Estudo dirigido Tampão e Bioméculas

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ROTEIRO DE BIOQUÍMICA SOBRE TAMPÃO E BIOMOLÉCULAS APLICADO A PRÁTICA MÉDICA
1 - Quais são as principais funções da água?
A agua atua como solvente dissolvendo sais cristalinos pela hidratação de seus ions. A rede cristalina de NaCl é desfeita quando as moléculas de agua se aglomeram ao redor dos ions. As cargas iônicas são parcialmente neutralizadas, e as atrações eletrostáticas necessárias para a formação da rede são enfraquecidas. Para muitas proteínas a presença de moléculas de agua fortemente ligadas é essencial para sua função, pois a interação com a agua influencia a estrutura das biomoléculas. A agua é um nucleofilo, assim como o oxigênio dos fosfatos, álcoois e ácidos carboxílicos, enxofre dos tiois, nitrogênio das aminas, anel imidazol da histidina. A agua é fundamental para a manutenção da homeostasia, ou seja, a condição de estabilidade que o organimos necessita para realizar suas funções e manter o equilíbrio do corpo. O LIC oferece o meio no qual ocorre os processos metabólicos celulares. O Liq intravenoso transporta gases, alimentos e produtos do metabolismo celular. O liquido transcelular lubrifica vários tecidos, como articulações, possibilitando menor atrito nos seus movimentos, as membranas serosas (pleura, peritônio e pericárdio) são importantes nos processos digestivos, respiratório e excretório. Cerca de 8L de LIC são necessários para o processo digestivo. São excretados diariamente para o TGI, exercem sua função e, então, são reabsorvidos. A agua é fundamental para a manutenção da temperatura corporal. A dinâmica dos líquidos corpóreos depende do metabolismo celular e da produção de calor. Perda de calor por evaporação e pela expiração (o gas expirado é umidificado pelo vapor de agua em transformação com gasto de energia, reduzindo o calor do meio interno do organismo).
2 - Qual o PH do sangue? 
Faixa de PH fisiológico 7,35 – 7,45. O conhecimento dos valores de Ph é importante para haver o controle de sua regulação, pois o metabolismo gera ácidos e bases que influenciam no PH dos fluidos corporais de modo a gerar modificação nas estruturas proteicas, por exemplo. O organismo utiliza o tamponamento químico, o ajuste respiratório da concentração sanguínea de CO2 e a excreção de íons H ou HCO3- pelos rins. Para Arrhenius, um ácido é aquele que doa H+ e uma base é aquela que doa OH-. Para Bronsted Lowry um ácido é doador de próton e a base é um receptor. 
3 - O que são grupos prostéticos? Qual o mais abundante no plasma sanguíneo?
O grupo prostético Fe-porfirina é planar e hidrofóbico. O heme se torna um componente integral da holoproteína globina durante a síntese do polipeptídio; é o grupo heme que dá às globinas, assim como ao sangue e ao músculo, suas características de cor vermelho-púrpura — púrpura no estado desoxigenado, vermelho no estado oxigenado. Uma vez sequestrado dentro de uma bolsa hidrofóbica criada pelo peptídeo de globina empacotado, o heme está em um ambiente protetor que minimiza a oxidação espontânea do Fe2+ a Fe3+ (enferrujando) na presença de O2. Se o átomo de ferro se tornasse oxidado ao estado férrico, o heme não mais poderia interagir reversivelmente com o O2, comprometendo sua função no armazenamento e transporte de O2. A Hb é uma proteína alostérica, exibe alterações na afinidade pelo ligante (ou substrato) sob a influência de pequenas moléculas. Essas pequenas moléculas, denominadas efetores alostéricos, ligam-se às proteínas em sítios que são diferentes espacialmente dos sítios de ligação do ligante. Através de efeitos conformacionais de longo alcance, eles alteram a afinidade de ligação ao ligante ou ao substrato da proteína. As proteínas alostéricas são tipicamente proteínas multissubunidades. A afinidade de ligação ao O2 da Hb é afetada positivamente pelo O2, assim como por vários efetores alostéricos quimicamente diferentes, incluindo H+, CO2 e 2,3-bifosfoglicerato (2,3- BPG). Quando um efetor alostérico afeta sua própria ligação à proteína (em outro sítio), o processo é denominado homotrópico; por exemplo, o efeito da ligação do O2 em um sítio da Hb aumenta a afinidade para a ligação de O2 em outros sítios na Hb. Quando o efetor alostérico é diferente do ligante cuja ligação é alterada, o processo é denominado heterotrópico; por exemplo, o efeito do H+ sobre a afinidade para a ligação do oxigênio à Hb. 
