Revisão para AP1-Bioquímica I

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Exercícios de Bioquímica 1 – Preparação para AP1 
PARTE I
1- O calor específico da água é 1,0 e do etanol é 0,6. Qual das duas substâncias seria mais eficiente para refrigeração? Justifique
Água. Quando queremos esfriar uma substância, é melhor a colocarmos em contato com outra substância que absorva bastante calor e não sofra alteração de temperatura facilmente. O equilíbrio térmico (temperatura igual para as duas substâncias envolvidas) acontece após a água ter absorvido bastante calor da substância que se deseja refrigerar.
2- Quais destas propriedades estão relacionadas às características da água para manutenção de vida na Terra:
( ) molécula anfipática (X) tensão superficial
(X) ponto de fusão (X) calor específico
( ) ligação covalente (X) molécula polar
(X) pontes de hidrogênio ( ) interação de Van Der Walls 
(X) ponto de congelamento (X) ponto de ebulição
3- Várias características distinguem a molécula de água (H2O) do ácido sulfídrico (H2S). Com base em seus conhecimentos, marque a alternativa correta: 
( ) A água é gasosa a 100ºC e o ácido sulfídrico é gasoso a 60ºC, na temperatura ambiente, ambos apresentam-se na forma líquida.
( ) A água tem propriedades moleculares que permitem que ela tenha maior ponto de ebulição que o ácido sulfídrico, esta característica é devido a ligação de Van Der Walls que elas realizam a 100ºC.
(X) A eletronegatividade do oxigênio é maior que a do enxofre, contudo a ligação entre enxofre e hidrogênio é mais fraca que o do hidrogênio e oxigênio, permitindo que a água seja líquida em temperatura ambiente e ácido sulfídrico gás.
( ) A ponte de hidrogênio que ocorre entre as duas moléculas, forma o ácido sulfúrico (H2SO4), que tem características semelhantes ao do ácido sulfídrico (H2S), corrosivo para metais. 
( ) As duas moléculas são polares, e apresentam características semelhantes, principalmente na condutividade elétrica e no ponto de congelamento. 
4- Para sobreviverem, os animais aquáticos apresentam limites de resistência em relação ao pH das águas em que habitam. Por exemplo, o pH de sobrevivência dos camarões é de 5.8, dos caramujos é 7.0 e dos paramécios é 9.0.
A tabela abaixo mostra as concentrações de prótons (H+) de três soluções (A, B e C). Analise e complete a tabela estabelecendo a relação adequada entre [H+] e pH. A seguir, indique qual a solução mais adequada para sobrevivência dos camarões, justificando sua resposta.
	Solução
	pH
	[H+]
	A
	= 7
	= 1x 10-7
	B
	> 7
	< 1x 10-7
	C
	< 7
	>1x 10-7
Deve usar a solução C, pois possui um pH < 7 (pH ácido). Quanto maior é a concentração de prótons (H+) livres em solução, menor é o pH.
5- Quando você adiciona óleo em um copo de água, o que ocorre entre os dois líquidos?
( ) Eles se misturam
(X) O óleo fica em cima e água em baixo, devido a densidade do óleo ser menor que da água
( ) Não há mistura, já que as duas substâncias são apolares, e substâncias apolares não se misturam.
( ) Formam uma solução homogênea, separando a parte polar da apolar.
6- E quando você adiciona detergente a um copo de água e óleo? O que ocorre?
( ) Agora eles se misturam, pela união do detergente, que é um composto anfipático (tem parte polar e apolar), interagindo com as duas substâncias.
( ) Formam uma solução tampão, que representará o pH ideal para uma mistura como esta.
( ) O óleo agora pode ficar embaixo, pois sua densidade aumenta na presença do detergente.
(X) Depende da composição do detergente, se ele for líquido, pode haver interação entre óleo e a água, mas se ele for sólido, ele ficará depositado ao fundo, por sua alta densidade.
