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Tatiana Lopes 2020.1 ESTUDOS DIRIGIDOS Bioquímica PR1 AMINOÁCIDOS, POLARIDADE E PKA 1) Ocasionalmente aminoácidos são utilizados no preparo de tampões. Examine a tabela abaixo e escolha o aminoácido mais adequado para tamponar soluções nos seguintes valores de pH: pH=4, pH=6 e pH=11. Aminoácido pK1 (COOH) pK2 (NH2) pKR (radical) pI (ponto isoelétrico) Glicina 2,3 9,6 - 6,0 Metionina 2,3 9,2 - 5,8 ác. aspártico 2.1 9,8 3,9 3,0 ác. glutâmico 2,2 9,7 4,3 3,2 Histidina 1,8 9,2 6,0 7,6 Lisina 2,2 9,2 10,5 9,8 Arginina 2,2 9,0 12,5 10,8 Ph4- Aspárico. PH6- Histidina PH11- Lisina 2) Dos aminoácidos da tabela acima, qual pode participar melhor do tamponamento celular (pH variando de 6,5 a 7,2, dependendo da célula), quando compondo a estrutura de proteínas? A histidina. 3) Que cargas a histidina terá nos seguintes valores de pH: 2,7, 4,5, 7,2, 12,0 e 13,8? Quais são as estruturas de dissociação da histidina? PH 2,7 (+1) PH 4,5 (+1) PH 7,5 (+0) PH 12 (-1) PH 13,8 (-1) 4) Como os aminoácidos podem ser classificados? Aponte as formas de classificação. Os aminoácidos podem ser classificados em: Aminoácidos com cadeias laterais apolares. Aminoácidos com cadeias laterais polares. Tatiana Lopes 2020.1 Aminoácidos ácidos (aminoácidos que possuem cadeias laterais com carga negativa devido à presença de grupos carboxila). Aminoácidos básicos (aminoácidos que possuem o grupo amino nas cadeias laterais). Essenciais: Não podem ser sintetizados endogenamente e devem ser obtidos a partir do alimento. Não – essenciais: O organismo é capaz de sintetizar. 5) Qual o comportamento iônico de uma molécula com um grupo ácido carboxílico (COOH) com pKa de 4,5, nos seguintes pH: 2,0; 4,5; 7,4 e 10? PH 2: Protonado. PH 4,5: Metade protonado e a outra metade desprotonado (ponto ótimo). PH 7,4: Desprotonado (com carga negativa). PH 10: Desprotonado (com carga negativa). 6) Qual a faixa de tamponamento da molécula citada na questão anterior e qual o ponto ótimo de pH para tamponamento? Explique. 3,5 a 5,5 (ponto ótimo). 7) Moléculas altamente polares apresentam alguma dificuldade para serem distribuídas via plasma? E como se dá a passagem por uma barreira lipídica? Se a molécula é polar e a água também é polar, ela consegue se dissolver. Já se for polar em algo lipídico ela não consegue se dissolver. Precisa de um canal. PROTEÍNAS 1) Mais da metade do nosso peso seco corresponde às proteínas. Proteína do grego "proteios" significa 1a classe, já demonstrando sua importância. Devido a sua abundância, podemos observar que esta classe de moléculas desempenha vários papéis biológicos. Cite 5 papéis relevantes de proteínas, citando exemplos. Proteína com papel enzimático: Pepsina, atua no estômago. Proteína com papel de defesa: Imunoglobulinas. Proteína com papel hormonal: Insulina. Proteína com papel transportador: Hemoglobina. Proteína com papel osmorregulador: Albumina. 2) Quais são os tipos de interação e ligação química que ocorre nas proteínas? Relacione estas forças com os níveis estruturais proteicos. As proteínas são, principalmente, estabilizadas por ligações covalentes que ajudam a manter a estrutura íntegra. Essas ligações costumam ser ligações peptídicas e ponte dissulfeto. Existem também ligações não covalentes, que são mais fracas: ligação de hidrogênio, interações hidrofóbicas e ligações iônicas. Níveis estruturais proteicos: Estrutura primária: Sequência linear dos aminoácidos unidos por ligações peptídicas (sem forma definida). Estrutura secundária: Conformação local de algumas regiões da cadeia polipeptídicas. Estrutura terciária: Arranjo tridimensional da cadeia peptídica estabilizado por interações entre grupos de aminoácidos distantes. Estrutura quaternária: Arranjo entre cadeias polipeptídicas distintas que se juntam, aumenta o nível de cadeias proteicas, em relação à estrutura terciária que constituem uma proteína ativa. Mantida por interações fracas e/ou ligações dissulfeto entre resíduos distantes na própria molécula globular. 3) Diferencie proteínas globulares de fibrosas, por diversas características. Tatiana Lopes 2020.1 Proteínas Globulares: Formam estruturas em formato esferoide. Nesse grupo, são encontradas importantes proteínas, tais como as enzimas e anticorpos. Proteínas Fibrosas: Organizam-se em forma de fibras ou lâminas, e as cadeias de aminoácidos ficam dispostas paralelamente. Diferentemente das globulares, estas são poucos solúveis em água. 4) Diferencie estruturalmente mioglobina de hemoglobina A diferença está no local onde elas atuam no corpo. A hemoglobina está presente no sangue e a mioglobina no tecido muscular. As duas têm função de transportar o gás oxigênio para as células do corpo, permitindo que estas tenham energia para manter um correto metabolismo. CARBOIDRATOS E LIPÍDEOS 1) Observe as estruturas abaixo, e responda: a) Os açúcares são aldoses ou cetoses? Justifique. São aldoses, pois em sua carbonila possui um aldeído. b) A hidroxila está na posição alfa ou beta? c) Ligue os dois monossacarídeos. Pode escolher a ligação, mas precisa explicar depois. 2) Explique o que é carbono anomérico ou carbono redutor. Um açúcar redutor é qualquer açúcar que, em solução básica, apresenta um grupo carbonílico livre aldeído (derivado de uma aldose). Sua capacidade de redução se dá pela presença de um grupo aldeído ou cetona livre. Todo monossacarídeo, alguns dissacarídeos e oligossacarídeos. As cetonas precisam entrar em equilíbrio dinâmico e se tornarem aldeídos antes de poderem atuar como açúcares redutores. Os açúcares mais comuns que consumimos, galactose, glicose e frutose são açúcares redutores. 