Atividade I - primeira parte

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL
ENGENHARIA DE BIOPROESSOS E BIOTECNOLOGIA
ENZIMAS:PRODUÇÃO E APLICAÇÃO INDUSTRIAL
ATIVIDADE 1. QUESTIONÁRIO AVALIATIVO SOBRE PROTEÍNAS E ENZIMAS
PARTE I
1) Explique como ocorre a formação de uma ligação peptídica. Quais são as características desse tipo de ligação?
A ligação peptídica (figura 1) ocorre a partir de uma reação de condensação entre dois (ou mais) aminoácidos, através do deslocamento de uma hidroxila do grupamento carboxi terminal de um aminoácido pelo nucleófilo amino terminal do outro aminoácido, onde este libera um próton que formará uma molécula de água ao se unir a hidroxila liberada pelo grupamento carboxi terminal. Com isso, os grupos terminais estarão com suas valências livres, prontos para realizar a ligação peptídica, que é então formada através da ligação covalente (isto é, ligação de forte interação, sem possibilidade de rotação) entre o carbono do grupo carboxílico (com carga parcial negativa) de um aminoácido ao nitrogênio do grupo amino (com carga parcial positiva) do outro aminoácido. Esta ligação detém de uma conformação trans.
Figura 1 - Representação da formação de uma ligação polipeptídica
2) Defina estrutura primária de proteínas. Como ela é determinada?
Proteínas são formadas por cadeias polipeptídicas da mesma forma explicada na questão 1, sendo diferenciadas de peptídeos pelo peso molecular. 
São considerados peptídeos moléculas que tem a sua cadeia de aminoácidos com peso menor do que 10 mil Da, e proteína aquela molécula com peso maior de 10 mil Da.
As proteínas têm níveis estruturais, os quais irão determinar sua funcionabilidade. As estruturas primárias das proteínas são a forma mais simples de agrupamento de aminoácidos, sendo constituído apenas pelas ligações peptídicas lineares entre resíduos de aminoácidos, sendo estas ligações covalentes, do mesmo modo como citado na questão número 1. 
3) Defina a estrutura secundária de proteínas. Quais os tipos de ligações/interações que estabilizam esse tipo de estrutura?
A estrutura secundária é caracterizada pela conformação espacial das proteínas. São estabelecidas por ligações entre os grupos polarizados da proteína, conformando-se em estruturas do tipo alfa-hélice e beta-pregueada. 
A conformação do tipo alfa-hélice (figura 2) é caracterizada por sua conformação helicoidal (geralmente voltada para a direita), detendo de ângulos conformacionais e um padrão de ligações do tipo ponte de hidrogênio (fortes) entre os grupos N-H e os grupos C=O, sendo quatro resíduos de volta ao longo da cadeia polipeptídica. Além disso, na parte interior da hélice, os átomos estabelecem interações de Van der Waals, deixando seu interior bem empacotado. Outro detalhe desta conformação é que os grupos funcionais “R” são voltados para a parte externa da hélice, evitando interferências estéricas com as ligações polipeptídicas dentro da hélice. São proteínas secundárias do tipo alfa-hélice, as proteínas fibrosas (solúveis), como por exemplo a queratina e o colágeno, que fornecem resistência e flexibilidade às células. 
Figura 2 - Conformação secundária do tipo alfa-hélice.
A conformação do tipo beta-pregueada é caracterizada por pontes de hidrogênio entre as cadeias vizinhas, ao contrário do que acontece na alfa-hélice, que ocorre dentro da mesma proteína. A beta-pregada (figura 3) pode ser encontrada de duas formas: paralela e antiparalela. Paralela é quando as ligações de hidrogênio ocorrem em cadeias polipeptídicas orientadas no mesmo sentido. Já nas antiparalelas, estas ligações ocorrerão em cadeias polipeptídicas orientadas em direções opostas. São proteínas secundárias do tipo beta-pregueada, as proteínas globulares (insolúveis), as quais se dobram várias vezes, formando uma estrutura compacta, como por exemplo enzimas e a hemoglobina. 
Figura 3 - Conformação secundária do tipo beta-pregada (a) antiparalela e (b) paralela.
4) Descreva os motivos alfa-hélice e folhas beta-pregueadas. Como ocorre a estabilização destas estruturas?
Os motivos alfa-hélice e beta-pregueada (figura 4) podem ocorrer nas seguintes combinações: laço beta-beta, quilha alfa-alfa, conexão orientada para direita entre beta, conexão orientada para esquerda entre beta, motivo beta, conexão cruzada, beta barril e beta retorcida. A estabilização destes motivos ocorre por ligações covalentes de dissulfeto.
