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Curso Técnico em Biotecnologia Processos Bioquímicos Dosagem de Proteína usando o método Biureto Gabriele Mentz Mara Iara Pedroso Nathalia Gonçalves Pâmela Stradolini Profº. Dra. Alessandra Nejar Bruno e Dr. Leonardo da Silva Bittencourt Porto Alegre, 13 de Setembro de 2019 1. INTRODUÇÃO 1.1 PROTEÍNAS Proteínas são polímeros de aminoácidos responsáveis por controlar praticamente todos os processos que ocorrem dentro de uma célula. As proteínas de cada organismo, da mais simples das bactérias aos seres humanos, são construídas a partir do mesmo conjunto onipresente de 20 aminoácidos (Nelson e Cox, 2019). As proteínas têm muitos papéis importantes no corpo; diferentes da gordura e do glicogênio, elas não são apenas uma reserva de substratos energéticos. A proteína muscular é essencial para o movimento corporal. Outras proteínas funcionam como enzimas (catalisadores de reações bioquímicas) ou como componentes estruturais de células e tecidos. ( Os 20 aminoácidos comumente encontrados nas proteínas estão unidos entre si por ligações peptídicas. A sequência linear dos aminoácidos ligados contém a informação necessária para formar uma molécula proteica com estrutura tridimensional única. (Harvey e Ferrier, 2012). A estrutura de grandes moléculas, tais como proteínas, pode ser descrita em vários níveis de complexidade, arranjada em um tipo de hierarquia conceitual. Quatro níveis de estrutura proteica são comumente definidos (Nelson e Cox, 2019). Figura 1 - Níveis estruturais de proteína - Princípios de Bioquímica de Lehninger; Nelson e Cox 2019. 1.1.1 Estrutura Primária A sequência de aminoácidos em uma proteína é denominada estrutura primária da proteína. A sequência linear dos aminoácidos ligados contém a informação necessária para formar uma molécula proteica com estrutura tridimensional única. (Harvey e Ferrier, 2012). Figura 2- Estrutura Primária de proteína – Bioquímica ilustrada; Harvey e Ferrier, 2012 1.1.1.1 Ligação Peptídica Nas proteínas, os aminoácidos são unidos covalentemente por ligações peptídicas, as quais são ligações amida entre o grupo a-carboxila de um aminoácido e o grupo a-amino de outro. As ligações peptídicas não são rompidas por condições desnaturantes, como aquecimento ou altas concentrações de ureia. Deve haver uma exposição prolongada a um ácido ou a uma base forte em temperaturas elevadas para hidrolisar essas ligações de forma não enzimática. (Harvey e Ferrier, 2012) • Características das ligações peptídicas: A ligação peptídica tem um caráter de dupla-ligação parcial, ou seja, é mais curta do que uma ligação simples, além de rígida e planar. Figura 3 - Características das ligações peptídicas - Bioquímica Ilustrada; Harvey e Ferrier, 2012. A ligação peptídica geralmente é uma ligação trans, em grande parte devido à interferência estérica dos grupos R quando em posição cis. (Harvey e Ferrier, 2012) 1.1.2 Estrutura Secundária Estrutura secundária se refere a qualquer segmento de uma cadeia polipeptídica e descreve o arranjo espacial de seus átomos na cadeia principal, sem considerar a posição de suas cadeias laterais ou sua relação com outros segmentos. (Nelson e Cox, 2019). O esqueleto polipeptídico não assume uma estrutura tridimensional aleatória, mas, em vez disso, geralmente forma arranjos regulares de aminoácidos que estão localizados próximos uns aos outros na sequência linear. (Harvey e Ferrier, 2012) Figura 4 - Estrutura de proteína Secundária - Bioquímica Ilustrada; Harvey e Ferrier, 2012. 1.1.2.1 α Hélice Apresenta estrutura helicoidal, que consiste em um esqueleto polipeptídico central espiralado e bem compacto, com as cadeias laterais dos aminoácidos que a compõem estendendo-se para fora do eixo central, de modo a evitar a interferência estérica entre si. (Harvey e Ferrier, 2012) 1.1.2.3 Folha β Outra forma de estrutura secundária, na qual todos os componentes da ligação peptídica estão envolvidos com ligações de hidrogênio. As superfícies das folhas β apresentam uma aparência "pregueada" e, portanto, essas estruturas são frequentemente denominadas ''folhas β pregueadas". Ao contrário da α hélice, as folhas β são compostas de duas ou mais cadeias peptídicas ou segmentos de cadeias polipeptídicas, que se apresentam quase totalmente estendidos. Nas folhas β as ligações de hidrogênio são perpendiculares ao esqueleto polipeptídico. (Harvey e Ferrier, 2012). 