3) Diferencie glicosaminoglicanos, glicoproteínas e proteoglicanos. Glicosaminoglicanos: São polissacarídeos formados por hetetopolissacarídicas repetitivas e, muitas vezes, são sulfatados. Eles atuam na cascata de coagulação sanguínea. Glicoproteínas: São formadas por aminoácidos como monossacarídeos e atuam como sinalizadores celulares. Proteoglicanos: São proteínas de transmembrana. São macomoléculas naturais capazes de restaurar as células epidérmicas e aumentar o metabolismo dos componentes do tecido conjuntivo, restaurando as funções da pele, suas propriedades mecânicas e aspecto fisiológico. 4) Dê funções para os carboidratos da questão anterior. Glicosaminoglicanos: A principal função é reter água dos tecidos. Glicoproteínas: Podem ter função estrutural, enzimática, lubrificante transportadora e hormonal. Proteoglicanos: Servem para reparar a pele desidratada e melhorar a formação de colágeno. 5) O amido, o glicogênio e a celulose são exemplos de homopolissacarídeos. Explique este termo e identifique diferenças na estrutura desses carboidratos. O amido é um homopolissacarídeo, o que significa que sua molécula é constituída de repetições de um único monômero. É um carboidrato de reserva energética nos tecidos vegetais. São moléculas bem hidratadas devido a grande quantidade de grupos de hidroxilas expostos que Tatiana Lopes 2020.1 formam ligações com moléculas de água. Sua síntese ocorre através da polimerização da glicose, produto da fotossíntese. O glicogênio é um homopolissacarídeo, o que significa que sua molécula é composta por monômeros de um mesmo monossacarídeo, no caso a glicose. Ele é principal carboidrato de armazenamento energético nas células animais. É a forma como a glicose é estocada no organismo para futuras necessidades energéticas. Ele é encontrado no fígado, podendo constituir até 7% do peso, glicogênio muscular. A celulose é o principal constituinte das paredes das células vegetais. Quimicamente, a celulose também é um polímero de glicose, mas que não se unem através de ligações do tipo beta 1 – 4. Esse tipo de ligação é que confere à celulosea propriedade de não ser digerível, uma vez que a torna insolúvel em água e confere a resistência às reações químicas. 6) De que maneira a definição de “lipídeo” difere dos tipos de definição utilizados para outras biomoléculas como os aminoácidos, os ácidos nucleicos e proteínas? Reserva energética. Isolamento térmico. Hormonal estrutural. Cofatores enzimáticos. Proteção. Ele difere por ser polar. 7) Quais são os diferentes tipos de lipídeos e suas respectivas funções? Triglicerídeos: Reserva energia na forma de lipídeos. Sua fonte de energia é proveniente de ácidos graxos do triglicerídeo, ou seja, quando um triglicerídeo for degradado, o ácido graxo vai gerar energia. Cerídeos: Impermeabilização, evitando a perda de água em superfícies sujeitas à desidratação. Esteroides: Está presente na membrana plasmática, garantindo sua fluidez, e é encontrado formando hormônios sexuais, como estrógeno e testosterona. Fosfolipídeos: Permitem a principal propriedade das membranas plasmáticas, conhecida como permeabilidade seletiva, a qual encontra-se relacionada com a capacidade de somente algumas moléculas entrarem de forma passiva nas células. 8) Como é formada a membrana biológica? Explique a importância dos movimentos flip-flop e lateral dos Fosfolipídeos de membrana e correlacione com variações de temperatura. As membranas biológicas são finíssimas películas constituídas basicamente por proteínas e fosfolipídios que envolvem as células vivas e delimitam as organelas no seu interior, tornando possível a interação de uma célula com outras e com as moléculas do meio. Movimento transverso: Flip flop (movimento dos lipídeos na membrana plasmática). Movimento lateral: Difusão ao longo da membrana. Os movimentos são determinantes para ajudar na fluidez das membranas. 9) Qual a função das lipoproteínas plasmáticas? O que causa a diferença nas densidades entre elas? Sua função é transportar, principalmente, o colesterol e os triglicérides pelo plasma sanguíneo. Entre as lipoproteínas, a HDL e a LDL são as mais conhecidas. A HDL, que é a menor das lipoproteínas e a mais densa, é produzida no intestino e fígado. Já a LDL é a lipoproteína mais abundante e a maior transportadora de colesterol no plasma sanguíneo, estando relacionada diretamente com o risco aumentado de doenças cardiovasculares. Por essa razão, o LDL é considerado o “mau colesterol”. ENZIMAS 1) Cite e explique os tipos de regulação fisiológica da atividade enzimática. Tatiana Lopes 2020.1 A regulação fisiológica enzimática pode acontecer por fosforilização (controle hormonal), no qual a presença de grupo fosfato pode ativar ou desativar uma enzima de modo covalente. Mas também pode ocorrer por alosteria, processo no qual o substrato se liga ao sítio alostérico (sítio inativo) e ativam a enzima. Em resumo, os tipos de regulação fisiológica da enzima são por fosforilização ou por alosteria desnaturação, processo quase sempre irreversível. 2) Defina kM e defina isoenzimas. KM: Mede o perfil cinético e é a concentração de substrato para atingir a metade da velocidade máxima. O km não é um valor de velocidade, é um valor de concentração de substrato. Isoenzimas: São enzimas que apresentam mesma função, recebem o mesmo nome, mas se encontram em tecidos diferentes, catalisam a mesma reação. Apresentam pequena alteração estrutural, possui estrutura quaternária, alteração em poucos aminoácidos. 