Figura 4 - motivos alfa-hélice e folhas beta-pregueadas.
5) Defina estrutura terciária de proteínas. Qual o tipo de ligações/interações químicas que estabilizam esta estrutura?
As estruturas terciárias (figura 5) são caracterizadas por interações não covalentes, sendo elas hidrofóbicas, iônicas ou salinas e pontes de hidrogênio entre as cadeias laterais das proteínas, nas conformações alfa-hélice e beta-pregueada, sendo estas estabilizadas por ligações (covalentes) dissulfetos. Podem haver interações entre seguimentos de proteínas distantes entre si.
Figura 5 - Conformação terciária - interação entre alfa-hélice (azul) e beta-pregada (verde).
6) Como ocorre a formação e estabilização da estrutura quaternária de proteínas?
A estrutura quaternária (figura 6) refere-se ao modo com que duas ou mais cadeias polipeptídicas interagem entre si, sendo que cada uma das cadeias detêm os três níveis citados anteriormente. Esta conformação é mantida principalmente por ligações iônicas, pontes de hidrogênio e por interações hidrofóbicas.
Figura 6 - Conformação quaternária - interação entre quatro unidades polipeptídicas empacotadas.
7) O que são “motivos” e “domínios” na estrutura de uma proteína? Como eles podem colaborar com a função de uma proteína? 
Motivos são as combinações estáveis entre os peptídeos conformados em alfa-hélice e beta-pregueada, conforme explanado na questão 4. 
	Domínios refere-se à conformação espacial dos polipeptídeos, os quais podem se dobrar em duas ou mais unidades globulares. Estas conformações determinam a função das proteínas.
8) Entropia, juntamente com pontes de hidrogênio, tendem a manter a estrutura proteica desenovelada. Sendo assim, como ocorre a estabilização da estrutura enovelada?
O enovelamento é possibilitado espontaneamente por colapsos hidrofóbicos ou pela ação de proteínas enoveladoras, como as chaperonas. Este enovelamento é estabilizado pelas interações intermoleculares desta proteína enovelada, como as pontes de hidrogênio dentro da própria proteína e entre proteínas, pontes dissulfeto, interações hidrofóbicas e iônicas, além da coordenação da proteína com um metal.
9) O que é e como ocorre a desnaturação de uma proteína? Cite três fatores que podem provocar a desnaturação. Quando uma proteína pode ser renaturada? 
A desnaturação é quando ocorre alterações na estrutura da proteína sem a ruptura de ligações peptídicas, ocasionando a perda da conformação tridimensional da proteína, o que pode acarretar a perda de função das proteínas. 
O fenômeno de desnaturação pode ser causado por (1) agentes físicos, através de variações na temperatura, uso de raio-X e ultrassom, e por (2) agentes químicos, por alterações drásticas de pH com uso de ácidos fortes ou bases fortes, detergentes, uréia e mercaptol.
As proteínas só podem ser renaturadas quando suas ligações peptídicas covalentes são mantidas, isto é, quando a sequência de aminoácidos é mantida (desnaturação reversível). Assim, quando aquela situação de desnaturação é removida do sistema, a proteína é capaz de retornar a sua conformação nativa. 
	Quando o processo de desnaturação afeta as ligações peptídicas da proteína, é chamada de desnaturação irreversível, pois a função da proteína não pode mais ser recuperada.
10) O que são proteínas Chaperonas? Qual a função destas proteínas?
Chaperonas são proteínas especializadas que auxiliam as proteínas no seu processo de enovelamento, atuando assim como “assistentes moleculares”. Estas, além de ajudar a proteína a se enovelar corretamente, também as “desenovelam” quando enoveladas de modo errôneo, podendo voltar a enovelá-las de forma correta.
11) O que são modificações pós-traducionais?Qual a sua importância? 
São modificações feitas nas proteínas após serem traduzidas pelos ribossomos. Estas alterações podem acentuar ou moldar a atividade da proteína, além de direcionar a proteína através de uma sequência sinalizadora.
Estas modificações podem ser feitas através da glicosilação das proteínas, tornando-as mais hidrofílicas, o que possibilita, por exemplo, que as proteínas intermembranas permaneçam entre as membranas; fosforilação das proteínas (ocorre nas hidroxilas de serina, treonina e tironina), os quais podem ser facilmente removidos, por exemplo, favorecendo as funções de transferência de fosfato nas reações enzimáticas; proteólise da proteína, clivando-a após a síntese, como no caso das enzimas digestivas.