1.1.2 Estrutura Terciária e Quaternária A estrutura primária de uma cadeia polipeptídica determina sua estrutura terciária. (Harvey e Ferrier, 2012). O arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína é chamado de estrutura terciária. Enquanto o termo “estrutura secundária” se refere ao arranjo espacial dos resíduos de aminoácidos adjacentes em um segmento polipeptídico, a estrutura terciária inclui aspectos de alcance mais longo da sequência de aminoácidos. (Nelson e Cox, 2019) Figura 5 - Estrutura de Proteína terciária - Bioquímica Ilustrada; Harvey e Ferrier, 2012. Algumas proteínas contêm duas ou mais cadeias polipeptídicas distintas, ou subunidades, que podem ser idênticas ou diferentes. O arranjo destas subunidades proteicas em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária. Figura 6 - Estrutura de Proteína Quaternária - Bioquímica Ilustrada; Harvey e Ferrier, 2012. 1.2 Espectrofotometria A espectrofotometria é uma técnica analítica que permite determinar a concentração das soluções por meio da intensidade de luz absorvida ou transmitida por elas. Com soluções coloridas, em que a intensidade de cor produzida na solução é proporcional à concentração da substância que está sendo dosada, conseguimos quantificar a concentração de uma dada substância em uma solução. Isso ocorre devido às diversas biomoléculas absorverem luz em comprimentos de onda () característicos. A luz branca é um espectro contínuo dos comprimentos de onda de todas as cores. Se a luz branca atravessar uma solução contendo um composto corado, certos comprimentos de onda de luz são absorvidos seletivamente (BRUNO et al., 2014). Em 1852, Johann Lambert estudou transmissão de luz por sólidos homogêneos, enquanto August Beer estendeu os estudos para a análise das soluções, resultando na Lei de Lambert-Beer que determina que: “Quando uma faixa de luz monocromática atravessa uma solução colorida, a quantidade de luz absorvida é diretamente proporcional à concentração da solução colorida e à espessura da camada atravessada.” (NELSON; COX, 2011). O espectrofotômetro é um equipamento que compara quantitativamente a fração de luz que passa através de uma solução de referência e de uma solução de teste. De modo geral, um espectrofotômetro possui uma fonte estável de energia radiante (normalmente uma lâmpada incandescente), um seletor de faixa espectral (monocromatizadores, como os prismas, que selecionam o comprimento de onda da luz que passa através da solução de teste), um recipiente para inserir a amostra a ser analisada (a amostra deve estar em recipientes apropriados conhecidos como cubetas) e um detector de radiação, que permite uma medida relativa da intensidade da luz. O espectrofotômetro inforna quanta luz foi transmitida (T) ou quanta luz foi absorvida (A). Desta forma podemos afirmar que: Absorbância (A): é a quantidade de luz que uma solução absorve. Apresenta a vantagem de variar de forma linear com a concentração da amostra. Transmitância (T): é quantidade de luz que uma solução deixa passar, ou seja, não absorve. É expressa em porcentagem de luz transmitida.Assim, quando T=100%, não há absorção de fótons. A determinação da concentração de um soluto em uma determinada solução por espectrofotometria envolve também a comparação da absorbância da solução comum com uma solução de referência, na qual já se conhece a concentração do soluto. De modo geral, essa solução de refência é chamada de solução-padrão. Pode-se então diluir a solução-padrão para obter diferentes concentração (pontos), determinar as suas respectivas absorbâncias e traçar um gráfico, cujo perfil é conhecido como curva- padrão. No gráfico da curva-padrão, o eixo Y (vertical) indica a absorbância da amostra, enquanto no eixo X (horizontal) indica a concentração em mg/mL da amostra (BRUNO et al., 2014). Em cada ponto obtido na curva-padrão, obtemos