4 - Quais moléculas orgânicas são cruciais para existências da vida? Cite sua menor unidade.
Proteínas, compostas por aminoácidos, se organizam em polímeros e sofrem ligação peptídica. Lipideos são formados por acido graxo e glicerol, são insolúveis em agua e relacionam-se por ligações fosfodiester ou éter. Carboidratos são compostos por monossacarídeos, podem formar polímeros, são opticamente ativos e solúveis em agua.
5 - Qual principal molécula responsável pelo PH sanguíneo? Correlacione essa com a respiração e a ligação de O2 e CO2 às hemácias de acordo com a variação de PH nos tecidos do corpo. Seu efeito tamponante é garantido por quais mecanismo de controle, responda fisiologicamente com centros reguladores e metabolicamente.
O tamponamento resulta do equilíbrio entre duas reações reversíveis ocorrendo em uma solução de concentrações quase iguais de doador de prótons e de seu aceptor de prótons conjugado. O plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema tampão do bicarbonato, consistindo em H2CO3 como doador de prótons e HCO3- como aceptor. O PH de uma solução tampão dde bicarbonato depende da concentração de H2CO3 e HCO3-, os componentes doador e receptor de prótons. A concentração de H2CO3 depende da concentração de CO2 (PCO2). Portanto, o PH de um tampão bicarbonato exposto a uma fase gasosa é determinado pela concentração de HCO3- na fase aquaosa e plea PCO2 na fase gasosa. A solução tampão de bicar. É um tampão fisiológico efetivo em ph próximo de 7,4, porque o H2CO3 do plasma esta em equilíbrio com uma grande capacidade de reserva de CO2 no ar dos pulmões.
6 - Qual a relação do efeito bohr com a manutenção do PH sanguíneo?
Alterações nas estruturas secundarias, terciarias e quaternárias acompanham a transição da HB de T(tenso- baixa afinidade) para R (relaxado- alta afinidade com O2). A desoci-Hb liga um próton para cada duas moléculas de O2 liberadas contribuindo para a capacidade de tamponamento do sangue. O ph mais baixo de tecidos periferios estabiliza o estado T e aumenta a liberação de O2. Nos pulmões o processo se inverte. A medida que o O2 se liga a desoxi-Hb liberam-se prótons que se combinam com o HCO3- para formar H2CO3. A desidratação de H2CO3 catalisada pela anidrase carbônica forma CO2, em seguida exalado. A ligação com O2 facilita a exalação de CO2. Esse acoplamento reciproco entre a ligação de prótons e a de O2 é o Efeito Bohr, o qual depende das interações cooperativas entre os heme do tetrâmero de Hb. Aumentando a concentração de CO2 e H em capilares nos tecidos diminui também a afinidade com O2 da HB, fazendo-a liberar O2. O efeito reciproco ocorre nos pulmões, nos capilares dos alvéolos, quando a concentração de O2 é alta, libera-se H+ e CO2 da Hb.
7 - Quais são as principais moléculas presentes no humano que tem função tamponante no plasma sanguíneo?
As proteínas do plasma exercem efeito tamponante pois estão em elevada concentração no interior da celula. O PH das células, embora ligeiramente mais baixo que LEC, varia nas proporções das alterações do PH extra. Há pouca difusão de H+ e HCO3- através da membrana celular. O CO2 pode-se difundir rapidamente através de todas as memb. Essa difusão dos elementos do sistema tampão bicarbonato causa variação no PH do LIC quando ocorrem variaçãoes no ph extra. Por essa razão, os sistemas tampão no interior das células ajudam a prevenir mudanças no ph do LIC, mas podem levar horas para ficarem efetivos. Porteinas contem aa com grupos funcionais ácidos ou bases. A Hys possui Pka de 6 e pode existir tanto na forma protonada quanto na desprotonada próximo ao Ph neutro. 
8 - Qual enzima é responsável por colaborar com a manutenção do PH do sangue? Site os locais que seencontram em abundância e diferencie sua importância nesses mecanismos de regulação.
Anidrase carbônica. Seu sitio catalítico contem o aa Hys cujo grupo imidazole interage com outros átomos. 
9 - Qual proteína compõe o plasma sanguíneo dando a ele uma pressão coloidosmotica adequada e também contribui para o equilíbrio do PH? De qual aminoácido essa proteína é rica e qual sua relação com o efeito tamponante no sangue?
