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112 Unidade III Unidade III 7 AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS As proteínas são polímeros constituídos por aminoácidos, ou seja, são moléculas grandes formadas pela união de vários aminoácidos. Sabendo que os constituintes dos polímeros são os monômeros, podemos dizer que as proteínas são polímeros formados por monômeros chamados de aminoácidos. Polímero Monômero Figura 115 – Representação esquemática de um polímero e seu monômero Observação Moléculas pequenas, chamadas de monômeros, podem ligar‑se dando origem aos polímeros. Existem 22 aminoácidos considerados proteinogênicos, que são aqueles incorporados em proteínas pela existência de um códon no RNA mensageiro. Desses 22 aminoácidos proteinogênicos, dois são pouco abundantes: a selenocisteína e a pirrolisina. A selenocisteína é encontrada no sítio ativo de algumas proteínas humanas, e a pirrolosina foi encontrada em uma bactéria. Como na maioria dos livros de Bioquímica, esses dois aminoácidos não serão abordados. Observação Existem aminoácidos que são gerados por modificações que ocorrem após a tradução e, portanto, não são proteinogênicos. Como as proteínas são formadas por vários aminoácidos e esses aminoácidos podem estar presentes mais de uma vez, muitas moléculas podem ser construídas a partir de apenas 20 aminoácidos. Tomemos como exemplo um dipeptídeo, uma molécula formada por 20 aminoácidos: para o primeiro aminoácido presente nessa molécula, existem 20 possibilidades, que correspondem aos 20 aminoácidos; 113 BIOQUÍMICA para o segundo aminoácido também existem 20 possibilidades, já que o aminoácido pode ser repetido, portanto, pode‑se construir 20 x 20 = 400 moléculas diferentes. Para um tripeptídeo a possibilidade é de 20 x 20 x 20 = 203 = 8000 moléculas diferentes. Dipeptídeo Tripeptídeo 20 x 20 = 400 20 x 20 x 20 = 8000 1ª posição 1ª posição Possibilidades: 20 aminoácidos Possibilidades: 20 aminoácidos Possibilidades: 20 aminoácidos Possibilidades: 20 aminoácidos Possibilidades: 20 aminoácidos 2ª posição 2ª posição 3ª posição Figura 116 – Possibilidades de formação de um dipeptídeo e de um tripeptídeo Imagine agora uma molécula constituída por 100 aminoácidos. Quantas possibilidades seriam possíveis? As proteínas apresentam funções bastante diversificadas. Isso pode ser explicado pela diversidade de moléculas que podem ser construídas com apenas 20 aminoácidos, como mostrado anteriormente. A seguir estão listadas as principias funções apresentadas pelas proteínas: • São componentes estruturais, como o colágeno e a elastina. • Atuam como enzimas. • Atuam no transporte de moléculas, como a hemoglobina e a mioglobina. • Atuam na defesa do organismo, como as imunoglobulinas. • Atuam como hormônios, como a insulina. • Atuam no controle da expressão gênica. • Atuam na contração muscular, como as proteínas actina e miosina. • Atuam na coagulação sanguínea. 114 Unidade III Em suma, a maioria dos processos vitais depende dessa classe de moléculas. Além dos aminoácidos serem os constituintes das proteínas, eles são precursores de substâncias que atuam como mensageiros químicos. O glutamato é precursor do ácido gama‑aminobutírico, o Gaba; o triptofano é precursor da serotonina e da melatonina. O Gaba, a serotonina e a melatonina são neurotransmissores. Já o aminoácido triptofano é precursor da tiroxina, um hormônio produzido na tireoide. Os aminoácidos também são precursores de importantes moléculas que possuem nitrogênio como as bases nitrogenadas, o grupo heme e a clorofila. Os tópicos subsequentes descrevem a estrutura dos aminoácidos, como eles são unidos para formar as proteínas e como essas proteínas são sintetizadas e degradadas no nosso organismo. 7.1 Estrutura, classificação e características dos aminoácidos Os aminoácidos são compostos de função mista, apresentam a função orgânica amina, caracterizada pela presença do grupo – NH2, e a função orgânica ácido carboxílico, caracterizada pela presença do grupo – COOH. Observação O grupo – NH2 é chamado amino, e o grupo – COOH é chamado carboxila. Os carbonos de uma cadeia carbônica são numerados a partir do grupo carboxila, pelas letras do alfabeto grego. Dependendo do carbono em que o grupo amino está localizado, teremos aminoácidos a, b, g, entre outros. Y C b C a C C O OH grupo carboxila grupo amino NH2 Figura 117 – Nomenclatura dos átomos de carbono. Nesse caso, o grupo amino encontra‑se no carbono b Os aminoácidos encontrados em proteínas naturais são os a‑aminoácidos, ou seja, são aqueles que apresentam o grupo amino ligado ao carbono a, o qual é vizinho ao grupo carboxila. A estrutura básica dos aminoácidos encontrados em proteínas naturais apresenta, ligada ao carbono a, o grupo amino, o grupo carboxila, a cadeia lateral, também chamado de grupo R, e um átomo de hidrogênio. 115 BIOQUÍMICA H CR C O OHNH2 Figura 118 – Estrutura básica dos aminoácidos encontrados nas proteínas naturais A prolina é uma exceção à estrutura básica dos aminoácidos, pois apresenta um grupo imino (– NH –) no lugar do grupo amino. A cadeia lateral da prolina juntamente com o grupo imino forma uma estrutura rígida em anel com 5 átomos. COOH C H CH2 CH2 HN H2C Figura 119 – Estrutura do aminoácido prolina Em pH fisiológico, aproximadamente 7,4, o grupo carboxila encontra‑se ionizado, dando origem ao íon carboxilato (– COO‑), e o grupo amino encontra‑se protonado (– NH3 +). H CR C O OHNH2 H CR C O O–NH3+ Figura 120 – Ionização dos aminoácidos Podemos observar que, em pH fisiológico, o aminoácido que possui um único grupo amino e um único grupo carboxila apresenta uma carga positiva e uma carga negativa, ou seja ele é um íon dipolar e é eletricamente neutro. A figura a seguir apresenta os vinte aminoácidos presentes nas proteínas naturais. Suas cadeias laterais estão destacadas. 