o fator de calibração (FC) de cada ponto da curva. Realizando a média dos fatores de calibração parcial, obtemos o fator de calibração médio (FCM) e, com ele, calculamos as concentrações desconhecidas em uma solução por meio da seguinte fórmula: Q ou C (concentração) = A (absorbância da amostra) X FCM 1.3 Método de Biureto Dentre várias técnicas colorimétricas para quantificar proteínas, o método usado para esta aula prática foi o método de Biureto, que consiste em uma técnica baseada na formação em meio alcalino de um complexo entre íon cúprico (Cu3+) e as múltiplas ligações peptídicas das proteínas. O complexo formado apresenta coloração violeta púrpura estável, cujo ponto máximo de absorção ocorre no comprimento de onda de 545 nm. Apesar de ser rápido e utilizar reagentes de baixo custo, esse método não é muito sensível. Ainda assim, o método de Biureto continua sendo recomendado para a determinação da concentração de proteínas totais em plasma sanguíneo, na saliva e no leite (ZAIA; ZAIA; LICHTIG, 1998). 2. OBJETIVO Apreender o princípio, objetivo e procedimento de uma curva padrão e determinar a concentração de proteínas através do método do Biureto. 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.2 Materiais Reativo de Biureto (48mL) • Solução padrão de albumina 5mg/mL (5 mL) • 16 Tubos de ensaio de vidro • Espectrofotômetro • Cubeta • Micropipeta de 1000uL (P1000) • 1 pipeta de vidro de 5mL e 1 de 1mL • Banho maria e termômetro 3.3 Métodos Em tubos de ensaio foram adicionados em duplicata quantidades de água e Albumina Bovina Padrão (BSA) em diferentes concentrações conforme a tabela abaixo: TUBO Concentração (mg/mL) BSA a 5mg/mL (uL) Água (uL) 04 2 400 600 03 1,5 300 700 02 1 200 800 01 0,5 100 900 BRANCO 0 0 1000 Também em duplicata, 1mL de cada uma das 3 soluções de proteína preparadas pela técnica do laboratório foram adicionadas à outros 6 tubos, 2 com cada solução. TUBOS BRANCO TUBO A TUBO B TUBO C H2O mL 1,0 - - - Soluções mL 0 1,0 (Solução A) 1,0 (Solução B) 1,0 (Solução C) Após, foram adicionados 2,5mL de Biureto em cada um dos tubos, agitou-se e foram aquecidos em banho maria a 37ºC por cerca de 10 minutos. No espectrofotômetro previamente ligado e calibrado no comprimento de onda desejado (545nm) foi medido a absorbância de cada solução. 4. RESULTADOS Tabela de valores de absorbância para cálculo de FCM ABORBÂNCIA VALOR 1 VALOR 2 MÉDIA FC TUBO 1 0,042 0,038 0,04 12,5 TUBO 2 0,078 0,074 0,076 13,1 TUBO 3 0,124 0,117 0,120 12,4 TUBO 4 0,154 0,157 0,155 12,8 𝐹 = 𝑄 𝐴 𝐹𝐶1 = 0,5 0,04 = 𝟏𝟐, 𝟓 𝐹𝐶2 = 1 0,076 = 𝟏𝟑, 𝟏 𝐹𝐶3 = 1,5 0120 = 𝟏𝟐, 𝟒 𝐹𝐶4 = 2 0,155 = 𝟏𝟐, 𝟖 𝐹𝐶𝑀 = 12,5 + 13,1 + 12,4 + 12,8 4 = 𝟏𝟐, 𝟕 𝑄 = 𝐴 𝐹𝐶𝑀 𝑄 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝐴 = 0,038 12,7 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟐 𝒎𝒈 𝒎𝑳 𝑄 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝐵 = 0,040 12,7 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑 𝒎𝒈 𝒎𝑳 𝑄 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝐶 = 0,087 12,7 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟔 𝒎𝒈 𝒎𝑳 *Eixo y: Absorbância *Eixo x: Concentração de BSA 5 mg/mL 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0 0,5 1 1,5 2 2,5 A b so rb ân ci a Concentração mg/mL (Q) Curva - Padrão de BSA 5mg/mL lida em 545 nm REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRUNO, Alessandra Nejar et al (Org.). Biotecnologia I: Princípios e Métodos. Porto Alegre: Artmed, 2014. p 101 - 102. NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011 Nelson, L.. Cox, M; Princípios de Bioquímica de Lehninger - 6. ed. – Porto Alegre : Artmed, 2014. NELSON, David L.; COX, Michael M.; Princípios de Bioquímica de Lehninger - 7. Ed. Porto Alegre : Artmed, 2019. Harvey, A., Ferrier, D; Bioquímica ilustrada - 5. ed. - Porto Alegre : Artmed, 2012. Volhardt, K. et al; Química Orgânica – Estrutura e Função 6ª edição; 6ª edição, 2013. ZAIA, D. A. M.; ZAIA, C. T. B. V.; LICHTIG, J. Determinação de proteínas totais via espectrofotometria: vantagens e desvantagens dos métodos existentes. Química Nova, v. 21, n. 6, p. 787-793, 1998
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