Estudo Dirigido 13- Degradação oxidativa de proteínas e aminoácidos

Prévia do material em texto

Disciplina Bioquímica (PPGBAA) 
 
 
 
 
 
13º estudo dirigido: 
Degradação oxidativa de proteínas e aminoácidos 
 
 
1) Apresente um esquema mostrando a oxidação de carboidratos, lipídeos e 
proteínas em três estádios da respiração celular. 
 
 
 
2) Explique cada estádio da respiração celular (oxidação de carboidratos, lipídeos e 
proteínas). 
 O catabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos compõe os três estágios da 
respiração celular. No estágio 1, a oxidação de ácidos graxos, glicose e alguns 
aminoácidos gera Acetil-CoA. No estágio 2, a oxidação dos grupos acetil no ciclo do 
ácido cítrico inclui quarto etapas nas quais os elétrons são removidos e estágio 3, onde 
 
 
 
 
os eletros carregados por NADH e FADH2 convergem para uma cadeia de 
transportadores de elétrons mitocondrial (ou, em bactérias, ligados à membrana 
plasmática) – A cadeia respiratória – reduzindo, no final, O2 a H2O. Este fluxo de 
elétrons estimula a produção de ATP. 
 
3) Quais são os resíduos de aminoácidos que estabilizam ou desestabilizam as 
proteínas quando presentes na região amino-terminal das proteínas? 
 Os resíduos de aminoácidos que estabilizam os desestabilizam as proteínas 
quando presentes na região amino-terminal são: os resíduos de aminoácidos aromático 
Fenilalanina, Triptofano e Tirosina (Phe, Trp e Tyr, respectivamente). No estômago, a 
pepsina hidrolisa as proteínas ingeridas, atuando em ligações peptídicas em que o 
resíduo de aminoácido localizado na porção aminoterminal provém dos aminoácidos 
aromáticos Fenilalanina, Triptofano e Tirosina, clivando longas cadeias polipeptídicas 
em uma mistura de peptídeos menores. 
 
4) Explique como ocorre a ubiquitinação de proteínas. Qual é a importância da 
adição de moléculas de ubiquitina em proteínas? Onde as proteínas 
ubiquitinadas são degradadas? 
 A via da ubiquitina-proteassoma se inicia com aubiquitinação da proteína alvo que 
se difere das demais devido a seu consumo de ATP. A ubiquitinação de uma proteína 
ocorre em etapas e envolve 3 enzimas, chamadas de E1 (enzima ativadora da 
ubiquitina), E2 (enzima conjugadora) e E3 (ubiquitina ligase). O processo ocorre no 
citoplasma e consome 1 ATP para a ativação de cada molécula de ubiquitina e também 
no desdobramento da proteína realizado pelo proteassoma, essa rota da ubiquitina 
regula a degradação de proteínas citosólicas e nucleares. Isso ocorre através das 
seguintes etapas: 
 Ativação: A enzima E1 ativa a molécula de ubiquitina. O resíduo C-terminal da 
ubiquitina é ligado covalentemente a um resíduo de sulfidril-cisteína da enzima E1. Isso 
ocorre na presença de Mg² e com o consumo de 1 ATP, liberando AMP epirofosfato 
(PPi). 
 Transferência: A ubiquitina é transferida para a enzima E2, liberando a enzima E1. 
 Reconhecimento: A enzima E3 reconhece e se liga à proteína-alvo formando um 
complexo não covalente. 
 Ubiquitinação: O complexo E2-ubiquitina é ligado à E3 de modo que a 
ubiquitina seja transferida de E2 para o grupo amina de um resíduo de lisina da 
proteína-alvo. 
 A liberação da enzima E2: A enzima E3 se solta, liberando a enzima E2 e a 
proteína ubiquitinada. 
 Poli-ubiquitinação: As etapas 3, 4 e 5 se repetem várias vezes, formando uma ou 
mais cadeias de ubiquitina. As ubiquitinas que formam cadeias, se ligam aos resíduos 
de lisina(48) da última da cadeia. 
 O reconhecimento da cadeia de ubiquitina: A cadeia de ubiquitina é reconhecida 
pelo proteassoma. A proteína é desubiquitinada por enzimas próprias, a proteína é 
desdobrada com consumo de ATP e hidrolisada formando pequenos peptídeos (de 7 a 
9 aminoácidos). 
 Com poucas exceções, apenas proteínas poliubiquitinadas conseguem ter acesso 
ao núcleo proteolítico do proteassoma. A enzima E3 (ligase) é a responsável pela 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ubiquitina%C3%A7%C3%A3o
http://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna
http://pt.wikipedia.org/wiki/Enzima
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ligase
http://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula
http://pt.wikipedia.org/wiki/Liga%C3%A7%C3%A3o_covalente
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciste%C3%ADna
http://pt.wikipedia.org/wiki/AMP
http://pt.wikipedia.org/wiki/Pirofosfato
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ubiquitina
http://pt.wikipedia.org/wiki/Enzima
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Prote%C3%ADna-alvo&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lisina
http://pt.wikipedia.org/wiki/Proteassoma
http://pt.wikipedia.org/wiki/ATP
http://pt.wikipedia.org/wiki/Pept%C3%ADdeo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido
 