116 Unidade III COO– C+H3N H H COO– C+H3N H CH3 COO– COO– C C CH CH CH2 +H3N +H3NH H H3C Glicina Alanina Valina Leucina H3C CH3 CH3 COO– COO–COO– C CC CH CH2 CH2 S CH3 CH3 +H3N +H2N H2C +H3NH H H CH2 Isoleucina Prolina Fenilalanina Metionina CH3 CH2 CH3 COO– C CH2 +H3N H Tripofano Treonina Cisteína Serina COO– COO– COO–COO– C C C HC CH2 C CH2 CH2OH C = CH CH3 SH NH +H3N +H3N +H3N +H3NH H H OH H 117 BIOQUÍMICA COO– COO– C C C CH2 CH2 C +H3N +H3NH H H2N H2N Asparagina Lisina Tirosina Glutamina O O COO–COO– CC CH2 CH2 CH2 CH2 NH3 + CH2 OH +H3N +H3N HH CH2 C NH2 + COO– COO– C C CH2 C HC +H3N +H3NH H NH NH+ Arginina Glutamato Aspartato Histidina CH COO–COO– CC CH2 CH2 COO– CH2 COO– +H3N +H3N HH CH2 CH2 CH2 NH NH2 Figura 121 – Aminoácidos e cadeias laterais A diferença entre os aminoácidos está na cadeia lateral, é ela que determina a identidade e a função do aminoácido. As cadeias laterais podem variar em relação ao tamanho, à forma, à carga, à reatividade química, à capacidade de formar ligações de hidrogênio e às características hidrofóbicas. As propriedades das cadeias laterais são importantes para a conformação das proteínas e, como a função da proteína está diretamente ligada à sua conformação, essas propriedades também são importantes para a sua função. Uma propriedade de extrema importância é o fato de os aminoácidos interagirem ou não com água. Por isso, os aminoácidos são classificados em dois grandes grupos: aminoácidos polares, que são aqueles que possuem a cadeia lateral hidrofílica, e os aminoácidos apolares, que são aqueles que possuem a cadeia lateral hidrofóbica. 118 Unidade III De modo geral, os aminoácidos apolares possuem cadeias carbônicas com caráter de hidrocarboneto. COO– C+H3N H H Glicina COO– C+H3N H CH3 Alanina COO– C CH +H3N H H3C Valina CH3 COO– C CH CH3 +H3N H CH2 Isoleucina CH3 COO– C CH2 CH2 S CH3 +H3N H Metionina COO– C CH CH2 +H3N H Leucina H3C CH3 COO– C +H2N H2C H Prolina CH2 CH3 FenilalaninaCOO– C CH2 +H3N H Tripofano COO– C CH2 C = CH NH +H3N H Figura 122 – Aminoácidos apolares Observação Os hidrocarbonetos são compostos formados apenas por átomos de carbono e hidrogênio. 119 BIOQUÍMICA Nas proteínas encontradas em soluções aquosas, ou seja, num ambiente polar, os aminoácidos apolares encontram‑se no interior da proteína. Em ambientes apolares, esses aminoácidos são encontrados na superfície das proteínas. Essas interações hidrofóbicas ajudam no dobramento das proteínas. Os aminoácidos polares, em soluções neutras, são divididos em aminoácidos polares sem carga; aminoácidos polares com carga positiva, que são aminoácidos básicos; e aminoácidos com carga negativa, que são aminoácidos ácidos. A figura a seguir mostra os aminoácidos polares sem carga. Treonina COO– C HC CH3 +H3N H OH Cisteína COO– C CH2 SH +H3N H Serina COO– C CH2OH +H3N H COO– C CH2 CH2 C +H3N H H2N Glutamina O Tirosina COO– C CH2 OH +H3N H COO– C C +H3N H H2N Asparagina O CH2 Figura 123 – Aminoácidos polares sem carga Nesse grupo é importante destacar o aminoácido cisteína, que contém o grupo sulfidrila (– SH). Duas cisteínas podem unir‑se numa ligação chamada ponte dissulfeto (– S – S –0). S ———————————————— S | | H—Gly—Ile—Val—Glu—Gln—Cys—Cys—Ala—Ser—Val—Cys—Ser—Leu—Tyr—Gln—Leu—Glu—Asn—Tyr—Cys—Asn—OH | S | S | H—Phc—Val—Asn—Gln—His—Leu—Cys—Gly—Ser—His—Leu—Val—Glu—Ala—Leu—Tyr—Leu—Val—Cys—Gly—Glu—Arg | Gly | Phe | HO—Ala—Lys—Pro—Thr—Tyr—Phe | S | S | Figura 124 – Pontes dissulfeto 120 Unidade III A figura a seguir mostra os aminoácidos polares carregados positivamente, ou seja, os aminoácidos básicos. Lisina COO– C CH2 CH2 CH2 CH2 NH3 + +H3N H COO– C CH2 C HC +H3N H NH NH+ Histidina CH C NH2 + COO– C+H3N H Arginina CH2 CH2 CH2 NH NH2 Figura 125 – Aminoácidos polares com carga positiva (básicos) As cadeias laterais dos aminoácidos lisina e arginina, em pH fisiológico, estão completamente ionizadas. O aminoácido histidina é uma base fraca e em pH fisiológico não apresenta carga elétrica, porém, quando esse aminoácido faz parte de uma proteína, ele pode apresentar carga elétrica positiva ou neutra dependendo do ambiente iônico fornecido pelas cadeias polipeptídicas das proteína. A figura a seguir mostra os aminoácidos polares com carga negativa, ou seja, aminoácidos ácidos. Glutamato COO– C CH2 CH2 COO– +H3N H Aspartato COO– C CH2 COO– +H3N H Figura 126 – Aminoácidos polares com carga negativa (ácidos) Os aminoácidos ácido glutâmico e ácido aspártico têm suas cadeias laterais totalmente ionizadas em pH fisiológico. Esses aminoácidos são também denominados aspartato e glutamato, respectivamente. 