Aula 5 - PROTEÍNAS - Bioquímica Humana

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Prof. Dr. Fábio Fidélis
fidelis1fabio@gmail.com 
PROTEÍNAS
BIOQUÍMICA 
Prof. Dr. Fábio Fidélis
BIOQUÍMICA  PROTEÍNAS
Classe fundamental de MACROmoléculas constituídas por uma ou mais cadeias de Aminoácidos (Polipeptídeos). 
Estão presentes em todas as formas de vida na Terra, sendo responsáveis pela maioria dos processos mais complexos que tornam a vida possível ou seja, possuem as mais variadas FUNÇÕES. 
Trata-se do principal constituinte estrutural dos seres vivos compondo mais da metade do peso SECO de uma célula.
A sequência de aminoácidos é ÚNICA para cada Proteína Específica e é determinada pelo GENE.
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FUNÇÕES???
Destacam-se seu papel no transporte de oxigênio (Hemoglobina), na proteção do corpo contra organismos patogênicos (Anticorpos), como catalisadora de reações químicas (Enzimas), receptores de Membrana (TfR), transportadores de membrana (GlicoProteínas – Glut4), atuação na contração muscular (Actina e Miosina), além de serem fundamentais para o crescimento e formação dos hormônios.
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BIOQUÍMICA  PROTEÍNAS
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BIOQUÍMICA  PROTEÍNAS
 A SÍNTESE PROTÉICA é o mecanismo de produção de proteínas determinado pelo DNA, que acontece em duas fases chamadas TRANSCRIÇÃO e TRADUÇÃO. 
 O processo acontece no citoplasma das células e envolve ainda RNA (RNAm, RNAt e RNAr), Ribossomos, Enzimas Específicas e Aminoácidos que formarão a sequência da PROTEÍNA a ser sintetizada.
 CÓDON é uma sequência de 3 bases nitrogenadas de RNA mensageiro que codificam um determinado aminoácido ou que indicam o ponto de início ou fim de tradução da cadeia de RNAm. 
 Isto significa que: cada conjunto de 3 bases consecutivas É responsável pela codificação de 1 aminoácido.
3 Bases Nitrogenadas = 1 Aminoácido
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DNA
RNA
Adenina
Guanina
Citosina
Timina
Uracila
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TRANSCRIÇÃO e TRADUÇÃO
DNA
RNA
Proteína
Replicação
Transcrição
Tradução
Transcrição 
Reversa
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HELICASE  Quebra as Pontes de H+
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CÓDIGO GENÉTICO
É a relação entre a sequência de Bases no DNA e a sequência correspondente de Aminoácidos, na Proteína. Ele é equivalente a um idioma e é constituído basicamente por um dicionário de palavras, a Tabela do Código Genético, e por uma gramática, correspondente às propriedades do código, que estabelece como a mensagem codificada no material genético é traduzida em uma sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica.
O Código Genético forma os modelos hereditários dos seres vivos. É nele que está TODA a informação que rege a sequência dos aminoácidos codificada pelo encadeamento de nucleotídeos. 
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 AMINOÁCIDOS (Aa) são compostos quaternários de Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O) e Nitrogênio (N).
 20 Tipos de Aminoácidos Padrão.
 Ligações PEPTÍDICAS.
 PROTEÍNA = Polipeptídeos de Aa.
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NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS PROTEÍNAS
Até o presente momento o que você sabe sobre as Proteínas pode ser resumido na seguinte afirmação: São polímeros orgânicos, com estrutura complexa e elevada massa molecular, constituídas por um conjunto de aminoácidos. 
Então vamos EXPANDIR esse conhecimento e entender a importância da estrutura TRIDIMENSIONAL de uma proteína e analisar alguns arcabouços proteicos bem como a função de algumas proteínas.
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ESTRUTURA PRIMÁRIA DAS PROTEÍNAS
É a SEQUÊNCIA LINEAR DE AMINOÁCIDOS ao longo da cadeia polipeptídica da Proteína. 
É o nível estrutural MAIS SIMPLES e MAIS IMPORTANTE, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula. 
É ESPECÍFICA para cada proteína, sendo, geralmente, determinada geneticamente. 