 
 
 
especificidade da ubiquitinação, sendo capaz de reconhecer e etiquetar um certo 
conjunto de substratos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
5) O que são aminoácidos essenciais, condicionalmente essenciais e não 
essenciais? Dê quatro exemplos de aminoácidos essenciais, condicionalmente 
essenciais e não essenciais. 
 Os aminoácidos essenciais são aqueles indispensáveis ao organismo para o 
funcionamento normal de suas atividades metabólicas, porém este não possui a 
capacidade de sintetizar, sendo a única forma de obtenção é através da dieta. Como 
exemplo destes aminoácidos tem a Valina, Triptofano, Treonina e Metionina. 
 Os aminoácidos condicionalmente essenciais são aqueles que o organismo 
consegue sintetizar a partir de outros aminoácidos na quantidade ideal em condições 
normais, mas, em algumas condições metabólicas, como trauma, ou em fase de 
desenvolvimento, há a necessidade de se adquirir esses aminoácidos pela dieta por 
aumento da demanda. Como exemplo destes aminoácidos tem a Arginina, Cisteína, 
Glutamina e Glicina. 
 Já os aminoácidos não essenciais são os aqueles sintetizados pelo próprio 
organismo, não sendo necessária a sua ingestão através de fontes externas e 
alimentos. Como exemplo destes aminoácidos tem a Serina, Alanina, Aspartato e 
Asparagina. 
 
6) Em quais circunstâncias metabólicas os aminoácidos são oxidados em animais e 
plantas? 
Nos animais, os aminoácidos sofrem degradação oxidativa em três circunstância 
metabólicas diferentes: 
1. Durante a síntese e a degradação normais de proteínas celulares, alguns 
aminoácidos liberados pela hidrolise de proteínas não são necessários para a 
biossíntese de novas proteínas, sofrendo degradação oxidativa; 
2. Quando uma dieta é rica em proteínas e os aminoácidos ingeridos excedem as 
necessidades do organismo para a síntese proteica, o excesso é catabolizado, pois 
aminoácidos não podem ser armazenados; 
3. Durante o jejum, ou no diabete melito não controlado, quando os carboidratos 
não estão disponíveis ou não são adequadamente utilizados, as proteínas celulares 
são utilizadas como combustível. 
Nas plantas raramente ou nunca ocorre a oxidação de aminoácidos para produzir 
energia, pois os carboidratos produzidos a partir de CO2 e H2O na fotossíntese são, 
normalmente, sua única fonte de energia. Desta forma o catabolismo dos aminoácidos 
não ocorre nas plantas, mas seu propósito é a produção de metabolitos para outras 
vias biossintéticas. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Substrato
 
 
 
 
Se levarmos em consideração o aspecto fisiológico da planta ocorre a oxidação de 
proteínas em condições especiais, como: 
1. Germinação de sementes; 
2. Senescência; 
3. Condições de estresse em que o suprimento de carboidratos via fotossíntese é 
insuficiente para atender as demandas da planta. 
Posteriormente ocorre a formação dos α-cetoácidos, a partir de várias rotas de 
degradação dos aminoácidos, que podem ser utilizados no ciclo de Krebs para 
obtenção de energia. 
 
 
7) Qual é a importância da oxidação de aminoácidos em animais carnívoros? 
 Os animais carnívoros podem obter após a ingestão direta de alimentos até 90% 
de suas necessidades energéticas da oxidação de aminoácidos, todavia os herbívoros 
obtêm uma pequena porção de suas necessidades energéticas a partir dessa via, isso 
caracteriza a importância da oxidação de aminoácidoscomo fonte de energia para os 
animais carnívoros. 
 
8) Qual é a característica que distingue a oxidação de aminoácidos da oxidação de 
carboidratos e lipídeos? Explique. 
O catabolismo dos ácidos graxos é semelhante na maioria dos organismos. O 
catabolismo dos carboidratos e ácidos graxos irá para as mesmas vias catabólicas 
centrais que a oxidação dos aminoácidos. Porém uma característica importante 
distingue a degradação dos aminoácidos desses outros processos catabólicos 
(oxidação de carboidratos e lipídeos). Os aminoácidos possuem grupamento amino, 
sendo assim, a degradação dos aminoácidos incluem uma etapa fundamental, em que 
o grupo α-amino é separado do esqueleto carbonado e desviado para as vias do 
metabolismo do grupo amino. 
 
