MORFOGERAL 1

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MORFOGERAL – MÓDULO 01
Introdução ao estudo da medicina
Conteúdos:
1. Biomoléculas 1 (proteínas);
2. Biomoléculas 2 (enzimas);
3. Citoesqueleto e organelas citoplasmáticas (produção de energia e vesículas);
4. Sinalização celular (receptores acoplados à proteína G e via do AMPc);
5. Duplicação do DNA e reação em cadeia da polimerase;
6. Regulação do ciclo celular;
7. Transcrição e tradução.
Murillo Vieira - XXII
BIOMOLÉCULAS – AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS E ENZIMAS
- Aminoácidos:
Aminoácidos não são usados somente para construir proteínas;
União de aminoácidos forma um polipeptídio (pode virar uma proteína);
Proteínas são macromoléculas biológicas formadas a partir da expressão contida no DNA e apresenta muitas funções celulares;
Aminoácidos são moléculas orgânicas constituídas por um grupo amina e um grupo carboxila;
R: cadeia lateral
O aminoácido mais comum é a glicina, em que a cadeia lateral é o hidrogênio, se na cadeia lateral houverem mais carbonos, esses recebem o nome de β, γ, δ, ...
O carbono do meio (alfa) é um carbono quiral, logo, os aminoácidos possuem atividades óptica, a estereoisomeria depende do lado do grupo amina. Diferente dos carboidratos, os aminoácidos biologicamente ativos são os que apresentam a configuração L. 
Existem 20 aminoácidos que estão presentes na constituição das proteínas do metabolismo humanos.
Classificação dos aminoácidos baseados na CADEIA LATERAL:
1. Polaridade – tendência para interagir com água.
2. Carga – propriedades ácido-base.
3. Aromaticidade 
Aminoácidos apolares: glicina, alanina, valina, prolina, metionina, valina, leucina e isoleucina.
Aminoácidos aromáticos: fenilalanina, tirosina e triptofano.
Aminoácidos polares sem carga: serina, treonina, cisteína, asparagina e glutamina.
Aminoácidos polares carregados: lisina, arginina, histidina, aspartato e glutamato.
A cadeia lateral é extremamente apolar dando esse caráter aos aminoácidos.
Aminoácidos podem ser essenciais ou não essenciais:
ESSENCIAIS: são aqueles que o metabolismo humano não consegue sintetizar, portanto, a única fonte é a dieta. Ex: fenilalanina, isoleucina, metionina, histidina, triptofano, leucina, valina, treonina e lisina.
NÃO ESSENCIAIS: são aqueles que conseguimos sintetizar. Ex: glutamato, aspartato, glutamina, asparagina, glicina, alanina, cisteína, prolina, tirosina, serina e arginina.
 
Ligação peptídica:
Os aminoácidos ligam-se entre si para formar peptídeos pela LIGAÇAO PEPTÍDICA que ocorre entre uma amina e uma carboxila do aminoácido e não da cadeia lateral, também, liberaram água. (Reação de condensação)
- Extremidade aminoterminal (o início do peptídeo: amina livre)
- Extremidade carboxiterminal (o fim do peptídeo: carboxila livre)
Na ligação peptídica, há a possibilidade dos elétrons da dupla ligação do carbono com o oxigênio serem compartilhados com nitrogênio, ou seja, a ligação peptídica terá o aspecto de uma ligação dupla: rígida e plana.
Níveis de organização:
1. Estrutura primária: sequência de aminoácidos ligados. As forças que unem são: ligações covalentes pelas ligações peptídicas.
2. Estrutura secundária: é influenciada pelas características da cadeia lateral (polar, apolar, hidrofobia e hidrofílica) e por causa da lig. rígida e plana da lig. peptídica. São de dois tipos:
a. α – hélice (se adapta à natureza plana da lig. peptídica) helicoidal/espiralizada
b. folha – β (formam um zigue-zague pode ser paralela ou antiparalela)
As estruturas são unidas por forças fracas (lig. de hidrogênio, lig. iônica, lig. hidrofóbica ou apolar).
3. Estrutura terciária: é a união tridimensional de estruturas secundárias, em que o centro da estrutura estão os aminoácidos hidrofóbicos e para fora os hidrofílicos. As forças que estabilizam as estruturas terciárias são as pontes de dissulfeto (de enxofre). São formadas quando duas cistinas são oxidadas, formando cisteínas. Essas cistinas formam as pontes.