3) Dê exemplo de uso de dosagem de alguma isoenzima para diagnóstico. Ele avalia dano em um tecido. TGO/TGP: Avalia disfunção cardíaca e hepática. Fosfatase alcalina: Determinação de osteoporose, distúrbio ósseo. YGT: Avalia fator hepático relacionado ao alcoolismo. Creatinina quinase CK2: Determinação do infarto agudo do miocárdio (IAM), e encontra-se presente no cérebro, coração, esqueleto, possui duas subunidades nutricionais. 4) Em uma situação biológica de duas enzimas com kM muito diferentes estiverem em meio com baixa concentração de substrato, o que a enzima deveria apresentar de kM para conseguir gerar produto em concentração considerável? Km alto: Baixa afinidade pelo substrato, logo, terá pouca formação de produto. Km baixo: Alta afinidade pelo substrato, logo, terá muita formação de produto. Desse modo, em uma situação biológica na qual se tem pouca concentração de substrato, uma enzima deve apresentar uma baixo km para conseguir gerar produto em concentração considerável. 5) Qual o efeito dos inibidores competitivos e dos inibidores não competitivos no Km e na velocidade máxima da reação? Explique. Os inibidores reversíveis podem ser competitivos, ou seja, eles possuem estrutura molecular semelhante ao substrato e podem se ligar aos sítios da enzima, mas sua ação pode ser reversível e é importante destacar que a reação enzimática ocorre nesse caso, mas demora mais tempo para atingir a velocidade máxima. Ou podem ser reversíveis e não competitivos. Nesse último caso, eles atuam se ligando a enzima, mas não se ligam ao sítio ativo e sim em um outro local que pode inibir ou alterar a função da enzima. Os inibidores irreversíveis são aqueles quem inibem a enzima para sempre. Mesmo que ele se desprenda da enzima, ela continua inativa, pois o inibidor gerou uma mudança conformacional nela 6) Explique como acontece a regulação da atividade das enzimas alostéricas e das enzimas covalentes. Diferencie estes dois tipos de regulação daquela que acontece por indução ou repressão gênicas. Na regulação alostérica, o efetor se liga através de ligação não covalente ao sítio modulador da enzima. Na regulação covalente as enzimas reguladoras são inter convertidas entre duas formas ativa e inativa. A inibição por feedback é um exemplo de regulação alostérica, no qual a atividade da enzima é controlada pela ligação de pequenas moléculas em sítios regulatórios sobre a enzima. Enzima covalente: Reações catalisadas por outras enzimas. INTRODUÇÃO AO METABOLISMO, GLUT E SINALIZAÇÃO CELULAR Tatiana Lopes 2020.1 1) Explique o que são vias anabólicas e catabólicas Anabólicas: É o conjunto de reações envolvidas na síntese de moléculas complexas, a partir de moléculas simples. Esse processo requer energia, e pode ser estimulado pela prática de exercícios e por uma alimentação rica em proteínas. Catabólicas: É o conjunto de reações envolvidas na quebra de moléculas simples. O principal processo catabólico é a digestão, onde as substâncias ingeridas pelo corpo são divididas em componentes mais simples. 2) Quais são os exemplos de moléculas usadas como fonte de energia para o nosso corpo? Fale das formas que significam "com energia" e das formas que significam "sem energia". O principal exemplo é o ATP, NADH, FADH, GTP (tem energia) ADP, NAD, FAD, GDP (não tem energia), são catabólicas. Nas reações de síntese, moléculas mais simples são unidas para formar outras de maior complexidade, como ocorre com a união de aminoácidos para formar as proteínas. Já nas reações de degradação, ocorre o contrário: as moléculas mais complexas são quebradas, transformando-se em moléculas mais simples, como ocorre na quebra do glicogênio em glicose. 3) Quando uma via catabólica está ativada, sua correspondente anabólica está inibida. Isso se dá graças a diferentes tipos de regulação. Explique 3 formas de regulação possíveis. Enzimas reguladas por modificações nao covalentes; Proteínas oligoméricas compostas de várias cadeias polipeptídicas, cada uma com um sítio ativo; Ação hormonal Conjunto de enzimas sintetizados em um órgão confere a ele características metabólicas específicas. 4) Quais são os principais tipos de receptores celulares existentes? Quais são os tipos de receptores para a insulina e para o glucagon? Receptores são de vários tipos, mas eles podem ser divididos em duas categorias: receptores intracelulares, os quais são encontrados dentro da célula (no citoplasma ouno núcleo), e receptores de superfície celular, os quais são encontrados na membrana plasmática. O receptor de insulina é uma glicoproteína presente na membrana plasmática das células- alvo, sendo constituída de duas subunidades diferentes (alfa e beta), que estão ligadas por pontes dissulfeto. A concentração de glicose no sangue constitui o fator mais potente que controla a secreção de glucagon. Quando a concentração da glicose sanguínea no sangue está abaixo do normal, há um aumento na liberação de glucagon e diminuição na liberação da insulina. O glucagon induz um aumento na concentração da glicose sanguínea e, da mesma forma que a epinefrina, estimula a degradação do glicogênio hepático, ativando a enzima glicogênio fosforilase e inativando a glicogênio sintase. 5) Descreva a via de sinalização que ocorre em resposta à insulina, até o estímulo para a migração de vesículas de GLUT4 em miócitos e adipócitos. O glut 4 depende de estímulos (insulina) para ser direcionado para a membrana para a mesma trabalhar. Encontrado nos músculos. O GLUT 4 é afetado com indivíduos de diabetes do tipo II, uma vez que se caracteriza pela resistência à insulina. O exercício físico é indicado para aqueles que possuem diabetes do tipo II, uma vez que ele consegue fazer uma das ações da insulina, ou seja, ele consegue mandar GLUT 4 para a membrana independente de insulina. https://brasilescola.uol.com.br/biologia/aminoacidos.htm https://brasilescola.uol.com.br/biologia/proteinas.htm https://brasilescola.uol.com.br/biologia/glicogenio.htm https://brasilescola.uol.com.br/saude/glicose.htm Tatiana Lopes 2020.1 Em caso de exercício físico, há a quebra de ATP em ADP, com isso, há uma grande concentração de ADP e pequena de ATP. O receptor de insulina se liga à insulina e sofre dimerização e se auto-fosforila e atrai o IRS, substrato do receptor de insulina. Km médio, por isso, afinidade média. 