121 BIOQUÍMICA Os aminoácidos também podem ser classificados de acordo com a necessidade na dieta. Os aminoácidos essenciais são aqueles de que nosso organismo necessita, mas não consegue sintetizar, ou não consegue sintetizar em quantidade e velocidade compatível com as nossas necessidades, sendo assim, eles precisam ser adquiridos através da dieta. Os aminoácidos não essenciais são aqueles que o nosso organismo consegue sintetizar e, portanto, não necessitamos ingerir. O quadro a seguir mostra os aminoácidos essenciais e os aminoácidos não essenciais. Quadro 6 – Aminoácidos essenciais e não essenciais Aminoácidos essenciais Aminoácidos não essenciais Fenilalanina Alanina Histidina Arginina Isoleucina Asparagina Lisina Aspartato Metionina Cisteína Treonina Glutamato Triptofano Glutamina Valina Glicina Prolina Serina Tirosina Fonte: Marzzoco; Torres (1999, p. 239). Quando os aminoácidos são degradados a parte nitrogenada é eliminada na forma de ureia, e a cadeia carbônica remanescente é encaminhada para o metabolismo energético. A cadeia carbônica pode ser encaminhada para o metabolismo de carboidratos, podendo produzir glicose ou glicogênio; neste caso, o aminoácido é chamado de glicogênico. A cadeia carbônica também pode ser transformada em Acetil‑CoA, sendo que esse pode ser utilizado pelo Ciclo de Krebs para formação de corpos cetônicos ou para a síntese de ácidos graxos ou colesterol. Nesse caso, o aminoácido é denominado cetogênico. Dentre os vinte aminoácidos, existem catorze exclusivamente glicogênicos, dois aminoácidos exclusivamente cetogênicos e quatro aminoácidos glicogênicos e cetogênicos. 122 Unidade III Quadro 7 – Destino dos aminoácidos Glicogênicos Cetogênicos Glicogênicos e Cetogênicos Alanina Leucina Isoleucina Arginina Lisina Fenilalanina Aspartato Tirosina Cisteína Triptofano Glutamato Glicina Histidina Metionina Prolina Serina Treonina Valina Asparagina Glutamina Fonte: Harvey; Ferrier (2012, p. 262). O nome dos aminoácidos pode ser abreviado por três letras ou representado por um símbolo de uma letra. Quadro 8 – Abreviaturas e símbolos dos aminoácidos Aminoácido Abreviatura Símbolo Cisteína Cys C Histidina His H Isoleucina Iso I Metionina Met M Serina Ser S Valina Val V Alanina Ala A Glicina Gly G Leucina Leu L Prolina Pro P Treonina Thr T Arginina Arg R Asparagina Asn N Aspartato Asp D Glutamato Glu E Glutamina Gln Q Fenilalanina Phe F 123 BIOQUÍMICA Tirosina Tyr Y Triptofano Trp W Lisina Lys K Observação O ácido aspártico e a asparagina podem ser representados por Asx ou pela letra B; e tanto o ácido glutâmico quanto glutamina podem ser representados por Glx ou pela letra Z. O X é atribuído a um aminoácido não identificado. Existem aminoácidos com sabor amargo, doce ou destituído de sabor (insípidos). Os aminoácidos são solúveis em água e pouco solúveis em solventes orgânicos. Outra característica dos aminoácidos é que eles são moléculas assimétricas. Para que um objeto seja simétrico ele deve possuir um plano de simetria, que divide o objeto em duas metades. Por exemplo, a caneca representada na figura a seguir é simétrica. Plano de simetria Figura 127 – Objeto simétrico Se colocarmos essa caneca na frente de um espelho, teremos uma imagem que pode se sobrepor ao objeto através de uma mudança do ângulo. 124 Unidade III Imagem escular da caneca Caneca Giro Caneca (objeto) Caneca (imagem) Figura 128 – Objetos simétricos possuem imagens especulares que podem ser sobreponíveis ao objeto Um objeto assimétrico não possui plano de simetria, e sua imagem especular não é sobreponível ao objeto. A mão é assimétrica, pois a imagem especular da mão direita é a mão esquerda, no entanto, não é possível sobrepor a mão direita à mão esquerda. 125 BIOQUÍMICA 1 2 3 Figura 129 – A mão é assimétrica e não é possível sobrepor a mão direita e a mão esquerda. 1) Mão direita 2) Imagem especular 3) Mão esquerda Para que uma molécula seja assimétrica deve existir pelo menos um carbono assimétrico ou quiral. Observação O termo quiral vem da palavra grega cheir, que significa mão, que é assimétrica. A condição para que um átomo de carbono seja quiral é que ele esteja ligado a quatro ligantes diferentes. O carbono a dos aminoácidos é um carbono quiral, com exceção da glicina, que possui dois átomos de hidrogênio ligados ao carbono a. 126 Unidade III A. COO– C+H3N H CH3 Alanina Carbono quiral Quatro ligantes diferentes B. COO– C+H3N H H Glicina Não possui carbono quiral Dois ligantes diferentes Figura 130 – A – Exemplo de um aminoácido com carbono quiral. B – Exceção. O aminoácido glicina não possui carbono quiral As moléculas que possuem carbono quiral apresentam dois isômeros opticamente ativos denominados D e L, os quais são imagens especulares não sobreponíveis. Espelho Figura 131 – As formas D e L são imagens especulares A nomenclatura L e D está relacionada com a configuração dos quatro ligantes do carbono assimétrico. Os L‑aminoácidos são os que apresentam o grupo amino à esquerda e os D‑aminoácidos são os que apresentam o grupo amino à direita. Esses isômeros podem desviar o plano de vibração da luz polarizada.Observação A luz polarizada é um conjunto de ondas eletromagnéticas que vibram ao longo de um único plano. Esse desvio pode ser determinado por um polarímetro. 127 BIOQUÍMICA Todos os aminoácidos presentes nas proteínas naturais são encontrados na forma L. Os D‑aminoácidos são encontrados em alguns antibióticos e em paredes celulares de plantas e bactérias. 