4. Estrutura quaternária: conjunto de mais de um polipeptídio. Proteínas só apresentam estrutura quaternária se é necessário mais de uma cadeia polipeptídica para exercer sua função.
Se uma mutação ocorrer e afetar a estrutura primária de uma proteína, em que o aminoácido é substituído por um aminoácido de características iguais ao anterior não mudará a função da proteína. 
- Proteínas:
São sequencias de aminoácidos definidos a nível do DNA. A ordem e o tamanho dos aminoácidos faze toda diferença na composição proteica. 
Quase todas as proteínas possuem todos os 20 aminoácidos na sua composição, sendo que algumas não conseguem realizar suas funções após a síntese tornando necessário componentes não proteicos para realização. Esses componentes são os grupos prostéticos e é dividido em ORGANICOS (lipídios, carboidratos, ...) e INORGANICOS (íons de ferro, cálcio, ...). Ex: a caseína do leite é uma fosfoproteína, pois precisa do grupo fosfato.
Domínios: são regiões das proteínas responsáveis por funções ou propriedades específicas. (as proteínas podem ter mais de um tipo de função)
A miosina – V, que realiza o transporte de organelas para diferentes locais do citoplasma, possui 4 domínios:
1. Domínio de interação com cargas.
2. Domínio de dimerização (junção).
3. Domínio regulatório (regula a atividade: rápida/lenta).
4. Domínio motor (catalítico) interação com F-actina com gasto de ATP.
Assim, as proteínas variam de função dependendo da região.
Mutações: 
Mutação na estrutura primária provoca a mudança conformacional da estrutura terciária, se o aminoácido substituído for o oposto do substitutivo. 
Anemia falciforme é uma doença em que as hemoglobinas sofrem uma mutação (substituição) do glutamato (aminoácido polar/ácido) pela valina (aminoácido apolar/sem carga) provocando uma mudança conformacional da estrutura tridimensional de forma bicôncava para forma de foice. 
Mutações silenciosas são substituições de aminoácidos por outros de mesmas propriedades.
Desnaturação das proteínas: perda da estrutura tridimensional (terciária ou quaternária), da atividade catalítica e da função. 
- Fatores que promove a desnaturação:
1. Força mecânica.
2. Mudanças extremas no pH (alteração da carga das proteínas).
3. Mudanças extremas de temperatura.
4. Atividade enzimática. 
5. Mudanças no meio externo (mais/menos hidrofílico ou hidrofóbico).
6. Ação de agentes redutores (provocam a quebra das pontes de dissulfetos) e/ou caotrópicos (provocador de caos no sistema – agentes que “roubam” pontes de hidrogênio).
- Desnaturações irreversíveis (força mecânica e mudanças extremas de temperatura).
- Desnaturações reversíveis/renaturação (alterações no pH e agentes redutores/caotrópicos).
A queratina do cabelo possui várias pontes de dissulfetos (S-S). Quando um cabelo liso deseja se tornar encaracolado, ocorre uma quebra das pontes de dissulfetos (S-S) por meio de uma redução, posteriormente, se encaracola: a formação aleatória das pontes de dissulfetos (não mais linear), dando-lhe o aspecto cacheado.
Classes de proteínas: 
· Proteínas globulares (“esféricas”): possuem uma estrutura não muito regular, sendo compostas por aminoácidos hidrofóbicos no interior e aminoácidos hidrofílicos no exterior. São proteínas solúveis em água (quase todas as enzimas são globulares. Apresentam a mesma quantidade de aa’s hidrofóbicos e hidrofílicos.
· Proteínas fibrosas (“filamentosas”): são bastantes alongadas e organizadas em um longo eixo, alfas-hélices longas. Não há a possibilidade de interiorizar os aa’s hidrofóbicos. Assim, apresentam baixa quantidade de aa’s hidrofílicos (queratina) ou baixa quantidade de aa’s hidrofóbicos (colágeno).
· Proteínas de membrana: regiões bem organizadas, possuem resíduos hidrofóbicos para inserção na membrana que se organizam em 1 ou mais hélices curtas ou “barris beta”. Apresentam porções hidrofílicas (expostas ao citoplasma celular). Normalmente, são receptores, canais, bombas, ... Sendo unipasso ou multipasso.
- Enzimas: 
Enzima é uma proteína com a capacidade de aceleração de uma reação qualquer. São fundamentais pois sem elas o substrato realizará sua transformaçãoem produtos de forma espontânea (lenta). A enzima age ligando-se ao substrato formando o complexo enzima-substrato, que, posteriormente, transforma-se no estado de transição, em que a reação é reversível. Ao fim da transformação, forma-se os produtos.