Albumina, é uma proteína sintetizada no fígado e liberada no plasma sanguíneo sendo importante para a pressão coloidosmotica, pois reduz as pressões na microvasculatura cerebral, visando minimizar um edema, por exemplo. O que também pode evitar a formação de edemas em MI. A proteína atua como soluto, possibilitando equilíbrio entre as trocas de agua dos compartimentos intra e extracelulares. Por exemplo, em caso de desidratação ocorre uma descompensação, um caso típico que ocorre em pessoas, especialmente crianças quando estão desnutridas. Em caso de desnutrição severa, ocorre hipoalbuminemia, até porque o fígado esta com função comprometida. A albumina atua como ANION no plama, ou seja, apresenta uma carga liquida total NEGATIVA, considerando então que prevaleça sua estrutura proteica com aa de carga negativa. A albumina FUNCIONA COMO BASE, pois tem a tendência de receber prótons. Então participa da regulação do equilíbrio acido base sobretudo no meio extra. Apesar da albumina ser abundante no plasma, a Hb é responsável pelo controle do tamponamento por meio do bicarbonato. Assim, as proteínas com excesso de aa negativos atuam como base, recebendo H+ e regulando o tamponamento intra. 
10 - No que o PKa contribui para o conhecimento da função tamponante de aminoácidos?
O sistema tampão visa a impedir grandes desvios de PH mesmo com adição de acido ou base. Existem tampões intra (fosfato orgânico e inorgânico e hemoglobina) e extracelulares (Bicarbonato/ ácido carbônico; proteínas plasmáticas). Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas. Um sistema tampão consiste em um ácido fraco (o doador de prótons) e sua base conjugada (o aceptor de prótons). O Pka de muitas proteínas é próximo ao Ph intra. 
11 - Quais aminoácidos possuem função tamponante no plasma sanguíneo?
Histidina. A histidina é um dos aminoácidos básicos (em relação ap pH) devido à sua cadeia lateral aromática de nitrogênio heterocíclico. O radical da histidina consiste em um carbono e um núcleo imidazole, este último formato de três carbonos e dois azotos. As trocas de hidrogênio com o núcleo imidazole acontecem facilmente ao pH fisiológico e a histidina é um radical frequente nas partes catalíticas das enzimas. Este aminoácido é metabolizado bioquimicamente no neurotransmissor histamina e o conjunto de genes que produz enzimas responsáveis pela biossíntese da histidina é controlado pelo operon histidina. A interrupção da biossíntese da histidina em bactérias é a base do famoso “teste Ames”, utilizado para verificar a mutagenibilidade de vários agentes químicos. Tem um pKa de cerca de 6.5, o que significa que pequenas mudanças de pH a valores de pH fisiológicos podem mudar a carga deste aminoácido. Esta mudança de carga pode servir como sinal para alertar o organismo da mudança das condições e ativar as devidas respostas; pode também servir para ativar ou desativar enzimas pois a mudança da carga de um aminoácido modifica as suas interacções inter-eletrónicas dentro da proteína. Este aminoácido tem especial importância em metalo-enzimas devido á interacção do grupo imidazole como ligando para átomos metálicos (um bom exemplo é a hemoglobina, em que uma histidina controla a posição do centro de ferro da proteína), mas também faz parte dos centros catalíticos de várias enzimas (como as anidrases carbónicas. A Hys pode ser transformada em histamina conforme a reação ao lado.
12 - Quantos aminoácidos compõem um peptídeo e uma proteína? O que são resíduos de aminoácidos?
Um peptídeo é composto por até 100 resíduos de aminoácidos enquanto uma proteína possui valores acima deste. Os polipeptideos tem massas moleculares de 10.00 e as proteínas tem massa molecular mais elevada. Resíduos são a parte restante após a perda de elementos de agua- um átomo de H de seu grupo amido e a OH do grupo carboxila. Em um peptídeo o resíduo de aa na extremidade com grupo alfa amino livre é chamado de resíduo aminoterminal (N-terminal); o resíduo na outra extremidade, que tem um grupo carboxila livre: resíduo carboxiterminal.
13 - Qual a relação da hemoglobina com os diferentes PH do sangue, explique demonstrando a afinidade dessa com o O2 nos diversos tecidos, com as suas variações de PH. Quais fatores alteram a afinidade da hemoglobina pelo O2? Quantas cadeias compõem a hemoglobina? Essa proteína é do tipo?