9) Apresente um esquema do catabolismo de aminoácidos em mamíferos. O que 
acontece com o grupo amino e com os esqueletos carbônicos? 
 
 
 
 
 
 
Os aminoácidos derivados das proteínas da dieta são a origem da maioria dos 
grupos amino. A maior parte dos aminoácidos é metabolizada no fígado. No citosol dos 
hepatócitos, os grupos amino da maior parte dos aminoácidos são transferidos para o 
-cetoglutarato, formando glutamato, que entra na mitocôndria e perde seu grupo 
amino para formar NH4+. O excesso de amônia produzido na maior parte dos demais 
tecidos é convertido no nitrogênio amídico da glutamina, que circula até chegar no 
fígado, entrando na mitocôndria hepática. No músculo esquelético, os grupos amino 
que excedem as necessidades geralmente são transferidos ao piruvato para formar 
alanina, outra molécula importante para o transporte de grupos amino até o fígado. 
Alem disso, os grupos amino formam o carbomoil fosfato, que entra no ciclo da uréia 
para excretar este subproduto. Os esqueletos carbônicos são convertidos a α-
cetoácidos que entram no ciclo de Krebs para ser oxidados até CO2, H2O, energia e 
unidades de três e quatro carbonos que são convertidas em glicose via 
gliconeogênese, sendo esta glicose posteriormente utilizada para suprir as 
necessidades energéticas do cérebro, dos músculos e de outros tecidos. (pag 676) 
 
10) Quais são as formas excretadas de nitrogênio? Quais animais são responsáveis 
pela excreção de cada forma? As plantas excretam nitrogênio? 
 As formas excretadas de nitrogênio são: amônia, ureia e ácido úrico. A maioria das 
espécies aquáticas, como a dos peixes ósseos, é aminotélica, e excreta o nitrogênio 
aminínico como amônia. A amônia tóxica é simplesmente diluída na água do ambiente. 
 Os animais terrestres precisam de formas de excreção de nitrogênio que minimizem 
a toxicidade e a perda de água. A maior parte dos animais terrestres é ureotélica e 
excreta o nitrogênio amínio na forma de uréia. As aves e répteis são uticotélicos, 
excretando o nitrogênio amínico como ácido úrico. As plantas não excretam o 
nitrogênio. Elas fazem uso da reciclagem de de praticamente todos os grupos amino de 
 
 
 
 
rotas específicas, e a excreção de nitrogênio ocorre apenas em circunstâncias muito 
incomuns. 
 
11) Como ocorre o catabolismo do grupo amino? Explique detalhadamente. 
Os aminoácidos derivados das proteínas dos alimentos são a fonte da maioria 
dos grupos. A maior parte dos aminoácidos é metabolizada no fígado. Parte da amônia, 
assim gerada, é reciclada e empregada em uma grande variedade de processos 
biossintéticos; dependendo do organismo, o excesso é excretado diretamente ou 
convertido em uréia ou ácido úrico para excreção. A amônia em excesso, gerada em 
outros tecidos (extra-hepáticos), é transportada até o fígado (na forma de grupo amino) 
para conversão na forma apropriada de excreção. 
 No citosol dos hepatócitos, o grupo amino da maioria dos aminoácidos são 
transferidos para o α-cetoglutarato à formação de glutamato que é transportado ao 
interior da mitocôndria, onde seu grupo amino é removido para formar NH4+. O excesso 
da amônia, gerado na maior parte dos outros tecidos, é convertido no nitrogênio amina 
da glutamina e, nessa forma, transportado à mitocôndria do fígado. 
 Nos tecidos, em sua maioria, um outro aminoácido é encontrado em grandes 
concentrações quando comparadas aquelas dos demais aminoácidos. Já nos 
músculos, os grupos amino em excesso são quase todos transferidos ao piruvato, com 
a respectiva formação de alanina, que é outra molécula importante no transporte dos 
grupos amino, transportando-os dos músculos até o fígado. 
 
 
 
 
12) Apresente a reação, incluindo as estruturas químicas (a mão), de transaminação 
catalisada por uma aminotransferase. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13) Apresente a reação, incluindo as estruturas químicas (a mão), catalisada pela 
glutamato desidrogenase. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14) Mostre (a mão) como ocorre o transporte de amônia na forma de glutamina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A amônia é tóxica para os tecidos animais e seus níveis no sangue são regulados. 
Na maior parte dos animais, grande parte dessa amônia livre é convertida em um 
composto não tóxico antes de ser exportada dos tecidos extra-hepáticos para o sangue 
e transportada até o fígado ou até os rins. Para essa função, o glutamato, essencial 
para o metabolismo intracelular do grupo amino é suplantado pela L-glutamina. Desse 
modo, o transporte de amônia na forma de glutamina ocorre quando o excesso de 
amônia nos tecidos é adicionado ao glutamato para formar glutamina, em um processo 
catalisado pela glutamina-sintetase. Após ser transportada pela corrente sanguínea, a 
glutamina entra no fígado, e NH4+ é liberado na mitocôndria pela enzima glutaminase. 
 