A estrutura primária da proteína resulta numa longa cadeia de aminoácidos, com uma extremidade "AMINO TERMINAL" e uma extremidade "CARBOXI TERMINAL"
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS
É a FORMA como os aminoácidos se organizam entre si na sequência primária da proteína. 
Ocorre graças à possibilidade de ROTAÇÃO das ligações entre os carbonos alfa dos aminoácidos e os seus grupos amina e carboxila. 
O arranjo secundário de uma cadeia polipeptídica pode ocorrer de forma regular; isso acontece quando os ângulos das ligações entre carbonos alfa e seus ligantes são iguais e se repetem ao longo de um segmento da molécula. 
A cadeia polipeptídica pode interagir com ela própria através de duas formas principais: pela formação das ALFA-HÉLICES e das FOLHAS-BETA. 
Além destas, existem estruturas que não são nem HÉLICES nem FOLHAS chamadas LAÇOS (LOOPS).
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS
ALFA-HÉLICE: presente na estrutura secundária dos níveis de organização das proteínas. São estruturas CILÍNDRICAS estabilizadas por PONTES DE HIDROGÊNIO entre Aminoácidos. As cadeias laterais dos aminoácidos encontram-se viradas para fora. Existem várias formas de como as alfa-hélice podem organizar-se. Na alfa-hélice a espinha dorsal polipeptídica é torcida numa hélice virada à DIREITA.
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS
FOLHA-BETA: padrão estrutural encontrado em várias proteínas, nas quais regiões vizinhas da cadeia polipeptídica associam-se por meio de PONTES DE HIDROGÊNIO, resultando numa estrutura achatada e rígida. Esta é também uma estrutura estável na qual os grupos polares da cadeia polipeptídica associam-se por meio de Pontes de Hidrogénio um ao outro.
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS
LAÇOS (LOOPs): são secções da sequência que se ligam aos outros dois tipos de estrutura secundária. Em contraste com HÉLICES e FOLHAS, que formam o núcleo da proteína, laços não são estruturas regulares e ficam fora da proteína dobrada.
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ESTRUTURA TERCIÁRIA DAS PROTEÍNAS
É a forma como determinada molécula de proteína se organiza no ESPAÇO. 
Corresponde ao movimento, ao ENOVELAMENTO, à organização das ALFA-HÉLICES, FOLHAS BETA e LAÇOS (LOOPs) no espaço TRIDIMENSIONAL.
Essa estrutura é ESTABILIZADA por interações das cadeias laterais, podendo ser Ligações Covalentes, por Atrações Químicas de grupos com características semelhantes ou ainda por Atrações Eletrostáticas. 
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ESTRUTURA TERCIÁRIA DAS PROTEÍNAS
INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS: São as forças não covalentes mais importantes para estabilizar a estrutura enovelada. Surgem das cadeias laterais hidrofóbicas (aminoácidos hidrofóbicos) que são atraídas umas pelas outras. Na figura acima identificamos este tipo de atração nos átomos coloridos de verde. 
INTERAÇÕES ELETROSTÁTICAS OU IÔNICAS: Grupos carregados negativamente (-COO-) que se atraem com grupos carregados positivamente (-NH3+). Na figura essa interação química é demonstrada nos átomos selecionados com cor laranja. 
 LIGAÇÕES COVALENTES (PONTES DISSULFETO): Única ligação covalente formada por dois grupos de sulfidrila de cadeia lateral e dois resíduos de cisteína. Fornecem e proteção parcial da estrutura das proteínas contra modificações do pH. Além de contribuir para a estabilidade e conformação tridimensional da proteína. Observe as pontes dissulfeto coloridas com azul. 
PONTES DE HIDROGÊNIO: Cadeias laterais de aminoácidos contendo ligações entre hidrogênio e o oxigênio ou nitrogênio. Não se esqueça que
as ligações hidrogênio são relativamente fracas, porém como existem inúmeros pontos de atração elas passam a ter significância. Entretanto, contribuem moderadamente para o enovelamento da proteína. São formadas no interior e na superfície da proteína. São identificadas na ilustração anterior na cor amarela. 