Tampão Bicarbonato: 
Efeito Bohr: quando uma concentração aumentada de H+ (pH diminuído) favorece uma afinidade menor para a ligação do O2 com a Hb, equivalente a um deslocamento dependente de H+ da Hb do estado R para o estado T. A alta pO2 nos pulmões promove a saturação pelo ligante e força os prótons da molécula de Hb a estabilizarem o estado R. No leito capilar, particularmente em tecidos metabolicamente ativos, o pH é levemente mais baixo devido à produção de metabólitos ácidos, tais como o lactato. A Hb oxigenada, ao entrar nesse ambiente, irá adquirir alguns prótons em “excesso” e mudar para o estado T, promovendo a liberação de O2 para a captação pelos tecidos para o metabolismo aeróbico. As interações entre as subunidades da Hb causam mudanças conformacionais que alteram a afinidade da proteína pelo O2. A modulação da ligação do O2 permite que a proteína de transporte do O2 responda a alterações na demanda de O2 pelos tecidos. A Hb é uma proteína alosterica é aquela que sofre alterações de afinidade mediante a ligação de efetores
15.Fatores que determinam a eficiência de um tampão 
Faixa de tamponamento: dentro da faixa de PH em que há efeito tamponante, há um determinado valor em que há 50% do acido dissociado e 50% da base conjugada. Nesse valor de PH o sistema tem sua eficiência máxima, uma unidade acima ou abaixo representa o intervalo de ação do tampão. 
PROPRIEDADES ÁCIDO/BASE DOS AA
Os grupamentos amino e ácido, encontram-se na forma ionizada quando em solução. Dependendo do pH, o grupamento amino com carga positiva (forma catiônica) ou o grupamento ácido carboxílico com carga negativa (forma aniônica), podem predominar. Porém, em determinado pH (pH isoelétrico ou Ponto isoelétrico), haverá somente uma forma dipolar (ou seja, positiva e negativa ao mesmo tempo), onde será observada uma neutralidade elétrica na molécula. Estes íons dipolares, são também chamados de zwitterions (expressão alemã que ao pé da letra significaria algo como "íons hermafroditas"), predominam no ponto isoelétrico (pHi). A forma catiônica predominará em pH abaixo do pHi, enquanto que a forma aniônica predominará em pH acima do pHi, uma vez que abaixo ou acima do pHi haverá deficiência ou excesso de H+ na solução, respectivamente, o que varia a carga elétrica pois o grupamento COO- receberá H+ e o NH3+ doará ser H+. O valor do pHi varia de acordo com o aminoácido e corresponde a um valor que serve como identificador e classificador dos aminoácidos de acordo com a variação do pH. Os valores de pK1 e pK2 correspondem aos valores de pH onde o aminoácido funciona como um tampão durante uma curva de titulação. Como a forma dipolar é a que ocorre no pHi, toda vez que o pH cai abaixo do valor do pHi (acidificação do meio), o aminoácido recebe o H+ adicionado através da extremidade COO- tornando-se um cátion. Quando o pH eleva-se acima do valor do pHi (alcalinização do meio), o aminoácido torna-se um ânion devido à doação do H+ pelo grupamento NH3 +. No início da titulação, teoricamente, só existe a forma catiônica em virtude de o aminoácido funcionar como um receptor de prótons, ou seja, como uma base. Ao adicionar uma base (OH-) ao sistema, começa a haver a neutralizaçãocom o aparecimento da forma dipolar até um determinado ponto em haverá igualdade de concentração entre as duas formas, entrando o sistema em equilíbrio, correspondente ao pK1. Prosseguindo a titulação, com o aumento do pH em virtude do aumento gradual da concentração de base, começará a predominar a forma dipolar com a queda proporcional da forma catiônica até um ponto onde só haverá a forma dipolar. Neste ponto, o pH corresponderá ao pH isoelétrico (pHi) onde o sistema se apresentará eletricamente neutro. Ao se adicionar mais base, há o aparecimento da forma aniônica até um determinado ponto em que haverá igualdade na concentração entre a forma dipolar e a aniônica, entrando o sistema, novamente, em equilíbrio agora entre a forma dipolar e a forma aniônica, correspondente ao pK2. Adicionando mais base, haverá a predominância da forma aniônica até o pH 14 onde, teoricamente, só haverá a forma catiônica.
1.Explique porque a Hb é uma proteína alosterica 
2.Como a Hb consegue se ligar reversivelmente ao O2? Qual a importância disso?
3.Porque a Hys é um aa importante? Ela é essencial ou não essencial? Alem do tamponamento, ela atua em qual outro processo?
4.Relacione o papel da anidrase carbônica e o efeito Bohr
5.Diferencie os estados T e R
6.Diferencie Hb e mioglobina quanto as estruturas bioquímicas 
7. O que é um nucleofilo ?