 
15) Qual é a importância do ciclo da uréia? 
 O ciclo da uréia inicia dentro da mitocôndria, porém três etapas ocorrem no citosol 
das células produzidas no fígado, passando dos hepatócitos para o sangue, sendo 
transportada para os rins para serem excretadas através da urina. Os aminoácidos com 
grupos aminos entram no ciclo da uréia para serem liberados, mas nem todos os 
grupos aminos são aproveitados para a síntese desses aminoácidos, assim existem 
varias maneiras diferentes de excreção do nitrogênio por meio do ciclo da uréia. Sendo 
assim este ciclo é de extrema importância, uma vez que canaliza os grupos amino para 
a formação de ureia nos animais amoniotélicos, ureotélicos e uricotélicos, que 
necessitam de formas de excreção do nitrogênio que minimizem não só a toxicidade da 
amônia como também a perda de água, assim eles excretam o nitrogênio originários de 
grupos amino da degradação de proteínas e aminoácidos em forma de uréia. 
 
16) Apresente o ciclo da uréia (a mão) e as reações que fornecem grupos amino. 
Qual é o produto desse ciclo e o que ocorre com ele? 
 O produto final do ciclo da uréia é a uréia, mas até alcançá-la o ciclo produz outros 
compostos passando por quatro fases. Este ciclo ocorre no citosol das células 
produzidas no fígado, passando dos hepatócitos para o sangue, sendo transportada 
para os rins para serem excretadas através da urina, consistindo em quatro etapas 
enzimáticas: (1) Formação de citrulina a partir de ortinina e carbamoil-fosfato (entrada 
do primeiro gupo amino) a citrulina passa para o citosol; (2) Formação de arginino-
 
 
 
 
succinato, pela formação de um intermediário citrulil-AMP (entrada do segundo grupo 
amino); (3) Formação da arginina a partir do arginino-succinato, essa reação libera 
fumarato, que entra no ciclo de krebs; (4) Formação de ureia; esta reação também 
regenera a ornitina.17) Apresente um sumário do catabolismo de aminoácidos, indicando o ciclo de 
krebs, os seis grupos de aminoácidos que são oxidados, os produtos formados a 
partir da oxidação de cada grupo e onde eles entram no ciclo de krebs. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18) Apresente as estruturas químicas (a mão) dos intermediários e as enzimas, 
cofatores e etc envolvidos nas seguintes rotas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Rota catabólica para alanina glicina, serina, cisteina, triptofano e treonina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- Rota catabólica para triptofano, lisina, fenilalanina, tirosina, leucina e 
isoleucina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3- Rota catabólica para fenilalanina e tirosina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4- Rota catabólica para arginina, histidina, glutamato, glutamina e prolina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5- Rota catabólica para metionina, valina, isoleucina e treonina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6- Rota catabólica para asparagina e aspartato 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19) Explique como os lipídeos e as proteínas são convertidos em glicose. Apresente 
as organelas e as rotas envolvidas (a mão). 
Os aminoácidos são inteiramente ou em parte, degradados em acetoacetil-CoA 
e/ou acetil-CoA, e podem gerar corpos cetônicos no fígado, no qual a acetoacetil- CoA 
é convertida em acetoacetato e então em acetona e β-hidroxibutirato, logo, estes são o 
aminoácidos cetogênicos. Sua capacidade de produzir corpos cetônicos é 
especialmente evidente no diabete melito não controlado, quando o fígado produz 
grandes quantidades de corpos cetônicos a partir de ácidos graxos e aminoácidos 
cetogênicos. Os aminoácidos degradados em piruvato, α- cetoglutarato, succinil-CoA, 
fumarato e/ou oxaloacetato podem ser convertidos em glicose e glicogênio. O 
catabolismo dos é especialmente crítico para a sobrevivência de animais em dietas 
ricas em proteínas ou durante o jejum. A leucina é um aminoácido exclusivamente 
cetogênico, muito comum em proteínas, em que sua degradação contribui 
substancialmente para cetose em condições de jejum prolongado. Ainda assim, nas 
células animais, os lipídeos não podem se converter em glicose, embora glicose possa 
se converter em lipídeos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
LEHNINGER, A. L.. Princípios de Bioquímica. 4. ed. São Paulo: Savier, 1202 p. 2006. 
 
CAMPBELL, M. K.. Bioquímica. 3. ed. Porto alegre: Artmed, 752 p. 2000. 
 
VOET, D.; VOET, J.; PRATT, W. C. Fundamentos de Bioquímica. Porto Alegre: Artes 
Médicas Sul. 2000.