6) Descreva a via de sinalização que ocorre em resposta ao glucagon, até a ativação da PKA. O receptor do glucagon é a proteína G, que está ligada ao GDP, ou seja, está inativa. No momento em que a PGCR se liga ao GDP ocorre uma mudança e passa a ser GTP, ativando a PGCR, que solta sua parte alfa pois há perda de afinidade. Após isso, essa parte alfa ativa a adenilato ciclase, que pega um ATP e o quebra em AMPc, que leva a ativação da PKA, que fosforila outras enzimas. 7) Qual a localização principal, perfil de captação de glicose (kM) e importância dos GLUT’s 1, 2 e 4. O princípio de que a captação de glicose pelas células é diretamente proporcional aos seus níveis extracelulares não é verdadeiro para muitas células e tecidos, que efetivamente apresentam redução da captação de glicose em resposta à hiperglicemia. De fato, a falha do tecido muscular e outros tecidos insulino-sensíveis em aumentar a captação de glicose em face de seus níveis plasmáticos elevados é fator contribuinte para a hiperglicemia do diabetes. GLUT 1: Presente em tecidos fetais, células sanguíneas e barreira hematoencefálica. A hipoglicemia faz com que a expressão de GLUT 1 aumente para que seja possível captar glicose mais rápido. GLUT 2: Presente nos hepatócitos (síntese de glicogênio), células pancreáticas (liberação de insulina), células epiteliais do intestino (absorção de glicose) e células renais (absorção de glicose nos túbulos renais). Indivíduos com diabetes do tipo I não produzem GLUT 2. Faz reabsorção de glicose no intestino. Defeitos de GLUT 2 caracterizam acúmulo de glicogênio hepático, o que ocasiona raquitismo, glicosúria e perda de aminoácidos. GLUT 4: Depende de estímulos (insulina) para ser direcionado para a membrana para ela trabalhar. Encontrado nos músculos. 8) Como o exercício físico estimula a migração de vesículas de GLUT4 para aumentar a captação celular de glicose nos miócitos? O exercício físico é indicado para aqueles que possuem diabetes do tipo II, uma vez que ele consegue fazer uma das ações da insulina, ou seja, ele consegue mandar GLUT 4 para a membrana independente de insulina. Em caso de exercício físico, há a quebra de ATP em ADP, com isso, há uma grande concentração de ADP e pequena de ATP. Assim, a célula realiza um mecanismo de formação rápida de ATP, que é pegar dois ADPs e um AMP. O AMP não consegue se retransformar em ATP, por isso há um acúmulo de AMP, o que leva a ativação de AMPK, induzindo o deslocamento das vesículas com GLUT 4 para a membrana. GLICÓLISE 1) Quais são os possíveis destinos metabólicos do piruvato? Primeiro destino: A acetil-CoA. Para gerar o grupo acetil-coenzima A, o piruvato tem que ser oxidado liberando CO². A partir daí o grupo acetil é totalmente oxidado no ciclo do ácido cítrico. Segundo destino: O piruvato é reduzido a lactato através de fermentação láctica, recebendo os elétrons do NADH, e assim fazendo a regeneração do NAD1 que é necessário para continuar a glicólise. Terceiro destino: Fermentação alcóolica Tatiana Lopes 2020.1 Local: citosol ou hialoplasma. A fermentação alcóolica acontece nos carboidratos presentes em grãos de cereais, realizada pelas enzimas glicolíticas das leveduras, enzima ausente em vertebrados. A glicose é convertida em piruvato pela glicólise, e o piruvato é convertido em etanol e CO², em vez de lactato. 2) Diferencie a fase preparatória da fase de pagamento da glicólise. Na fase preparatória da glicólise a energia do ATP é investida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias carbônicas de todas as hexoses metabolizadas são convertidas em um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato. Na fase preparatória da glicólise a energia do ATP é investida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias carbônicas de todas as hexoses metabolizadas são convertidas em um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato. 3) Quais etapas na glicólise são fisiologicamente irreversíveis? Qual a importância destas etapas no controle da velocidade desta via metabólica? Na glicólise existem 3 enzimas irreversíveis (Primeira reação – Hexoquinase, terceira reação – PFK1 e a décima reação – Piruvato Quinase). As reações 1,3 e 10 são irreversíveis. A cada etapa, podemos ver elementos semelhantes. Por exemplo, vemos inibição retroativa em vários estágios, ao nível das vias e das reações individuais. O monitoramento do estado energético das células através dos níveis das moléculas como ATP, ADP, AMP e NADH é outra característica comum. (sao essas 3 enzimas que sao as reguladoras, que recebem sinais que ativam ou inibem a reação. 4) Qual a importância (além de ser uma etapa reguladora) da primeira reação química da glicólise? A primeira fase vai até a formação de duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato caracteriza-se como uma fase de gasto energético de 2 ATPs nas duas fosforilações que ocorrem nesta fase. A primeira fase da glicólise é uma fase de gasto energético onde os produtos formados são mais energéticos que a glicose. 