7- João estava arrumando a prateleira do laboratório onde trabalha, e começou a organizar os ácidos. Ajude João a arrumar a prateleira, colocando em ordem crescente, dos ácidos mais fracos aos mais fortes, e justifique os seus parâmetros de organização para que João não se perca:
Ácido 1 - Ka = 5,1 x 10-5
Ácido 2 – Ka = 4,3 x 10-4
Ácido 3 – Ka = 2 x 10-7
Ácido 4 – Ka = 9 x 10-2
Ácido 5 – Ka = 6,7x 10-3
Ácido 6 – Ka = 3,5 x 10-5
Por fim, calcule os pKs dos ácidos, para ajudar o João a rotular melhor os ácidos no laboratório.
Ácido 1: pKa = 4,29 
Ácido 2: pKa = 3,36
Ácido 3: pKa = 6,69
Ácido 4: pKa = 1,04
Ácido 5: pKa = 2,17
Ácido 6: pKa = 4,45
Quanto menor o valor de pKa, mais forte é o ácido, pois é maior a sua concentração de prótons livres em solução. Em ordem crescente do mais fraco para o mais forte:Ácido 3 < Ácido 6 < Ácido 1 < Ácido 2 < Ácido 5 < Ácido 4
8- Assinale se as sentenças abaixo são verdadeiras ou falsas, apontando os erros nas sentenças falsas, justificando sua resposta.
a) (F) Um hexapeptídeo contém seis ligações peptídicas. 
Possue cinco.
b) (V) Na formação de um polipeptídeo de 20 resíduos de aminoácidos, são perdidas 19 moléculas de água.
c) (V) As alfa-hélices são estabilizadas por pontes de hidrogênio entre as cadeias laterais dos aminoácidos que as compõem. 
d) (F) A prolina é um aminoácido muito freqüente em alfa-hélices porque seu átomo de N faz parte de um anel, favorecendo que a ligação peptídica envolvendo este aminoácido gire para formar a espiral.
A prolina é má formadora de alfa-hélice porque possui seu átomo de nitrogênio como parte de um anel, o que impossibilita que a ligação N-Cα gire para formar uma espiral.
e) (F) Como nas folhas beta as cadeias laterais dos aminoácidos se encontram acima e abaixo do plano da folha, aminoácidos com cadeias laterais volumosas não se acomodam bem neste tipo de estrutura secundária.
Esta maneira de posicionar (aminoácidos acima e abaixo do plano da folha) permite que grupamentos volumosos não interfiram com a organização das folhas.
f) (V) As forças que mantêm a estrutura terciária de uma proteína são as mesmas envolvidas nas interações entre as subunidades de uma proteína com estrutura quaternária.
g) (V) A glicina é um aminoácido pouco freqüente em alfa-hélices, porém muito comum na hélice do colágeno, permitindo que nesta proteína fibrosa, três hélices se enovelem de forma bastante compacta.
h) (F) A interação alostérica entre uma proteína e seu ligante é aquela na qual a ligação deste a um determinado sítio afeta a ligação de outra molécula ao mesmo sítio.
Elas afetam em outro sítio, como por exemplo a hemoglbina, onde a ligação é facilitada para outra subunidade.
9- Proteases são enzimas que catalisam o rompimento de ligações peptídicas. Imagine os efeitos da ação de uma protease sobre determinada proteína, e, com base nos seus conhecimentos a respeito de estrutura de proteínas, defina se as afirmativas a seguir são falsas ou verdadeiras, justificando suas respostas.
(F) Não haverá necessariamente perda de função da proteína, pois os domínios funcionais da mesma podem ser mantidos mesmo separados.
Com a “quebra” da estrutura da proteína, ela se torna inativa, perdendo sua função.
(V) A estrutura primária sempre será perdida, pois ela é definida como a seqüência linear de aminoácidos da proteína. 
(V) A estrutura secundária sempre será perdida, pois ela depende da interação entre todos os aminoácidos que compõem a proteína.