FORÇAS DE VAN DER WAALS: Força de atração inespecífica que ocorre entre dois átomos próximos. Fornece estabilidade para a estrutura. 
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Ligações que acontecem entre Aminoácidos NÃO SEQUENCIADOS que garantem estabilidade a Estrutura TERCIÁRIA (Tridimensional) das proteínas FUNCIONAIS.
A “QUEBRA” dessas ligações por fatores Químicos ou Físicos, gera a DESNATURAÇÃO da Proteína, INVIABILIZANDO a mesma para nosso organismo.
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ESTRUTURA QUARTERNÁRIA DAS PROTEÍNAS
A estrutura quaternária de uma proteína refere-se à união de várias moléculas proteicas enoveladas num complexo MULTIPROTÉICO. 
A interação entre as moléculas é realizada através de ligações NÃO covalentes.
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PROTEÍNAS: Níveis Estruturais
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PROTEÍNAS: Níveis Estruturais
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ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
Você pode observar que nos níveis TERCIÁRIOS e QUATERNÁRIOS as proteínas exibem uma complexidade estrutural elevada. Porém foram observados alguns comportamentos semelhantes nas proteínas, o que permitiu segregá-las em 2 grandes grupos:
PROTEÍNAS FIBROSAS: Apresentam arranjos polipeptídicos na forma de FEIXES, geralmente são muito alongadas e insolúveis em água.
PROTEÍNAS GLOBULARES: Possuem cadeias polipeptídicas compactadas na forma de ESFERAS (glóbulos) solúveis em água. 
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ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
PROTEÍNAS FIBROSAS e GLOBULARES:
COLÁGENO
HEMOGLOBINA
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ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
PROTEÍNAS FIBROSAS: são adaptadas às FUNÇÕES ESTRUTURAIS. Apresentam cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos. Em geral são formadas por um único tipo de estrutura secundária (α-hélices OU Folhas β). São INSOLÚVEIS em água. Exemplos: Colágeno, elastina, queratina.
PROTEÍNAS GLOBULARES: apresentam cadeias polipeptídicas dobradas em uma forma esférica ou globular, geralmente contêm DIVERSOS tipos de estruturas secundárias na mesma cadeia de polipeptídio. São geralmente SOLÚVEIS. Exemplos: enzimas, hemoglobina, mioglobina, imunoglobulinas.
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ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
As Proteínas GLOBULARES são muito compactas e com alta densidade de átomos no centro da molécula. Suas cadeias laterais HIDROFÓBICAS posicionadas para o interior da molécula, enquanto que os grupos HIDROFÍLICOS estão localizados na superfície (Solubilidade).
A região da Proteína GLOBULAR que contém o Centro Hidrofóbico é comumente denominada de DOMÍNIO. Os domínios das proteínas também são as unidades funcionais das mesmas. Algumas proteínas complexas podem conter até mais de 1 domínio.
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As PROTEÍNAS ESTRUTURAIS conferem rigidez a componentes biológicos que, de outra forma, seriam apenas fluidos. A maior parte das proteínas estruturais são PROTEÍNAS FIBROSAS; por exemplo, o colágeno e a elastina são componentes fundamentais do tecido conjuntivo, como a cartilagem, enquanto a queratina está presente em estruturas duras como o cabelo, unhas, penas, cascos e algumas carapaças animais.
Outras proteínas que têm funções estruturais são as PROTEÍNAS MOTORAS como a miosina, cinesina e a dineína, as quais são capazes de gerar força mecânica, como a que contrai os músculos. Estas proteínas são cruciais para a motilidade de organismos unicelulares e dos espermatozóides dos organismos multicelulares que se reproduzem através de reprodução sexuada.
Algumas PROTEÍNAS GLOBULARES podem também desempenhar funções estruturais; por exemplo, a actina e a tubulina são globulares e solúveis enquanto monômeros, mas são capazes de se polimerizar nas fibras rígidas e longas que formam o citoesqueleto, o qual permite à célula manter a sua forma e tamanho. 
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DESNATURAÇÃO DAS PROTEÍNAS
A desnaturação é a perda da conformação (TRIDIMENSIONAL) das proteínas em consequência dos desdobramentos proteicos por agentes desnaturantes. 