5) Quais são os produtos da glicólise? Os produtos são duas moléculas de piruvato, duas moléculas de ATP, ou seja, energia e dois equivalentes reduzidos de NADH+ e duas moléculas de água. 6) Explique como a glicólise pode ser ativada ou inibida. A glicólise é inibida pela ação da fosfofrutoquinase ou da piruvato cinase. Por outro lado, em baixas concentrações de ATP, a afinidade aparente da piruvato cinase pelo fosfoenolpiruvato aumenta, este comportamento capacita a enzima a transferir o grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP. (se tiver muito ATP a glicólise é inibida) (se estiver pouca energia, ativa a glicólise). CICLO DE KREBS E FERMENTAÇÃO 1) Cite as duas funções principais do ciclo de Krebs e dê exemplos de moléculas produzidas a partir dessas duas funções. A função do ciclo de Krebs é promover a degradação de produtos do metabolismo dos carboidratos, lipídios e de diversos aminoácidos. Essassubstâncias são convertidas em acetil- CoA, com a liberação de CO2 e H2O e síntese de ATP. Assim, realiza a produção de energia para a célula. Além disso, entre as diversas etapas do ciclo de Krebs são produzidos intermediários usados como precursores na biossíntese de aminoácidos e outras biomoléculas. 2) Qual a produção energética do ciclo do ácido cítrico? O saldo energético da quebra da glicose é de 2 ATPs, que são moedas energéticas para a célula. Tatiana Lopes 2020.1 3) Como o ciclo do ácido cítrico é regulado? A entrada no ciclo do ácido cítrico é altamente controlada por meio da piruvato desidrogenase, a enzima que produz acetil-CoA. Entretanto, há mais duas etapas no ciclo que estão sujeitas à regulação. São as etapas nas quais as moléculas de dióxido de carbono são liberadas, e também aquelas nas quais as duas primeiras moléculas de NADH do ciclo são produzidas. Isocitrato desidrogenase controla a primeira dessas duas etapas, transformando uma molécula de seis carbonos em uma molécula de cinco carbonos. Esta enzima é inibida por ATP e NADH, e é ativada por ADP. α-cetoglutarato desidrogenase controla a segunda dessas duas etapas, transformando o composto de cinco carbonos da primeira etapa em um composto de quatro carbonos ligado à CoA (succinil-CoA). Esta enzima é inibida por ATP, NADH, e por diversas outras moléculas, entre elas a própria succinil-CoA. 4) Explique o efeito da hipóxia no ciclo de Krebs. O organismo humano possui mecanismos de adaptação para compensar a menor PO2 em situações de hipóxia (diminuição da quantidade de oxigênio distribuído aos tecidos pelo sangue). Nesses casos, ocorrem alterações em todos os níveis de transporte de oxigênio, desde a inspiração até o nível das mitocôndrias, ou seja, ventilação, difusão, circulação nas propriedades de transporte de oxigênio do sangue, microcirculação e na célula. A nível celular quatro fatores são conhecidos por influenciar a afinidade entre o oxigênio e as hemácias (hemoglobina). Estes são pH, dióxido de carbono (CO2), temperatura, e certos fosfatos orgânicos. 5) Explique a importância da reação de fermentação. A fermentação é um processo pelo qual a matéria orgânica é parcialmente degradada e a energia química nela armazenada é liberada e utilizada na produção de moléculas de ATP (adenosina trifosfato), em que ficará armazenada para ser utilizada posteriormente em diversas reações do organismo. A fermentação ocorre na ausência de oxigênio, ou seja, é um processo anaeróbio, e seu saldo energético é menor do que o obtido por meio de processos aeróbios (que ocorrem na presença de oxigênio). CADEIA TRANSP. DE ELÉTRONS 1) Explique porque a cadeia transportadora de elétrons e a síntese de ATP mitocondrial são processos acoplados. Os dois processos estão intimamente ligados pois o transporte de elétrons entre os complexos presentes na membrana interna da mitocôndria permitem o bombeamento de H + para o espaço intermembranas, o que forma um gradiente de prótons que, ao passar pelo complexo da ATP síntese, fosforila o ADP e forma o ATP. 2) Qual o efeito de desacopladores e dos inibidores na cadeia e na síntese de ATP? Os desacopladores, ao reduzirem a concentração de H + no espaço intermembranas, diminui o fluxo de prótons que passa pelo complexo da ATP sintase e,consequentemente, reduz a síntese de ATP. Tal fenômeno acelera a cadeia no intuito de suprir a necessidade energia. Os inibidores na sintese de ATP – impede a síntese. E cadeia é inibida. 3) Quantos ATP são formados para cada NAD e para cada FAD na mitocôndria? Explique 1 NADH=2,5 ATP e 1 FADH 2 = 1,5 ATP. Com a passagem do NADH pelo complexo I, são bombeados 4 H + para o espaço intermembranas pelo complexo I, 4 H + pelo complexo III e 2 H + pelo complexo IV, totalizando Tatiana Lopes 2020.1 10 hidrogênios. Como a passagem de FADH 2 ocorre a partir do complexo II, totalizam-se 6 hidrogênios bombeador para o espaço intermembranas, visto que o complexo III bombeia 4 prótons e o complexo IV bombeia 2. Para cada ATP formado são necessários 3 prótons passando pelo complexo da ATP sintase e 1 pela fosfato Translocase, para o transporte de fosfato para dentro da mitocôndria. . 4) Como ocorre a saída de ATP e a entrada de ADP e Pi na mitocôndria? A saída de ATP e entrada de ADP na mitocôndria acontece por meio da Adenosina Nucleotídeo Translocase, que realiza o contra-transporte dessas moléculas em sentidos opostos (antiporte). Já a entrada de fosfato inorgânico na mitocôndria ocorre através do simporte (mesmo sentido) de H + e Pi realizado pela Fosfato Translocase. 