a partir de uma certa concentração geram a formação de micelas em moléculas anfipáticas como o colesterol. Essa estrutura facilita a ação das lipases, as quais catalisam a quebra do colesterol. 3) Explique o mecanismo de ação "antiácido" observado para antagonistas de receptor H2 de histamina. A utilização de um antagonista poderá inibir a liberação de HCl, um ácido forte, no estômago, pois impede a ligação da histamina no receptor,sendo a histamina um secretagogo, o que impede a estimulação da secreção de HCl. 4) Os níveis séricos de colesterol estão relacionados a produção endógena e a absorção da dieta. A droga Ezetimibe vem sendo usada em conjunto com drogas da família das estatinas, inibidoras da produção endógena de colesterol. Diante das informações, sugira o mecanismo de ação da droga Ezetimibe. A Ezetimibe inibe a absorção do colesterol ingerido na dieta. 5) A droga orlistat é um análogo não hidrolisável do triacilglicerol e potente inibidor da lipase pancreática. Qual seria o provável mecanismo de inibição? Qual seria o potencial uso terapêutico desse inibidor? Um análogo não hidrolisável atua como um mecanismo de inibição competitivo. O emagrecimento, dado que ao não haver absorção no tecido adiposo do triacilglicerol, não haverá acúmulo e haverá evacuação desse excesso. ED Vitaminas 1) A fibrose cística é uma doença hereditária, também conhecida como fibrose quística ou mucoviscidose, resultante de uma mutação no gene codificante do regulador de condutância transmembranar de fibrose cística (CFTR). Essa mutação leva a uma disfunção generalizada de glândulas exócrinas. Nos pulmões, ocorre a produção de um muco viscoso que bloqueia progressivamente os brônquios e bronquíolos, podendo resultar em infecções pulmonares capazes de levar ao óbito. Considere o possível efeito da doença sobre o pâncreas exócrino e explique o impacto dessa doença na absorção de vitaminas lipossolúveis. De que modo, as microesferas de enzimas pancreáticas podem contribuir terapeuticamente para aliviar o problema? Poderá haver inibição da secreção de enzimas, como lipase pancreática, e de bicarbonato. Dessa forma, a absorção de vitaminas lipossolúveis será prejudicada, dado que são absorvidas associadas a gorduras, as quais necessitam ser quebradas por essas enzimas. As microesferas possuem enzimas pancreáticas dentro de esferas e são resistentes da ação do estômago e, por isso, conseguem liberar essas enzimas, com atuação análoga ao pâncreas. 2)Como atuam os antioxidantes?Por que motivo são usados como conservantes alimentícios? Antioxidantes atuam como agentes redutores, provocam a redução de uma molécula, dado ao ganho de elétrons pela molécula , enquanto são oxidados, já que perdem elétrons. São usados como conservantes para que os alimentos não se oxidem, isto é, estraguem. 3) Quais são as vitaminas capazes de atuar como precursores de hormônios? Como atuam esses hormônios? Vitamina A e vitamina D. Esses hormônios circulam associados a proteínas, entram nas células alvo e encontram uma proteína receptora. Uma vez o receptor associado ao ligante, haverá associação ao aparato de transcrição do DNA e promoverá a modulação da expressão de genes. 4) Pintos alimentados com dieta livre de gordura, bem como bovinos e ovinos alimentados com feno de trevo doce fermentado podem sofrer um distúrbio hemorrágico. Quais são os fatores que podem resultar em hemorragia em cada um dos casos? Uma dieta livre de gorduras levaria a falta de vitamina K, uma vitamina lipossolúvel importante para a coagulação sanguínea já que a protrombina só consegue ligar-se ao cálcio quando está carboxilada, essa carboxilação só ocorre na presença de vitamina K. E o feno de trevo doce fermentado possui um antagonista de vitamina K, ou seja, impede que a vitamina K na forma hepóxido volte a forma hidroquinona, o que bloqueia a gamacarboxiglutamação e, consequentemente, a coagulação sanguínea.