7.2 Estrutura das proteínas Os aminoácidos podem formar polímeros através das ligações peptídicas. Nessa ligação o grupo carboxila de um aminoácido reage com o grupo amino do outro aminoácido. H H C CR + R1C C O O OH H H OHNH2 N dipeptídeo ou dipéptido H HC C R+H2O C C O O N OH NH2 R1H Ligação peptídica: (ligação amídica) Figura 132 – Formação de ligação peptídica entre dois aminoácidos Observação Quando um aminoácido se liga a outro formando um peptídeo ou proteína, o que restou do aminoácido é chamado de resíduo de aminoácido. +H3N C H H H H R1 Resíduo 1 Resíduo 2 Resíduo 3 Resíduo 4 R2H H HR3 R4 C O O O O N C C N C C N C C O– Figura 133 A figura a seguir mostra a formação da ligação peptídica entre os aminoácidos glicina e alanina. 128 Unidade III H2N C H H HH H Glicina (Gly) Alanina (Ala) Glicilalanina (Gly‑Ala) H CH3 CH3H H C O + + O OO O H H N C CCC CCO ONH HH2O H2N Figura 134 – Formação da ligação peptídica entre os aminoácidos glicina e alanina A união de dois aminoácidos é chamada dipeptídeo, a união de três aminoácidos é chamada tripeptídeo e assim por diante. H2N CH2 Glicilalanilfenilalanina (Gly – Ala – Phe) H HCH3 CH2 C O O O N CH C C O HN CH Figura 135 – Tripeptídeo. As ligações peptídicas estão destacadas Observação A glutationa é um tripeptídeo que tem a enzima g‑glutamil transpeptidase envolvida no seu metabolismo. Essa enzima é um biomarcador de algumas doenças hepáticas, como o carcinoma hepatocelular e a doença hepática alcoólica. Polímeros contendo até 30 aminoácidos são chamados de oligopeptídeos ou peptídeos. Os polímeros maiores que 50 aminoácidos são chamados de polipeptídeos. As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas. Quadro 9 – Características de composição de algumas proteínas Proteína Número de aminoácidos Número de cadeias polipeptídicas Insulina (bovina) 51 2 Lisozima (Clara de ovo) 129 1 Mioglobina (equina) 153 1 Hemoglobina (humana) 574 4 Aspartato transcarbamoilase (E.coli) 2700 12 RNA polimerase (E.coli) 4100 5 Apolipoproteína B (humana) 4536 1 Fonte: Marzzoco; Torres (1999, p. 172). 129 BIOQUÍMICA 7.2.1 Níveis de estrutura A estrutura das proteínas é dividida em níveis: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. Esses níveis de estrutura serão descritos a seguir. A estrutura primária corresponde à sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica, por exemplo, Arg – Leu – Ala – Arg – His – Gly. Cada sequência de aminoácidos representa uma única proteína. A sequência apresentada por uma proteína é codificada pelo DNA. Segundo o dogma central da biologia, o DNA é transformado em RNA mensageiro e este é transformado em proteína. As proteínas possuem composição bastante variada, porém, a maioria das proteínas possuem todos os 20 aminoácidos, sendo que a quantidade de cada aminoácido é variada. O quadro a seguir mostra a composição de aminoácidos presentes nas enzimas quimiotrispsinogênio (bovino), lisozima (clara de ovo) e citocromo c (humano). Quadro 10 – Composição em aminoácidos de 3 proteínas Número de aminoácidos por molécula de proteína Aminoácido Quimiotripsina (bovino) Lisozima (clara de ovo) Citocromo c (humano) Glicina 23 12 13 Alanina 22 12 6 Valina 23 6 3 Leucina 19 8 6 Isoleucina 10 6 8 Metionina 2 2 3 Prolina 9 2 4 Fenilalanina 6 3 3 Triptofano 8 6 1 Serina 28 10 2 Treonina 23 7 7 Asparagina 15 13 5 Glutamina 10 3 2 Tirosina 4 3 5 Cisteína 10 8 2 Lisina 14 6 18 Arginina 4 11 2 Histidina 2 1 3 Aspartato 8 8 3 Glutamato 5 2 8 Total 245 129 104 As proteínas possuem uma extremidade que apresenta um grupo amino livre, chamada de amino terminal, e uma extremidade que possui um grupo carboxila livre, chamada de carboxila terminal. Por convenção, a estrutura primária é escrita na direção amino terminal para carboxila terminal. 130 Unidade III H2N CH2 Glicilalanilfenilalanina (Gly – Ala – Phe) Amino terminal Carboxila terminal H HCH3 CH2 C O O O N CH C C O HN CH Figura 136 – Extremidades amino e carboxila terminal A estrutura secundária descreve as estruturas regulares bidimensionais formadas por cadeias polipeptídicas, sendo que as duas estruturas mais estáveis são: a‑hélice e folha b‑pregueada. A a‑hélice é o enrolamento da cadeia ao redor de um eixo devido a ligações de hidrogênio entre o hidrogênio do grupo – NH – e o oxigênio do grupo – C = O. Lembrete As ligações de hidrogênio ocorrem em moléculas que apresentam um átomo de hidrogênio ligado a um átomo muito eletronegativo como F, O e N. Figura 137 – Ligações de hidrogênio que formam a a‑hélice 131 BIOQUÍMICA As ligações de hidrogênio ocorrem entre um aminoácido e o quarto aminoácido subsequente. 3,6 aminoácidos Figura 138 – Estrutura secundária, a‑hélice A estrutura secundária em folha b‑pregueada envolve interação lateral de segmentos de uma cadeia polipeptídica ou de cadeias diferentes. Figura 139 – Estrutura secundária, folha b pregueada 132 Unidade III A estrutura terciária é a interação entre as cadeias laterais dos segmentos de estruturas secundárias ou também entre as cadeias laterais dos segmentos de estruturas não definidas. Essas interações podem ser: • Ligações de hidrogênio – interações hidrofóbicas, formadas pela interação de cadeias laterais hidrofóbicas dos aminoácidos apolares. • Ligações eletrostáticas ou iônicas – interações entre aminoácidos com cargas opostas e pontes dissulfeto, formadas entre resíduos de cisteína. A B C D CH2 CH3 H H H H H H N CH3 H3C H3CCH2 C C C C C C C C CO O O C H H H H HS S H H H H NH3 ácido glutâmico ácido glutâmico cadeia polipeptidica cisteína cisteína valina valina asparagina lisina O O Figura 140 – Estrutura terciária e os tipos de interações: A) Ligação iônica B) Ponte dissulfeto C) Interação hidrofóbica D) Ligação de hidrogênio A estrutura quaternária é determinada pela combinação de duas