A protease “quebra” a proteína, por isso tanto a estrutura primária quanto a secundária são perdidas.
(F) A estrutura quaternária nunca será perdida, pois ela não depende da estrutura primária da proteína. Depende sim da estrutura primária.
10 – Diferentes tratamentos químicos podem afetar a atividade de uma proteína devido ao rompimento de interações necessárias para manutenção de sua estrutura tridimensional. Relacione os tratamentos listados na coluna da esquerda com as interações que seriam afetadas listadas na coluna da direita e justifique suas escolhas.
(1) Aumento da concentração de sal
(3) interações hidrofóbicas
(2) Incubação com a gente redutor
(1) interações eletroestáticas
(3) Incubação com solvente orgânico
(2) pontes dissulfeto
interações hidrofóbicas = entre substância apolar com polar.
Interação eletroestática= ligação iônica.
Pontes dissulfeto = o agente redutor adiciona H+ para desestabilizar o S.
PARTE II
1-Observe a tabela abaixo e responda as perguntas a seguir.
	Substância
	Calor específico (cal/gºC)
	Água
	1,00
	Etanol
	0,58
	clorofórmio
	0,234
a) Considerando dois recipientes com a mesma quantidade de água ou etanol, em qual deles será necessária a aplicação de maior quantidade de calor para que haja aumento de temperatura em 10ºC?
Água. Para elevar 1 g de água em 1 ºC é necessário 1 caloria, já o caso do etanol é necessário 0,58 calorias. No caso para aumentar a temperatura em 10ºC, será necessário aplicar na água quase o dobro de calor aplicado ao etanol. 
b) Considerando que a mesma quantidade de água ou de clorofórmio foi aquecida, tendo sua temperatura elevada em 1ºC, em qual das duas substâncias foi necessária à aplicação de maior quantidade de calor?
Água. Para elevar 1 g de água em 1 ºC é necessário 1 caloria, já o caso do clorofórmio é necessário 0,234 calorias (4 vezes menos).
c) Explique por que o calor específico da água é maior do que o do etanol.
A água possui um calor específico maior que o etanol, pois possui uma maior quantidade de pontes de hidrogênio. Necessitando de mais energia (calor) para quebrá-las.
2- A água é uma molécula bastante especial. Sobre ela, responda as questões a seguir.
a) Escolha duas propriedades da água e explique-as a partir do conceito de ponte de hidrogênio.
Tensão superficial da água: a coesão das moléculas de água é realizada através das pontes de hidrogênio.
Ponto de fusão, Calor específico e Calor de vaporização: alto, pois precisamos de muito calor para desmanchar as pontes de hidrogênio. Temos mais pontes de hidrogênio no gelo que na água líquida, sendo assim o ponto de fusão dele é maior.
b) Podemos afirmar que a molécula de água é um dipolo. Com base no conceito de eletronegatividade dos átomos, explique esta afirmação. Em seguida, relacione a distribuição eletrônica da molécula de água com sua capacidade de formar pontes de hidrogênio.
O oxigênio possui uma eletronegatividade maior que a do hidrogênio, com isso o par eletrônico compartilhado por estes dois átomos fica deslocado para mais próximo do oxigênio. Isso faz com que a água tenha próximo ao átomo de oxigênio, uma carga parcial negativa e os átomos de hidrogênio que tiveram seus elétrons ligeiramente deslocados da direção do oxigênio, forma-se uma carga parcial positiva. Assim a molécula da água tem uma parte mais positiva e outra mais negativa, dando origem a dois pólos eletrônicos (molécula dipolo). Esse dipolo faz que a molécula de água consiga interagir com outras moléculas de água (a carga parcial positiva de uma molécula de água interage com a carga parcial negativa de outra molécula). Essa interação é chamada de ponte de hidrogênio.