· A enzima age diminuindo a energia de ativação (energia que deve ser fornecida para ocorrer a reação). No entanto, a ação das enzimas não afeta constante de equilíbrio. Também, não apresentam efeito termodinâmico global (a diferença energética é a mesma entre substrato e produto).
· É necessário lembrar que a enzima não é degradada na reação, o encontro enzima-substrato ocorre ao acaso e algumas enzimas apresentam alta especificidade degradando somente um tipo de substrato.
· Algumas enzimas necessitam de cofatores para realização da catálise (coenzima é um cofator orgânico).
Variação da velocidade enzimática:
Temperatura: As enzimas funcionam por contato, proximidade; com o aumento da temperatura ocorre o aumento da agitaçao das moléculas facilitando o encontro enzima-substrato. Contudo, o aumento excessivo provoca a deformaçao do sítio ativo e/ou desnaturaçao da enzima.
Concentraçao de substrato: uma maior quantidade de substrato provoca uma maior possibilidade de encontro entre o substrato e a enzima. Porém, há um limite da influencia da concentraçao de substrato, pois pode ocorrer o encontro de todos os sítios ativos com o substrato “chegando” na velocidade máxima.
As enzimas sempre trabalharao a baixo da velocidade máxima, pois a velocidade é uma média de encontro e quebra das enzimas. 
pH: toda enzima possui um pH ótimo. O aumento ou a queda desse pH provoca a diminuição da velocidade da enzima, pois a enzimas podem apresentar aminoácidos chaves no sítio ativo com cargas que sofrem o efeito da mudança do pH trocando as cargas, assim, levando a uma mudança conformacional na enzima e, portanto, impossibilitando a degradação do substrato.
Catálise enzimática:
A catálise ocorre quando a enzima se liga ao substrato formando o complexo enzima-substrato que diminui a energia de ativação da reação, possibilitando a transformação do substrato em produto. O processo de catálise é realizado pelo sítio ativo da enzima.
· O sítio ativo é uma fenda tridimensional na estrutura da enzima, que é formada por resíduos de aa’s de diferentes partes da enzima. É nesse sítio que ocorre o reconhecimento do substrato e a formação do complexo enzima-substrato. Ex: o sítio ativo da lisozima são os resíduos 35, 52, 62, 63, 101 e 108.
· A forma do sítio ativo é decorrente do restante dos aminoácidos da enzima que estão em contato com água. 
· Mutaçoes no sítio ativo provocam uma mudança na ação da enzima, aumentando, diminuindo ou impossibilitando a reação.
A catálise enzimática pode ser de 3 tipos:
· Catálise ácido-base: em que os grupos funcionais ionizáveis da cadeia lateral dos aminoácidos agem como ácidos ou bases que participam interagindo (e modificando) os substratos. São necessários alguns aminoácidos ácidos ou básicos no sítio ativo.
· Catálise por tensão: quando a enzima se liga ao substrato forçando uma mudança conformacional. Isso provoca um enfraquecimento da ligação química a ser rompida (formada). Após a clivagem da ligação, a enzima desliga-se dos produtos. (Síntese de ATP)
· Catálise covalente: quando há uma ligação covalente temporária com o substrato. A enzima-substrato torna-se reativa e reage com um segundo substrato. Após a segunda reação, a enzima volta ao estado inicial. Geralmente, há transferência de grupos e radicais entre os substratos. (Síntese de Ácido graxo)
Inibidores:
As enzimas são influenciadas pela ação dos inibidores que podem ser competitivos e não-competitivos. Os inibidores competitivos agem alterando o Km (concentração de substrato que proporciona ½ da velocidade máxima da reação), a velocidade máxima não mudará. Eles agem disputando com o substrato o sítio ativo, dessa maneira, ainda há a possibilidade de chegar próximo da Vmáx quando se aumenta a concentração de substrato.
Os inibidores não-competitivos agem se ligando na enzima (sítio regulatório) provocando uma mudança conformacional na enzima, deixando-a sem função. Dessa maneira, o inibidor não-competitivo provoca a diminuição da Vmáx e pode alterar o Km.
O sítio ativo é o local em que ocorre a interação/encaixe com o substrato. Já o sítio alostérico, que está presente em apenas algumas enzimas, funciona como um ambiente em que ligam os moduladores que provocam uma conformacional, possibilitando o encaixe enzima-substrato no sítio ativo. O mecanismo de modulação alostérica depende dos moduladores (inibidores ou ativadores).