ou mais cadeia polipeptídicas. Essas cadeias polipeptídicas adquirem o nome de subunidades. Um exemplo de proteína que apresenta estrutura quaternária é hemoglobina. Figura 141 – Hemoglobina 133 BIOQUÍMICA 7.3 Classificação das proteínas As proteínas podem ser classificadas quanto à sua forma e quanto à sua composição. Quanto à forma, as proteínas são classificadas como fibrosas e globosas ou globulares. As proteínas que apresentam forma alongada são denominadas de proteínas fibrosas. Essas proteínas, que são geralmente insolúveis em água, desempenham papel estrutural nos sistemas biológicos. A a‑queratina, presente no cabelo e na pele, e o colágeno e a elastina, constituintes do tecido conjuntivo, são exemplos de proteínas fibrosas. As proteínas globosas apresentam forma esférica, o que favorece o seu transporte pela corrente sanguínea. A hemoglobina e a albumina são exemplos desse tipo de proteínas. Quanto à composição, as proteínas podem ser classificadas em simples e complexas ou conjugadas. As proteínas simples são aquelas formadas apenas por aminoácidos, e as proteínas complexas são aquelas que além da parte constituída por aminoácidos possuem uma parte não proteica, sendo que a última é chamada de grupo prostético. O grupo prostético pode ligar‑se à cadeia polipeptídica de maneira covalente ou não covalente. Seguem exemplos de proteínas complexas ou conjugadas: • Hemoglobina – é constituída por 4 cadeias polipeptídicas, e cada cadeia polipeptídica está associada a um grupamento heme. • Lipoproteínas – são constituídas por lipídeos e proteínas. • Glicoproteínas – são constituídas pela associação de proteínas a carboidratos, dentre outras.7.4 Desnaturação das proteínas Após a proteína ser sintetizada, devido ao estabelecimento de interações intermoleculares e com as moléculas do ambiente em que está inserida, a proteína dobra‑se formando as estruturas secundárias e terciárias. Caso a proteína seja constituída por mais de uma subunidade, ela também adquire a estrutura quaternária. 134 Unidade III a) Estrutura primária b) Estrutura secundária c) Estrutura terciária d) Estrutura quartenária ... – Lys – Gly – Va l – H is – ... Figura 142 – Dobramentos das proteínas A estrutura obtida por meio desses dobramentos é chamada de conformação nativa, a qual é de extrema importância para a função da proteína. A desnaturação das proteínas é o processo pelo qual as proteínas perdem a sua conformação nativa, o que resulta também na perda de função da proteína. Quando a proteína sofre um processo de desnaturação ela é chamada de proteína desnaturada. É importante ressaltar que na desnaturação as ligações rompidas são as intermoleculares, ou seja, ligações não covalentes; as ligações peptídicas permanecem intactas. Dessa maneira, a proteína desnaturada adquire uma forma distendida. Existem várias situações que podem provocar o processo de desnaturação. Algumas dessas situações estão listadas a seguir: • Calor – o aquecimento fornece energia para o rompimento das ligações não covalentes. A proteína presente no ovo, a albumina, com aquecimento sofre desnaturação irreversível e torna‑se insolúvel. A temperatura de desnaturação para diferentes proteínas é variável. Por exemplo, as bactérias que vivem em altas temperaturas possuem proteínas que são estáveis nessa condição, ou seja, elas conseguem manter sua conformação nativa em altas temperaturas; sendo assim, são necessárias maiores temperaturas para a desnaturação dessas proteínas. Já a proteína presente no ovo, a albumina, com aquecimento sofre desnaturação irreversível e torna‑se insolúvel. • Extremos de pH – alteram a ionização dos aminoácidos modificando as cargas e desestabilizando algumas interações. Por exemplo: no processo de produção de iogurte ocorre o crescimento de 135 BIOQUÍMICA bactérias no leite. As bactérias produzem ácido láctico, acarretando a desnaturação das proteínas presentes no leite, como a caseína. • Adição de solventes orgânicos – causa a exposição dos aminoácidos hidrofóbicos, que geralmente estão localizados no interior das proteínas. Por exemplo: a adição de ureia em uma solução contendo proteínas. • Processos mecânicos – por meio da agitação vigorosa das moléculas, as ligações não covalentes também podem ser quebradas. Por exemplo: quando se obtém a clara em neve com a utilização de uma batedeira. • Adição de detergentes – essas moléculas são anfipáticas, ou seja, apresentam uma parte polar e uma parte apolar. A parte apolar é longa e interage com os aminoácidos hidrofóbicos desfazendo as interações já existentes entres os resíduos de aminoácidos. Um detergente que é frequentemente utilizado é o dodecil sulfato de sódio (SDS). H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 Na+ Cadeia apolar Grupo aniônico CH2 O O O S O– . . . Figura 143 – Fórmula estrutural do dodecil sulfato de sódio e seu caráter anfipático • Adição de sal – desestabiliza as interações já existentes. Como o sal é composto por um cátion e um ânion, esses podem interagir com os aminoácidos carregados negativamente e os aminoácidos carregados positivamente, respectivamente. Essa interação causa o rompimento das interações eletrostáticas existentes entre aminoácidos carregados positivamente e negativamente. 