3 – Uma indústria farmacêutica criou um produto novo para ser utilizado como lava-louças. A empresa afirma que a eficiência do produto é inquestionável. Imagine que você foi convidado para dar um parecer sobre a eficiência do produto. Ao conversar com o responsável pela elaboração do novo lava-louças, você ficou sabendo que este era uma substância APOLAR. A afirmação da empresa sobre a eficiência do produto como lava louças é verdadeira? Justifique sua resposta mencionando as características moleculares de um detergente e a maneira como este interage com a molécula de água e com a gordura que deve ser retirada da louça.
Não, o produto não vai ser eficiente. Um detergente é uma molécula anfipática, elas possuem uma região hidrofílica (polar) e uma hidrofóbica (apolar). A região polar do detergente vai se ligar a água, desestabilizando a parte polar, que para se estabilizarem novamente, tendem a se excluírem deste contato, formando as micelas (pequenas bolhas).
4- Imagine que ao chegar à sessão de tutoria de Bioquímica em seu pólo, seu tutor tenha proposto uma prática. Ele propôs que você enchesse um copo com água até a boca e em seguida, adicionasse, com um conta-gotas, mais água ao copo. O copo estava com água acima do nível da sua borda, no entanto, a água não transbordava.
a) Qual propriedade da água está associada ao fato de a água não transbordar, mesmo estando acima do nível da borda do copo?
Tensão superficial da água.
b) Explique, do ponto de vista molecular, esta propriedade.
É uma propriedade desencadeada pela coesão de suas moléculas, umas com as outras (uma molécula de água pode interagir com a que está ao seu lado esquerdo, direito, em cima, embaixo, em todas as direções, sempre com a mesma intensidade de força). Essa coesão é realizada através das pontes de hidrogênio.
5- Imagine uma solução de HCl (ácido clorídrico), um ácido forte, que esteja em uma concentração de 0,1M.
a- Calcule o pH desta solução.
0,1M = 10-1M
pH = - log [H+]
pH = - log 10-1
pH = 1
b- Se você diluir 10 vezes esta solução (ou seja, tornar a solução 0,01M), qual será o valor de pH desta nova solução?
0,01M = 10-2M
pH = - log [H+]
pH = - log 10-2
pH = 2
6 – Um pesquisador precisa utilizar o ácido mais forte que tiver no laboratório para fazer um experimento. A única informação que ele possui sobre os 2 ácidos que ele encontrou foi o valor de seus Kas:
Ka1= 10-5
Ka2= 10-3
a) Qual é o ácido mais forte? Por quê?
O ácido mais forte é o ácido 2. Quanto menor o valor de pKa, mais forte é o ácido, pois é maior a sua concentração de prótons livres em solução.
b) Para saber em que pH os ácidos 1 e 2 se encontram 50% dissociados, o pesquisador precisou calcular os valores de pK para estes dois compostos. Quais foram os valores obtidos? Justifique matematicamente sua resposta.
Quando os ácidos se encontram 50% dissociados, o pH = pKa.
pKa = - log Ka
Ka1 = 10-5
pKa1 = 5
Ka2 = 10-3
pKa2 = 3
7- Observe na figura abaixo a curva de titulação da glicina e responda as perguntas seguintes.
a) Em pH 6.0, qual a carga líquida deste aminoácido?
Zero. 
b) Em pH 6.0, qual a carga do grupo carboxila e qual é a carga do grupo amino deste aminoácido?
NH3+1 = +1 
COO-1 = -1
c) Em que faixa(s) de pH a glicina funciona como um tampão? Como isso acontece? Explique.