Isto que dizer que, os níveis QUATERNÁRIO, TERCIÁRIO e SECUNDÁRIO são DESFEITOS e é retomada a estrutura PRIMÁRIA do Polipeptídio. 
Observa-se que em condições de desnaturação as Ligações Peptídicas NÃO são rompidas.
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DESNATURAÇÃO DAS PROTEÍNAS
 A desnaturação é um processo que geralmente é irreversível, porém em algumas situações as proteínas podem retornar aos níveis mais complexos. 
 Pode ser causada por agentes FÍSICOS ou QUÍMICOS:
 
 Agentes FÍSICOS:
 Calor;
 Agitação mecânica.
 Agentes QUÍMICOS:
 Solventes Orgânicos;
 Detergentes;
 Ácidos ou Bases fortes. 
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PROTEÍNAS PLASMÁTICAS
Cerca de 100 tipos diferentes de Proteínas Plasmáticas foram identificadas até o presente utilizando-se de técnicas sofisticadas e de alta sensibilidade. 
Entretanto, os métodos ELETROFORÉTICOS e CROMATOGRÁFICOS disponíveis para a INVESTIGAÇÃO CLÍNICA, comumente permitem o fracionamento de cinco tipos: Albumina, Alfa-1 Globulina, Alfa-2 Globulina, Beta Globulina e Gama Globulina.
ESPECTROFOTOMETRIA também é usada na quantificação das Proteínas Plasmáticas. 
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PROTEÍNAS PLASMÁTICAS
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ALBUMINA (Causas da Deficiência) – HIPOALBUMINEMIA
Proteína de Reserva na depleção nutricional (Desnutrição).
Indicada para avaliação do Estado Nutricional dos Pacientes.
Indicado para avaliação de Hepatopatias.
Indicada para avaliação de Desordens Proteicas como a Síndrome Nefrótica: Por permitir sua excreção urinária.
Indicada para avaliação de Transtornos Intestinais (enteropatias): Perda na absorção de aminoácidos durante a digestão (levando à desnutrição) e perda por diarreias.
Queimaduras, Hemorragias e Estados Catabólicos (ex.:Avaliação Muscular de Atletas).
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GAMA GLOBULINAS (γ)
 IgG  70-75% do pool total – Proporciona a principal imunidade baseada em anticorpos contra os patógenos que invadem o corpo. É o único tipo de Ig que o bebê recebe da mãe. E é a única classe antitoxina.
 IgM  5 a 10% – Expressa na superfície das células B. É o anticorpo inicial predominante, ou seja, elimina patógenos nos estágios iniciais da imunidade mediada pelas células B antes que haja IgG suficiente.
 IgA  10 a 20% – “Secretoras”, são associados às mucosas (Intestinos, trato respiratório e trato urogenital), atuando como um revestimento antisséptico, pela neutralização de agentes patogênicos e seus produtos tóxicos;
 IgD  Menos de 1% – Funciona principalmente como um receptor de antígeno nas células B, são marcadores de diferenciação dos plasmócitos B para a síntese de anticorpos; Suas funções são pouco definidas.
 IgE  Quantidades Ínfimas – Está associada a reações alérgicas e possui um importante papel na imunidade contra helmintos.
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GAMA GLOBULINAS (γ)
MONÔMERO
DÍMERO
PENTÂMERO
IgG
IgD
IgE
IgA
IgM
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GAMA GLOBULINAS (γ)
HIPOGAMAGLOBULINEMIA
Causas Fisiológicas: no NASCIMENTO a concentração de IgA e IgM é baixa e a IgG diminui (IgG maternos).
Causas Patológicas: deficiências congênitas (doença de Bruton); Deficiências ADQUIRIDAS (HIV, Doenças Hematológicas, ex.: Leucemias Linfocítica Crônica; estados de
Perda de Proteínas, ex.: Síndrome Nefrótica).
HIPERGAMAGLOBULINEMIA
Causas Fisiológicos: INFECÇÕES agudas ou crônicas.
Causas Patológicas: Doenças AUTOIMUNES (Doença Reumatóide e Lupus Eritomatoso Sistémico) e Doenças Hepáticas Graves (algumas tendo por base uma doença autoimune).