5) Qual a importância das lançadeiras na síntese de ATP mitocondrial. Explique a diferença entre as duas lançadeiras no saldo final de ATP produzido. A lançadeira do glicerol-3-fosfato é um sistema alternativo de lançadeiras de NADH, que atua na movimentação de equivalentes redutores (carregados de energia) do citosol para a matriz mitocondrial, sendo assim, o principal transportador em músculo esquelético e encéfalo. No citosol, o NAD+ é regenerado (a partir de NADH + H+) pela glicerol-3-fosfato desidrogenase através da transferência de elétrons para uma molécula de di-hidroxicetona- fosfato, resultando na formação do glicerol-3-fosfato. GENÉTICA NUCLEOTÍDEOS E ÁCIDOS NUCLEICOS 1) Quais os principais tipos de ácidos nucleicos? Quais as diferenças estruturais e funcionais entre as moléculas de DNA e RNA? DNA: Estrutura em dupla hélice e a informação é guardada ao longo de sua estrutura, por isso, o DNA é muito comprido e fino. RNA: É formado por uma fita única e as fitas de DNA são complementares (A-T e C-G) e antiparalelas (polaridade invertida) e são produzidas de forma semiconservativa, pois cada uma das suas moléculas recém formadas conserva uma das cadeias da molécula que a originou e forma uma cadeia nova, complementar ao seu molde. 2) Por que é mais fácil separar nucleotídeos que unem as duas fitas complementares da molécula de DNA com aquecimento, por exemplo, do que separar nucleotídeos que pertençam à mesma fita? Essa separação é dependente da quantidade de ligações GC ou AT entre as duas fitas? Por quê? As ligações fosfodiésteres são ligações covalente, ou seja, a força de interação dela é muito alta, tanto é chamada de ligação de 1º ordem. Em se tratando das ligações de hidrogênio, elas são um tipo de ligação intermolecular, de 2º ordem, sendo, assim, mais fáceis de se soltar em relação às de 1º ordem. Embora a lig de hidrogênio seja mais vulnerável para se soltar em relação às fosfodiesteres, ela também tem força. Tanto é que é preciso da enzima helicase, que, na hora da replicação do RNA, desestabilizará a ligação de hidrogênio. 3) Se o conteúdo de GC de uma molécula de DNA é de 56%, qual seria a porcentagem dos 4 nucleotídeos dessa molécula? Já que temos 22% de timina, pode-se confirmar que temos também 22% de adenina, totalizando 44% do código genético, os outros 56% só podem ser citocina e guanina, já que estão presentes me mesma quantidade, temos que 28% do DNA é citocina e o resto do DNA será guanina. https://pt.wikipedia.org/wiki/Glicerol-3-fosfato_desidrogenase https://pt.wikipedia.org/wiki/Glicerol-3-fosfato_desidrogenase Tatiana Lopes 2020.1 REPLICAÇÃO DO DNA E PCR 1) Justifique a afirmativa de que a replicação do DNA é semiconservativa, bidirecional e simétrica. É um processo semi-conservativo, uma vez que é conservada metade da fita original e a outra metade da fita é construída na direção 5’ 3’. A bolha de replicação tem início no meio da fita de DNA, e aumentam bilateralmente com a ação das helicases, girases e SSB, até alcançar os telômeros. A replicação do DNA ocorre de forma semiconservativa, é iniciada em origens únicas e geralmente ocorre de forma bidirecional, a partir de cada origem de replicação. 2) Por que a origem de replicação é representada por umasequência de bases rica em A+T? A origem de replicação é rica em Adeninas e Timinas, porque são bases com apenas duas ligações de hidrogênio, sendo mais fácil de romper. 3) Qual a importância das proteínas ligadoras de fita simples no processo de replicação do DNA? Proteínas ligadoras de fita simples recobre o DNA ao redor do garfo de replicação para evitar que o DNA se enrole. 4) Justifique a necessidade dos iniciadores para a ocorrência da replicação do DNA. Os iniciadores são necessários para o início da replicação do DNA, uma vez que a DNA polimerase III necessita de uma extremidade 3' (grupo hidroxila) livre para iniciar a síntese de DNA. Para iniciar essa polimerização, é preciso que uma enzima adicione os primeiros nucleotídeos, catalisando a síntese de um fragmento de RNA sobre a cadeia molde de DNA, que acaba atuando como iniciador para a polimerase III do DNA adicionar desoxirribonucleotídeos. Durante a replicação do DNA em células, os iniciadores são produzidos por ação da RNA primase, uma RNA polimerase. 5) O que são fragmentos de Okazaki? São pequenos segmentos produzidos durante a duplicação da fita descontínua do DNA e que serão unidos ao final do processo. 6) Por que a replicação de uma das fitas do DNA é descontínua? Como a abertura da dupla fita é gradual a partir da forquilha de replicação e o sentido de replicação deve ser obrigatoriamente na direção 5´ para 3´, a síntese das duas fitas ocorre de forma descontínua, ou seja, em sentidos opostos. 7) Descreva as etapas da reação em cadeia da polimerase (PCR). Desnaturação: O DNA genômico que será amplificado é submetido a altas temperaturas, para ser desnaturado. Transformando-se em uma única fita. Hibridização ou Anelamento: Após a separação das fitas, um par de iniciadores ou primers complementam a fita oposta da sequência de DNA a ser amplificada. Ou seja, um deles é complementar à sequência na outra fita. O molde é determinado pela posição dos iniciadores que se anelam a fita. Essa etapa ocorre a uma temperatura de 60 graus. Extensão ou polimerização: Com o molde já identificado, a enzima DNApolimerase adiciona as bases complementares, formando uma novo fita e então tem-se novamente a duplicação da fita de DNA. Esse processo acontece a uma temperatura de 72 graus. 8) Cite 4 aplicações da PCR. • Diagnóstico de doenças genéticas; • Detecção de bactérias, vírus e protozoários; • Utilizado na medicina forense; • Detecção de mutações; • Teste de paternidade. https://pt.wikipedia.org/wiki/Replica%C3%A7%C3%A3o_do_DNA https://pt.wikipedia.org/wiki/DNA_polimerase_III https://pt.wikipedia.org/wiki/DNA_polimerase_III https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulas https://pt.wikipedia.org/wiki/ARN-polimerase Tatiana Lopes 2020.1 TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO 1) Qual a definição molecular de gene? O gene é um segmento de uma molécula de DNA que contém um código para a produção dos aminoácidos da cadeia polipeptídica e as sequências reguladoras para a expressão, embora no genoma humano existam grandes sequências não codificantes. 