7.5 Valor biológico das proteínas O valor biológico das proteínas é avaliado em relação à capacidade do alimento em suprir a necessidade dos aminoácidos essenciais. As proteínas de origem animal possuem alto valor biológico e as proteínas de origem vegetal possuem baixo valor biológico. As proteínas de origem vegetal são sempre deficientes em um ou mais aminoácidos essenciais, porém, a ingestão de diferentes alimentos de origem vegetal consegue suprir as necessidades de aminoácidos essenciais. Observação Não existe diferença em obter um determinado aminoácido de um alimento de origem vegetal ou de um alimento de origem animal. 136 Unidade III 7.6 Síntese de proteínas As proteínas são sintetizadas a partir de uma molécula de RNA mensageiro (mRNA) que é produzida através do DNA. O processo que gera uma molécula de RNA a partir de uma molécula de DNA é chamado de transcrição e o processo que gera um polipeptídeo a partir de uma molécula de RNA mensageiro é chamado de tradução. Além disso, uma fita de DNA pode formar duas fitas idênticas através do processo de replicação. DNA RNA DNA replicação transcrição tradução Proteína Figura 144 – Esquema da replicação, transcrição e tradução Para o estudo da síntese de proteínas é necessário conhecer a estrutura dos ácidos nucleicos (DNA e RNA). 7.6.1 Estrutura dos ácidos nucleicos Os ácidos nucleicos são polímeros formados por nucleotídeos. Os nucleotídeos são formados por um grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada. Nucleotídeo Nucleosídeo Pentose Fosfato Base nitrogenada Figura 145 – Representação esquemática de um nucleotídeo Observação A molécula formada pela união entre uma pentose e uma base nitrogenada é chamada de nucleosídeo. 137 BIOQUÍMICA Pirimidina Purina Pirimidina Pirimidina Fosfato Fosfato Fosfato Fosfato Açúcar Açúcar Açúcar Açúcar Figura 146 – Polímero formado por nucleotídeos As bases nitrogenadas são classificadas em purinas e pirimidinas. As bases purinas são a adenina (A) e a guanina (G), essas bases possuem dois anéis na sua estrutura; as bases pirimidinas são citosina (C), timina (T) e uracila (U), essas bases são formadas por apenas um anel. Purinas Pirimidinas H H H H Adenina H C C C C C N N N 123 4 5 6 78 9 N N H H H H N Guanina H C C C C C N N N 123 4 5 6 78 9 N O H H H H O Timina H C C C C C H N 123 4 5 6 N O H O Citosina H H H C C C C H N 123 4 5 6 N N O H Uracila O H H N C C N H C C Figura 147 – Bases nitrogenadas purina e pirimidinas As bases nitrogenadas encontradas na molécula de DNA são A, T, C e G e as bases nitrogenadas encontradas na molécula de RNA são A, U, C e G. Essa é uma diferença importante entre a molécula de DNA e RNA. 138 Unidade III Outra diferença existente entre a molécula de DNA e RNA é na pentose; a pentose presente no DNA é a desoxirribose, que possui um – H na posição 2`; e a pentose presente no RNA é a ribose, que possui um grupo – OH nessa mesma posição: A) OH H H OH OH OH P O Base ribose 2’ O OCH2 B) OH H H OH OH H P O Base desoxirribose 2’ O OCH2 Figura 148 – A) Ribose B) Desoxirribose O DNA é uma dupla fita e o RNA é uma simples fita. No DNA as duplas fitas estão mantidas por ligações de hidrogênio que ocorrem entre a adenina e a timina e entre a citosina e a guanina. Figura 149 – Dupla fita de DNA evidenciando as ligações de hidrogênio 139 BIOQUÍMICA O O O O O O O O OH C C C C O O O O O RNA C G A U G = guanina C = citosina A = adenina U = uracila O H Uracila O H H N C C N H C C Ribose H H OH H OH HO H C OHO C C CC H H Figura 150 – Simples fita da molécula de RNA A adenina e a timina estabelecem duas ligações de hidrogênio, e a citosina e a guanina estabelecem três ligações de hidrogênio. 7.6.2 Replicação do DNA O processo de replicação é aquele que produz uma nova molécula de DNA dupla fita a partir de uma molécula que é utilizada como molde. Esse processo é semiconservativo, pois a molécula produzida é formada por uma molécula nova e uma molécula antiga. 140 Unidade III Fitas antigas Fita antiga Fita antiga Figura 151 – Replicação do DNA Esse processo necessita de várias enzimas como a DNA polimerase III, que sintetiza a nova fita de DNA pareando A com T e C com G; e a helicase, que separa as fitas,dentre muitas outras. 7.6.3 Transcrição No processo de transcrição uma molécula de RNA é formada utilizando como molde uma das fitas da molécula de DNA. A enzima responsável pela síntese de RNA é a RNA polimerase. 141 BIOQUÍMICA DNA RNA RNA‑polimerase Figura 152 – Síntese de RNA Como na molécula de RNA não é encontrada a base nitrogenada timina, o pareamento é feito da seguinte maneira: Quadro 11 – Pareamento de bases no RNA Base nitrogenada presente no DNA Base nitrogenada colocada no RNA A U T A C G G C Tanto o processo de replicação quanto o processo de transcrição acontecem no núcleo das células eucarióticas. Após a transcrição, o RNA que é chamado de mensageiro passa pelos poros da membrana nuclear e, no citoplasma, é utilizado como molde para a síntese das proteínas, que é realizada pelos ribossomos. A síntese de proteínas é chamada de tradução. Figura 153 – Processos de replicação, transcrição e tradução 142 Unidade III Observação Em procariotos a transcrição e a tradução ocorrem simultaneamente. 7.6.4 Tradução O processo de tradução consiste na transformação da molécula de RNA mensageiro em um polipeptídeo. A organela que participa da síntese de proteínas é o ribossomo e para esse processo são necessárias moléculas de RNA mensageiro e de RNA transportadores que carregam os aminoácidos. 