Uma faixa entre 2 e 3 e outra faixa entre 9 e 10. Estas duas zonas, uma em pH ácido e outra em pH básico, elas indicam que não há uma variação de pH significante, mesmo com a adição de base em meio ácido. 
d) Sabendo que o ácido aspártico apresenta como valores de pK 1,88, 2,77 e 9,60, desenhe a curva de titulação e escolha um valor de pK, explique o que está acontecendo com as moléculas do ácido aspártico neste valor que escolheu.
pK1 = 1,88 [50% COO - -Cα (desprotonado) / 50% COOH –Cα (protonado)] 
pKR = 2,77 [50% COO - -CR (desprotonado) / 50% COOH –CR (protonado)] 
pK2 = 9,60 [50% NH3+ -Cα (desprotonado) / 50% NH2 –Cα (protonado)]
8- Na aula 14 da nossa disciplina, você conheceu um experimento realizado por um importante pesquisador chamado Christian Anfinsen. Neste experimento, ele estudou o enovelamento da enzima ribonuclease, usando dois agentes que perturbam a estrutura de proteínas: a uréia e o β-mercaptoetanol. 
a) Você viu que quando ele incubou a enzima com os dois agentes, ela perdia completamente sua atividade. Quando ele retirava esses agentes através de diálise, a atividade era recuperada. Explique o que ocorreu com a ribonuclease quando ela foi incubada com a uréia e o β-mercaptoetanol e por que a atividade foi recuperada após a remoção destes agentes.
Ela foi desenovelada pela ação de agentes desnaturantes (uréia e o β-mercaptoetanol), após a remoção destes agentes, ele constatou que a atividade da ribonuclease permanecia como antes de ser incubada. Ele constatou então que a ribonuclease se reenovelou sozinha, assumindo sua conformação original dotada de função.
b) Após obter esses resultados, Anfinsen fez outro experimento, que relataremos agora para você. Ao invés de ele retirar os dois agentes simultaneamente, ele primeiro removeu somente o β-mercaptoetanol, e apenas após se certificar que todo o β-mercaptoetanol havia sido removido, ele retirou a uréia. Desta vez, a proteínanão recuperou sua atividade. Sugira uma hipótese para explicar este resultado. 
Quando há remoção de um agente de cada vez a proteína se tornou inativa. Há indicação de alteração na estrutura terciária.
9- A partir da afirmação “a resistência da α-queratina vem das suas características estruturais”, responda os itens a seguir:
A) Classifique a α-queratina como proteína fibrosa ou globular e explique o que o levou a essa classificação;
Proteína fibrosa. Devido as suas características estruturais: ela é formada por alfa-hélices que se enrolam umas sobre as outras formando um feixe bastante resistente chamado de super-hélice.
B) Descreva o principal elemento de estrutura secundária presente na queratina, sem deixar de mencionar suas características;
Alfa-hélices. São enroladas umas sobre as outras formando uma super-hélice. É essa estrutura que faz a α-queratina ser muito forte e resistente.
C) Explique como os elementos estruturais da queratina se organizam e que tipo de interações moleculares os mantém de forma a conferir resistência a essa proteína;
As alfa-hélices são mantidas por ligações covalentes (pontes de enxofre). Além disso os aminoácidos ficam mais próximos uns dos outros do que nas demais proteínas (distância de 0,2 angstron menor). Isso faz com que a estrutura se torne mais compacta, o que lhe confere maior resistência.
D) A fibroína da seda também é considerada uma proteína resistente. Compare esta proteína com a queratina levando em conta o grupo no qual cada uma é classificada, os elementos de estrutura secundária que as compõem, as interações moleculares que mantêm suas estruturas e sua relação com a resistência da proteína.
As duas são consideradas proteínas fibrosas. A diferença entre elas é que enquanto a queratina é formada por alfa-hélices, a fibroína é formada predominantemente por fitas β antiparalelas. As alfa-hélices da queratina são mantidas por ligações covalentes (pontes de enxofre), já as folhas β por ligações fracas (pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas). Essas ligações fazem da queratina muito forte e resistente, enquanto a fibroína é uma estrutura mais fraca e flexível.
10- As hélices que formam a queratina possuem um lado que é formado por aminoácidos apolares (hidrofóbicos) e outro que concentra aminoácidos polares (hidrofílicos). Lembrando que tais hélices formam uma super-hélice e que, portanto, cada hélice faz contato uma com a outra, como podemos explicar esta distribuição de aminoácidos nas hélices de queratina?