2) Diferencie fita molde e fita codificante de um gene e descreva a relação em termos de sequência e polaridade das respectivas fitas com o mRNA. A fita de DNA que serve como molde para a construção da fita de RNA é chamada de fita molde. Já a outra fita de DNA é chamada de fita codificante e há apenas diferenças entre timina e uracila, desoxirribose e ribose. 3) Relacione sequências promotoras e reguladoras, fatores de transcrição e RNA polimerase. Sequências promotoras: A síntese de RNA começa em regiões do DNA chamadas de promotoras que são sequências específicas reconhecidas pela RNA polimerase que direcionam a transcrição de genes. Sequências reguladoras: São um segmento de DNA onde as proteínas de união ao DNA, tais como os fatores de transcrição. Estas regiões ou sequências reguladoras, que correspondem a traços normalmente curtos do DNA, encontram-se posicionadas adequadamente no genoma, usualmente a uma curta distância “corrente acima” do gene que regulam. 4) Que processamentos deve sofrer o RNAm transcrito primário antes de ser encaminhado para a tradução? Qual o papel desempenhado pelos snRNAs na recomposição do mRNA? A molécula de RNA mensageiro é sintetizada a partir de um molde de DNA pelo mecanismo de transcrição. O mRNA contém a informação necessária para construir uma proteína, ou seja, a sequência de bases no mRNA determina a sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica resultante da tradução. O terceiro grande evento do processamento de RNA que ocorre nas suas células é o splicing do RNA. No splicing do RNA, partes específicas do pré-RNAm, chamadas íntrons são reconhecidas e removidas por complexos proteína-e-RNA chamados de spliceossomos. Os íntrons podem ser vistos como sequências "lixo" que devem ser retiradas para que a "versão de partes boas" da molécula de RNA possa ser montada. 5) Em que sentido e até que ponto o código genético é (A) redundante, (B) ordenado e (C) universal? Código genético universal:O código genético é praticamente o mesmo para todos os seres vivos e, por isso, dizemos que ele é quase universal. Além de universal, ele é considerado "degenerado", pelo fato de que praticamente todos os aminoácidos são determinados por mais de um códon. Código genético redundante: Somente dois aminoácidos não são especificados por mais de um códon. Código genético ordenado: Vários códons para um determinado aminoácido e códons para aminoácidos com propriedades químicas semelhantes são aproximadamente correlatos em geral). 6) Quais as moléculas de RNA envolvidas no processo de tradução e suas respectivas funções? RNA mensageiro (RNAm): Essa classe de RNA, que é responsável por codificar as proteínas, tem seus códons lidos no momento da tradução. RNA transportador (RNAt): O RNA transportador faz o transporte de um aminoácido específico para a síntese de proteína. Uma dessas alças é a do anticódon, região responsável por reconhecer o códon que complementa a molécula do RNAm. https://www.infoescola.com/biologia/dna/ https://www.infoescola.com/bioquimica/aminoacidos/ https://www.infoescola.com/genetica/genoma/ https://pt.wikipedia.org/wiki/Factor_de_transcri%C3%A7%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Genoma http://www.biorede.pt/topic.asp?id=854 https://brasilescola.uol.com.br/biologia/decifrando-codigo-traducao-proteica.htm Tatiana Lopes 2020.1 RNA ribossômico (RNAr): O RNA ribossômico, também chamado de ribossomal, é aquele que constitui o ribossomo. Assim que são sintetizados, os RNAr acumulam-se, formando regiões conhecidas como nucléolos. Nesses locais, o RNAr combina-se com proteínas e origina os ribossomos. MUTAÇÃO E POLIMORFISMO 1) Em um segmento de DNA que codifica determinada proteína, considere duas situações: (A) um nucleotídeo é removido (deletado); (B) um nucleotídeo é substituído por outro. A situação (A) é geralmente mais drástica que a situação (B). Explique por quê. Deletérias: Causam danos. Deleções e Iserções: Ocorre a partir do momento em que um nucleotídeo sai ou entra, a matriz de leitura passa a ser codificada. Essas mutações são as mais prejudiciais, justamente por modificarem a matriz de leitura do RNAm. 2) Explique a seguinte afirmação: "A redundância do código genético minimiza os efeitos deletérios das mutações." Além disso, como as pesquisas de Khorana, Holley e Nirenberg indicaram, o código genético apresenta redundância, mas não ambiguidade. Existem mais de um códon para alguns aminoácidos, mas um mesmo códon não codifica dois aminoácidos diferentes. Dessa forma, substituições em uma das três posições nos códons podem gerar um mesmo aminoácido. Por isso, o código genético é dito degenerado. Alguns códons permitem que sejam realizadas quatro mudanças em suas terceiras bases (por exemplo, os códons GGA, GGG, GGC e GGU para o aminoácido glicina). Outrospermitem três ou apenas duas trocas de nucleotídeos. O padrão dos códons, portanto, poderia ser uma adaptação que reduziria os erros causados por mutações pontuais ou por erros de tradução. Portanto, uma consequência dessa redundância é que alguns erros no código genético podem causar apenas mutações silenciosas, sem afetar a estrutura e a função da proteína sintetizada. 