5º 3º Região de fixação do aminoácido Anticódon Figura 154 – Estrutura do RNA transportador Para que o RNA mensageiro seja transformado em proteína, ele é lido de três em três bases nitrogenadas, chamadas de códons. No RNA transportador existe uma sequência chamada anticódon a qual pareia com o códon do RNA mensageiro. Essa combinação faz com que o aminoácido correto seja adicionado no polipeptídeo. 143 BIOQUÍMICA Figura 155 – Pareamento entre o códon e o anticódon A relação entre os códons e os aminoácidos é conhecida como código genético, representado por meio da tabela do código genético. Segunda base U C A G Pr im ei ra b as e U UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U Te rc ei ra b as e UUC UCC UAC UGC C UUA Leu UCA UAA terminal UGA Terminal A UUG UCG UAG terminal UGG Trp G C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U CUC CCC CAC CGC C CUA CCA CAA GluN CGA A CUG CCG CAG CGG G A AUU Ileu ACU Thr AAU AspN AGU Ser U AUC ACC AAC AGC C AUA ACA AAA Lys AGA Arg A AUG Met ou inicial ACG AAG AGG G G GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U GUC GCC GAC GGC C GUA GCA GAA Glu GGA A GUG GCG GAG GGG G Figura 156 – Tabela do código genético 144 Unidade III Observação Observe na tabela do código genético que existe mais de um códon para um único aminoácido, por isso o código genético é dito degenerado. 7.6.5 Síntese de aminoácidos Dos 20 aminoácidos, 9 não podem ser sintetizados pelos seres humanos; dos 11 aminoácidos que podem ser sintetizados pelos seres humanos, 2 deles – a cisteína e a tirosina – são sintetizados a partir de aminoácidos essenciais, a metionina e a fenilalanina. Os aminoácidos que são sintetizados pelo nosso organismo e que não dependem de aminoácidos essenciais como precursores são sintetizados a partir de intermediários do metabolismo de carboidratos. O glutamato, a glutamina, a prolina e a arginina provêm de a‑cetoglutarato. A alanina é formada pela transaminação entre piruvato e glutamato. A serina, a glicina e a cisteína são formadas a partir de 3‑fosfoglicerato. A cisteína é derivada da serina e da metionina. O aspartato e a asparagina são derivadas do oxaloacetato e a tirosina é derivada de fenilalanina. A figura a seguir mostra um esquema da síntese dos aminoácidos não essenciais. 1 2 3 4 4 Glu Gln Gly Cys Arg Asp Ala Ser Tyr Asn Pro a‑Cetoglutarato Oxaloacetato Piruvato 3‑Fosfoglicerato Phe NH4 + Glu Cln C1 Glu Glu O2 Met (S) NH4 + Ornitina Ciclo da Uréia Figura 157 – Esquema da síntese dos aminoácidos não essenciais 145 BIOQUÍMICA Exemplo de aplicação Você já ouviu falar de fenilcetonúria? A fenilcetonúria é o defeito hereditário mais comum em relação ao metabolismo de aminoácidos. Faça uma pesquisa e descubra qual a causa dessa doença. 7.7 Degradação das proteínas As proteínas são degradadas e sintetizadas constantemente, porém, proteínas diferentes são degradadas em momentos diferentes, pois cada uma possui uma meia vida. Observação Meia vida é o tempo que leva para metade das moléculas serem degradadas. O quadro a seguir mostra a meia vida de algumas proteínas. Quadro 12 – Meia vida de algumas proteínas Proteína Meia vida Hemoglobina falciforme 12 minutos Ornitina descarboxilase 12 minutos HMG‑CoA redutase 3 horas Fosfoenolpiruvato carboxiquinase 5 horas Glicoquinase 1,25 dias Acetil‑CoA carboxilase 2 dias Alanina transamilase 2,5 dias Arginase 4 dias Aldolase 5 dias Citocromo b 5,4 dias Lactato desidrogenase 6 dias Citocromo c 6,3 dias Hemoglobina 120 dias Fonte: Marzzoco; Torres (1999, p. 216). Observação As proteínas defeituosas possuem, em geral, a meia vida curta. 146 Unidade III Como produto da degradação das proteínas são formados aminoácidos que podem ser utilizados para formar novas proteínas. Como as proteínas que são degradadas são diferentes das que são formadas em um dado momento, os aminoácidos que são obtidos pelo processo de degradação são diferentes dos aminoácidos necessários para sintetizar as proteínas novas. Sendo assim, sempre sobram aminoácidos que não foram utilizados, e, como estes não podem ser armazenados, eles são degradados, e seu nitrogênio, excretado. Os aminoácidos resultantes da degradação das proteínas, além de serem utilizados para formar novas proteínas, também são utilizados para sintetizar compostos nitrogenados não proteicos como as bases nitrogenadas (A, C, T, G e U), neurotransmissores (adrenalina e glucagon) e hormônios. Caso os aminoácidos não sejam utilizados para essas funções, eles serão degradados, sendo que a sua cadeia carbônica será utilizada para formar glicose ou Acetil‑CoA e o nitrogênio será eliminado como ureia. Proteínas Aminoácidos Proteólise Síntese de novas proteínas Síntese de compostos nitrogenados não proteicos Degradação Cadeia carbônica Ureia Figura 158 – Destino dos aminoácidos obtidos pela degradação das proteínas 7.7.1 Digestão e absorção das proteínas da dieta As proteínas da dieta são, primeiramente, desnaturadas no estômago, devido à elevada acidez. Posteriormente, essas proteínas desnaturadas são hidrolisadas por uma classe de enzimas denominadas peptidases ou proteases. Observação As peptidases possuem esse nome, pois quebram ligações peptídicas que unem os aminoácidos. Essas enzimas estão presentes no suco gástrico, entérico e pancreático. Algumas enzimas que participam do processo de digestão das proteínas são secretadas numa forma inativa denominada zimogênio. Posteriormente, elas são ativadas no local onde exercem suas funções. As peptidades são classificadas