As alfa-hélices são entrelaçadas de tal maneira que a superfície de cada uma delas, que toca a hélice adjacente, é composta por aminoácidos hidrofóbicos. Esse contato possibilita a formação de interações hidrofóbicas entre esses aminoácidos, ajudando a estabilizar a estrutura da super-hélice.
11- A hemoglobina e a mioglobina são responsáveis pelo transporte de oxigênio no nosso organismo. A hemoglobina está presente nos glóbulos vermelhos (hemácias) e sua função é a de carregar oxigênio no sangue, desempenhando, também, um papel vital no transporte de dióxido de carbono (CO2). Já a mioglobina é encontrada nos músculos e tem como função distribuir oxigênio a este tecido.
a) Relacione o Efeito Bohr, que se baseia no transporte de Oxigênio e Gás Carbônico entre os pulmões e os tecidos, com o efeito do sistema tampão que mantém o pH do sangue, transformando o gás carbônico em íon bicarbonato, mantendo o pH em 7,4 no organismo humano.
O gás carbônico produzido pelas células pode seguir dois destinos: participar do sistema de tamponamento do sangue (pela ação da anidrase carbônica, ele é transformado em bicarbonato, HCO3) ou ser expelido na respiração através do efeito Bohr (quando o sangue com hemoglobina ligada ao oxigênio se aproxima do músculo em intensa atividade, a grande quantidade de prótons (provenientes dos ácidos gerados pela contração muscular) e de CO2 (produto do metabolismo destas células) faz com que essa proteína se desligue do oxigênio, fornecendo este gás ao tecido muscular. Ao se desligar do oxigênio, a hemoglobina se associa a prótons e ao CO2 e vai pela circulação até os pulmões. Nos pulmões acontece o inverso. A grande quantidade de oxigênio faz com que a hemoglobina libere o CO2 e os prótons para esse órgão e se ligue novamente ao oxigênio, recomeçando o ciclo.
b) O oxigênio pode ser carreado em até 4 moléculas por cada hemoglobina. Explique o efeito da ligação do oxigênio às 4 subunidades presentes na hemoglobina e qual o tipo de interação que ocorre.
Quando o primeiro oxigênio se liga a uma das subunidades da hemoglobina, provoca uma mudança na conformação da proteína inteira. Isso porque o átomo de ferro do centro do anel do heme, que era deslocado do plano dessa molécula, é “puxado” para o mesmo plano do resto do grupamento heme. Como esse ferro está ligado a histidina da proteína, ele “puxa” também esse aminoácido no seu deslocamento e, por conseqüência, todo o resto da proteína que está ligado a histidina Essa mudança de conformação facilita o acesso de outra molécula de oxigênio ao heme de outra subunidade da mesma hemoglobina, a ligação desse gás é favorecida. A interação existente é uma ligação cooperativa.
12 – A organização estrutural de uma proteína se dá em diferentes níveis denominados estruturas primária, secundária, terciária e quaternária. Observe as afirmações a seguir e classifique-as como corretas ou incorretas, justificando sua resposta.
I. Todas as proteínas devem conter necessariamente todos os diferentes níveis de organização.
Falso. Algumas proteínas não apresentam a estrutura quaternária. São monoméricas.
II. A estrutura primária corresponde a seqüência de aminoácidos que forma a cadeia polipeptídica.
Verdadeiro.
III. A estrutura secundária corresponde à organização estrutural repetitiva da cadeia polipeptídica destacando-se as α-hélices e as folhas β-pregueadas. A α-hélice se organiza a partir da interação entre as cadeias laterais de resíduos de aminoácidos próximos através de pontes salinas.
Verdadeiro.
IV. A estrutura terciária é mantida por forças fracas como pontes de hidrogênio, pontes salinas, força de Van der Walls e interações hidrofóbicas e se relaciona com a estrutura tridimensional da proteína.
Verdadeiro.