3) A doença de Tay-Sachs, um distúrbio genético pan-étnico autossômico recessivo, é uma gangliosidose GM2 infantil, resultante da incapacidade de degradar o gangliosídeo GM2, que é causada por uma deficiência acentuada de hexosaminidase A (hex A). A doença tem seu impacto clínico quase exclusivamente no cérebro, o sítio predominante da síntese de gangliosídeo GM2. O curso clínico da doença de Tay- Sachs é particularmente trágico. As crianças acometidas parecem normais até 3 a 6 meses de idade quando gradualmente sofrem deterioração neurológica progressiva até a morte aos 2 a 4 anos. A incidência da deficiência da hex A varia enormemente entre diferentes populações, sendo particularmente alta em judeus asquenazes, nos quais a incidência de crianças acometidas é 100 vezes maior que em outras populações. Nas populações asquenazes, três alelos patogênicos do gene HEXA são encontrados em alta frequência. O alelo patogênico mais comum está mostrado na Figura 1. Figura 1. Alelo Tay-Sachs mais comum em judeus asquenazes. Tatiana Lopes 2020.1 Acerca dos aspectos genéticos da doença de Tay-Sachs e do alelo patogênico mais comum, responda. a) A mutação ocorre na sequência codificante ou reguladora do gene HEXA? Explique. Codificante, pois interfere no arranjo ordenado da sequência nucleotídica que define os códons do gene HEXA. b) A mutação pontual é do tipo substituição, inserção ou deleção? Inserção. c) Comente a seguinte afirmação: “A mutação patogênica mais comum do gene HEXA altera a matriz de leitura do mRNA”. A mutação por inserção de 4pb altera o arranjo ordenado de códons do gene HEXA a partir do sítio mutacional, causando a mudança na matriz de leitura do mRNA e, consequentemente, modificando todos os aminoácidos especificados daquele ponto em diante, até q casualmente a sequÊncia codificante é interrompida por um códon de término prematuro. d) A mutação leva à perda de função ou ganho de função enzimática? Explique. Perda de função. CONTROLE DO CICLO CELULAR 1) Qual a função das ciclinas e cdks no ciclo celular? Explique. As ciclinas desencadeiam os eventos do ciclo celular associando-se a uma família de enzimas chamada quinases dependentes de ciclinas (Cdks). Uma Cdk sozinha fica inativa, mas a ligação com uma ciclina a ativa, tornando-a uma enzima funcional e permitindo que ela modifique proteínas alvo dentro da célula. Cdks são quinases, enzimas que fosforilam (ligam grupos fosfato a) proteínas alvo específicas. O grupo fosfato ligado age como um interruptor, tornando a proteína alvo mais ou menos ativa. Quando uma ciclina se liga a uma Cdk, isto tem dois efeitos importantes: ativa a Cdk como uma quinase, mas também direciona a Cdk para um conjunto específico de proteínas alvo, adequadas para o período do ciclo celular controlado pela ciclina. Por exemplo, Ciclinas G1para alvos da fase S (promovendo, por ex., a replicação do DNA), enquanto ciclinas M enviam Cdks para alvos da fase M (fazendo a membrana nuclear se romper). 2) Ao longo do ciclo celular, existem momentos, denominados pontos de checagem (“checkpoints”), em que mecanismos celulares avaliam as condições da célula, antes de iniciar a fase seguinte. Indique quais são os pontos de checagem e suas respectivas funções no ciclo celular. O ponto de checagem G1 é o principal ponto de decisão para uma célula – ou seja, o primeiro ponto em que deve escolher entre dividir ou não. Uma vez que a célula passa o ponto de checagem G1 e entra na fase S, ela se torna irreversivelmente comprometida com a divisão. Ou seja, excetuando-se problemas inesperados, tais como dano no DNA ou erros de replicação, uma célula que passa pelo ponto de checagem G1 continuará pelo resto do caminho através do ciclo celular e produzirá duas células filhas. Ponto de checagem G2 - Para certificar-se de que a divisão celular ocorra bem (para que produza células filhas saudáveis com DNA completo e sem danos), a célula possui um ponto de checagem adicional antes da fase M. Nesta fase, a célula irá checar: Integridade do DNA. Há algum DNA danificado? Replicação do DNA. O DNA foi completamente copiado durante a fase S? Se erros ou danos são detectados, a célula irá pausar no ponto de checagem G2 para permitir reparos. Se os mecanismos do ponto de checagem detectam problemas com o DNA, o ciclo Tatiana Lopes 2020.1 celular é interrompido e a célula tenta completar a sua replicação de DNA ou reparar o DNA danificado. Se o dano é irreparável, a célula pode sofrer apoptose, ou morte celular programada. Este mecanismo de autodestruição assegura que o DNA danificado não é repassado para as células filhas e é importante para prevenir o câncer. O ponto de checagem M é também conhecido como ponto de checagem do fuso: aqui, a célula examina se todas as cromátides irmãs estão corretamente ligadas aos microtúbulos do fuso. Como a separação das cromátides irmãs durante a anáfase é um passo irreversível, o ciclo não irá continuar até que todos os cromossomos estejam firmemente ligados a pelo menos dois filamentos do fuso em lados opostos da célula. Como este ponto de checagem funciona? Parece que as células na realidade não examinam a placa metafásica para confirmar que todos os cromossomos estão lá. Ao invés disso, elas procuram por cromossomos "retardatários" que estão no lugar errado (por exemplo, flutuando ao redor do citoplasma. Se um cromossomo está no lugar errado, a célula irá pausar a mitose, permitindo que o fuso capture o cromossomo perdido. 3) Explique o papel da proteína p53 no controle do ciclo celular. A proteína p53 desempenha um papel central na resposta celular que inclui a parada do ciclo celular permitindo o reparo do dano no DNA, ou indução da morte celular. A perda da função dessa proteína pode levar à proliferação celular desordenada, aumento da sobrevida da célula e resistência às drogas quimioterápicas.
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