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 É definida como a aquisição de proteção imunológica contra uma doença infecciosa. 
Prática que tem como objetivo aumentar a resistência de um indivíduo contra infecções. 
 SORO e VACINA são dois agentes que atuam como imunizadores, entretanto, são usados em ocasiões diferentes, apesar de terem um objetivo comum que é proteger nosso corpo contra substâncias estranhas. 
 Os dois produtos são fabricados a partir de organismos vivos, sendo, portanto, chamados de IMUNOBIOLÓGICOS.
 IMUNIZAÇÃO  VACINAS / SOROTERAPIA
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 VACINAS  são usadas como uma forma de proteção que estimula nosso organismo a PRODUZIR ANTICORPOS contra determinada doença. Em razão dessa característica, dizemos que a vacina é uma forma de IMUNIZAÇÃO ATIVA.
 SORO  por sua vez, não promovem uma imunização ativa, uma vez que, nesses casos, são INOCULADOS anticorpos previamente produzidos em outro organismo. No caso dos soros, dizemos que ocorre uma IMUNIZAÇÃO PASSIVA.
 IMUNIZAÇÃO  VACINAS / SOROTERAPIA
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BIOQUÍMICA  PROTEÍNAS
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BIOQUÍMICA  PROTEÍNAS
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BIOQUÍMICA  PROTEÍNAS
 Os Exames de Sangue são considerados exames “relativamente” não invasivos;
 No caso da avaliação renal, conseguimos perceber por DOSAGENS BIOQUÍMICAS se os rins estão BEM ou MAL, ou seja, avaliamos indiretamente sua funcionalidade;
 Provavelmente TODO MUNDO já fez um dia;
 Exame de rotina que o médico SEMPRE solicita no seu Check-Up “anual” de saúde;
 Dosagens de Uréia e Creatinina?
 AVALIAÇÃO DE CLÍNICA DE ÓRGÃOS 
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 CREATININA E URÉIA 
Os níveis de creatinina e uréia no sangue refletem, se alterados, o funcionamento dos rins. São produtos finais do metabolismo PROTÉICO e normalmente são eliminados do sangue pelos rins. 
Quando a atividade dos rins DIMINUI, AUMENTA no sangue o valor/concentração de creatinina e uréia circulante. 
Obs.: Note-se que os índices da CREATININA são mais confiáveis na indicação de problemas renais já que a URÉIA pode vir alterada em casos de desidratação, uso de diuréticos, sangramento digestivo, alimentação rica em proteínas, doença do fígado, etc.
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 CREATININA E URÉIA 
Índice normal da CREATININA 0.6 a 1.3 mg/dl.
Índice normal da URÉIA  10 a 40 mg/dl.
Índices maiores que esses podem SUGERIR danos nos rins.
Obs.: Porém, esses valores da CREATININA não são absolutos e devem ser interpretados pelo seu médico. Como a creatinina é produzida pelos músculos (degradação da Fosfocreatina), pessoas musculosas apresentam taxas basais maiores. Um Fisiculturista pode apresentar até 1,4 mg/dl de creatinina sem ter doença renal, enquanto que uma senhora idosa e magra, com 1,2 mg/dl, pode ter rins doentes.
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 PROTEINÚRIA (Urina)
Em indivíduos normais, proteínas de baixo peso molecular e uma pequena quantidade de albumina são filtradas pelo glomérulo e são totalmente reabsorvidas no túbulo contornado proximal. Algumas dessas (incluindo a ALBUMINA) podem ser excretadas em pequenas quantidades na urina e NÃO são detectadas pelo exame de Fita. 
Considera-se NORMAL uma excreção diária de proteína de até 300 mg/dia.
Quanto à ALBUMINA, sua excreção NORMAL não ultrapassa 20 mg/dia. 
Quando a excreção de albumina se encontra na faixa de 30-300 mg/dia, é chamada de MICROALBUMINÚRIA, ou seja, presença de pequena quantidade anormal de albumina na urina. 
Valores superiores a 300 mg/dia são chamados de PROTEINÚRIA ou MACROALBUMINÚRIA. 
Nesse nível, o exame da fita já detecta a eliminação anormal de proteína.