13- Calcule o PI dos seguintes aminoácidos: Leu, Glu, Arg
	
	pK1
	pK2
	pKr
	Arginina
	2,17
	9,04
	12,48
	Glutamato
	2,19
	9,67
	4,25
	Leucina
	2,36
	9,6
	
Desenhe a curva de titulação de um deles, explicando o que ocorre em cada região da curva.
Arginina (AA Básico)
PI = pK2 + pKr / 2
PI = 9,04 + 12,48 / 2
PI = 21,52 / 2
PI = 10,76
pK1 = 2,17 [50% COO - -Cα / 50% COOH -Cα] 
pK2 = 9,04 [50% NH3+ -Cα / 50% NH2 -Cα]
pKR = 12,48 [50% NH3+ -CR / 50% NH2 –CR] 
Glutamato (AA Ácido)
PI = pK1 + pKr / 2
PI = 2,19 + 4,25 / 2
PI = 6,44 / 2
PI = 3,22
pK1 = 2,19 [50% COO - -Cα / 50% COOH -Cα] 
pKR = 4,25 [50% COO - -CR / 50% COOH –CR] 
pK2 = 9,67 [50% NH3+ -Cα / 50% NH2 -Cα]
Leucina (AA Neutro)
PI = pK1 +pK2 / 2
PI = 2,36 + 9,6 / 2
PI = 11,96 / 2
PI = 5,98
pK1 = 2,36 [50% COO - -Cα / 50% COOH -Cα] 
pK2 = 9,60 [50% NH3+ -Cα / 50% NH2 -Cα]
14- Comente e explique a frase “A estrutura terciária de uma proteína depende totalmente da sua estrutura primária”.
A estrutura terciária é determinada pelas características químicas dos aminoácidos das proteínas, ou seja, sua seqüência primária.
15 – A estrutura espacial assumida por uma proteína é fundamental para que ela exerça sua função biológica. Em relação e esta afirmativa, responda as questões a seguir:
a) Um dos níveis organizacionais das proteínas é sua estrutura secundária. Os elementos mais importantes da estrutura secundária são: α-hélices, as folhas β e as voltas. Descreva cada um destes elementos.
As α-hélices são formadas por pontes de hidrogênio entre um aminoácido e outro cerca de quatro posições à sua frente (por exemplo, aminoácido na posição 1 com o da posição 5). Os quatro fatores que facilitam ou dificultam a formação de α-hélices são: cargas de mesmo sinal se repelindo (dificultam) ou se atraindo(facilitam); tamanho das cadeias laterais de resíduos vizinhos (quando volumosos desestabilizam a α-hélice); formação de interações hidrofóbicas (fortalecem a α-hélice) e presença de prolinas e glicinas (más formadoras de α-hélice).
As folhas β são estruturas semelhantes a um ziguezague e estabilizadas por pontes de hidrogênio. Formadas pelo contato das fitas β (podem ser paralelas ou antiparalelas).
As voltas conectam diferentes segmentos das proteínas, podendo mudar a direção da cadeia. Podem estar entre duas α-hélices, conectando-se a uma α-hélice e uma fita β ou vice-versa, ou ainda, conectando duas fitas β para formação de uma folha β antiparalela..
b) Explique de que forma a partir de sua estrutura secundária a proteína adquirida sua estrutura terciária ou quaternária. Não deixe de comentar as interações envolvidas.
Os elementos de estrutura secundária (hélices, fitas e voltas) vão se dobrando e se organizando no espaço até que a proteína atinge sua conformação final. As estruturas terciárias e quaternárias são mantidas através de pontes de hidrogênio, interações apolares, interações iônicas, forças de van der Walls e também pelas pontes de enxofre (se formam quando duas cisteínas se aproximam no espaço). Sendo esta última a ligação mais forte, por se tratar de uma ligação covalente.
16- Uma proteína apresenta um ácido glutâmico localizado na posição 60 (Glu 60) e uma lisina localizada na posição 92 (Lis 92) de sua cadeia polipeptídica. Um grupo de pesquisadores que vinha trabalhando com esta proteína construiu alguns mutantes dela.
a) Em um de seus estudos, eles construíram dois mutantes: um no qual susbstituíram o Glu 60 por um ácido aspártico (Asp), e outro no qual substituíram o Glu 60 por uma arginina (Arg). O primeiro mutante manteve sua atividade biológica enquanto o segundo era totalmente inativo. Com base na natureza química dos aminoácidos envolvidos, sugira uma hipótese para explicar a diferença de atividade entre os mutantes.
Quando se altera a estrutura primária da proteína, altera-se a estrutura terciária, alterando assim sua função.
b) Em estudos posteriores, os pesquisadores substituíram a Lis 92 por um Asp tanto na proteína nativa quanto nos mutantes anteriormente obtidos. Surpreendentemente, quando esta mutação foi feita no mutante inativo (aquele qual o Glu 60 foi trocado por uma Arg), a proteína duplamente mutada recuperou sua atividade original. Proponha uma explicação para este resultado com base nos seus conhecimentos sobre estrutura terciária das proteínas.
17- A proteína hemoglobina tem um mecanismo que auxilia o transporte de 4 moléculas de oxigênio. Que mecanismo é este? Justifique sua resposta.
A hemoglobina é uma proteína tetramérica, possui quatro subunidades (α2 β2). Há quatro grupos hemes na hemoglobina, cada um ligado a uma destas subunidades, por isso a hemoglobina consegue transportar quatro moléculuas de oxigênio de cada vez. A ligação do primeiro oxigênio causa uma mudança na conformação da proteína, aumentando a afinidade pelo segundo oxigênio. Quando esse segundo oxigênio se liga, causa novas mudanças que resultam no aumento progressivo da afinidade da proteína pelo seu ligante. Essa é uma ligação cooperativa. A hemoglobina é uma proteína alostérica, pois a ligação de um ligante altera a afinidade da proteína pelos demais ligantes.
18- O monóxido de carbono tem cerca de 200 vezes mais afinidade que o oxigênio para se ligar a hemoglobina. O que impede que o monóxido de carbono não seja a molécula essencial na respiração celular? Justifique sua resposta.
A ligação do oxigênio ao ferro do heme faz uma espécie de dobra. Quando o CO se aliga ao heme, a ligação é linear. Isto mostra que o espaço que o oxigênio precisa para se ligar ao heme é diferente do CO. Existem vários aminoácidos ao redor do heme (dentro da hemoglobina). Um deles a histidina 64 (histidina distal), que não se liga diretamente ao ferro, mas fica próxima ao heme, esta proximidade restringe o espaço que a molécula de CO precisa para se acomodar, ou seja, a presença da histidina distal dificulta esta ligação.
19- Durante a gravidez, a mãe precisa através do cordão umbilical passar nutrientes necessários para o feto, assim ocorre com o transporte de oxigênio entre a mãe e o feto. Com base em seus conhecimentos sobre proteínas globulares, explique detalhadamente como o oxigênio é passado da mãe para o feto durante a gravidez.
A hemoglobina adulta possui uma maior quantidade de bifosfoglicerato, portanto menor afinidade pelo O2. Já o bebê possui uma menor quantidade de bifosfoglicerato e maior afinidade pelo O2, por isso a hemoglobina fetal “rouba” a hemoglobina materna através do cordão umbilical.
20- Qual a vantagem de termos a hemoglobina e não a mioglobina participando do transporte de oxigênio no nosso sangue?
A hemoglobina possui estrutura quaternária, é um tetrâmero (4 subunidades), enquanto que mioglobina é composta por uma única unidade de uma cadeia polipeptídica, apresentando apenas nível de organização terciário.
Esta estrutura acarreta diferenças na ligação do oxigênio. Enquanto cada mioglobina é capaz de ligar apenas um oxigênio, cada hemoglobina é capaz de ligar quatro, um em cada grupamento heme presente em cada uma das subunidades.