como endopeptidases, aquelas que quebram ligações peptídicas internas, e exopeptidases, aquelas que quebram ligações peptídicas a partir da extremidade. Como a 147 BIOQUÍMICA proteína possui a extremidade amino terminal e carboxila terminal, existem as carboxipeptidades, que quebram a ligação peptídica a partir da extremidade carboxila terminal, e as aminopeptidases, que quebram a partir da extremidade amino terminal. A protease que atua no estômago é a pepsina, a qual é secretada na forma de pepsinogênio e é ativada pelo pH baixo. No intestino delgado atuam as enzimas presentes no suco pancreático. O suco pancreático contém precursores inativos de várias serinoproteases, incluindo a tripsina, a quimiotripsina, a elastase e as carboxipeptidases. No intestino delgado são sintetizadas aminopeptidases e dipeptidases. Os aminoácidos livres e alguns dipeptídeos e tripeptídeos são captados pelas células da mucosa intestinal. No citosol das células da mucosa, os dipeptídeos e tripeptídeos são quebrados formando aminoácidos livres,os quais são transportados pelo sistema porta até o fígado. 7.7.2 Degradação e excreção de aminoácidos Na degradação dos aminoácidos o grupo amino é liberado na forma de ureia, e as 20 diferentes cadeias carbônicas formam compostos comuns ao metabolismo de carboidratos e lipídeos. Esses compostos são oxaloacetato, a‑cetoglutarato, piruvato, fumarato, succinil‑CoA, acetil‑CoA e acetoacetato. Piruvato 1 6 5 4 3 2 Acetil‑CoA Oxaloacetato Succinil‑CoA a‑Cetoglutarato Fumarato Ala Cys Gly Ser Thr Trp Ile Leu Lys Phe Thr Trp Tyr Arg His Gin Glu Pro Ile Met Thr Val Asp Phe Tyr Aspn Asp Figura 159 – Destino da cadeia carbônica O destino desses compostos pode ser a formação de energia pelo Ciclo de Krebs, a síntese de lipídeos ou de glicose. 148 Unidade III Dependendo do composto formado a partir da degradação do aminoácido, esse pode ser classificado como cetogênico, glicogênico ou glicocetogênico. Aqueles aminoácidos que formam piruvato ou intermediários do Ciclo de Krebs são denominados glicogênicos, pois esses intermediários são substratos da gliconeogênese. Os aminoácidos que formam acetoacetato ou um de seus precursores são denominados cetogênicos. As etapas da degradação de aminoácidos são: • Transaminação. • Desaminação oxidativa. • Ciclo da ureia. Agora iremos estudar mais detalhadamente cada uma dessas etapas: A transaminação consiste na transferência do grupo amino dos aminoácidos. Para a maioria dos aminoácidos (alanina, arginina, aspartato, asparagina, cisteína, fenilalanina, glutamina, isoleucina, leucina, tirosina, triptofano e valina) o grupo amino é transferido para o a‑cetoglutarato formando um a‑cetoácido e o glutamato. Alanina Arginina Aspartato Asparagina Cisteína Fenilalanina Glutamina Isoleucina Leucina Tirosina Tripofano Valina 12 aminoácidos Aminotransferases ou transaminases + a‑cetoglutarato a‑cetoácido + Glutamato Figura 160 – Reação de transaminação da maioria dos aminoácidos Lembrete O glutamato é um aminoácido. As reações de transaminação são catalisadas por uma classe de enzimas denominadas aminotransferases ou transaminases e essas enzimas possuem como coenzima o piridoxal‑fosfato, o qual é derivado da vitamina B6. Observe o esquema geral da reação de transaminação: 149 BIOQUÍMICA Aminoácido Piridoxal‑fosfato Glutamato a‑cetoglutarato Piridoxamina‑fosfato a‑cetoácido H + N HO H3C COOH CH2 O P NH3 + COO–R C H NH3 + COO–CH2CH2OOC C H O COO–CH2CH2OOC C H O COO–R C H + N HO H3C CH2 – NH3 + CH2 O P Figura 161 – Esquema geral da reação de transaminação Observe que inicialmente o grupo amino dos aminoácidos é transferido para a coenzima piridoxal fosfato. Nesse processo, o aminoácido que teve seu grupo amino retirado se transforma em a‑cetoácido. O próximo passo é a transferência do grupo amino, presente no piridoxal fostato, para o a‑cetoglutarato, que é transformado em glutamato. O piridoxal fosfato que transferiu seu grupo amino foi transformado em piridoxamina fosfato. O nome das aminotransferases é derivado do aminoácido doador do grupo amino. Por exemplo, a aminotransferase que catalisa a transferência do grupo amino da alanina é chamada de alanina aminotransferase. Observe a reação catalisada pela alanina aminotransferase: alanina + a‑cetoglutarato ⇔ piruvato + glutamato O glutamato formado pelas reações de transaminação pode sofrer uma nova reação de transaminação transferindo o seu grupo amino para o oxaloacetato e formando o aspartato, que é considerado o segundo reservatório de grupos amino. Essa reação é catalisada pela enzima aspartato aminotransferase. 150 Unidade III + + Glutamato COO– C CH2 CH2 COO– H3N + H a‑cetogutarato COO– C CH2 CH2 COO– O Oxaloacetato COO– C CH2 COO– O Aspartato COO– C CH2 COO– H3N + H Aspartato aminotransferase Figura 162 – Transaminação do glutamato O aspartato é considerado o segundo reservatório do grupo amino. O glutamato também pode passar pelo processo de desaminação oxidativa, que forma amônia (NH4 +). Essa reação é catalisada pela glutamato desidrogenase, uma enzima presente na matriz mitocondrial principalmente das células hepáticas. A glutamato desidrogenase pode utilizar como coenzima NAD+ ou NADP+. + + Glutamato COO– C CH2 CH2 COO– H3N + H a‑cetogutarato COO– C CH2 CH2 COO– ONAD(P)+ +H2O NAD(P)H + H + + NH4 + Glutamato desidrogenase Figura 163 – Desaminação oxidativa do glutamato Os aminoácidos glicina, histidina, lisina, metionina, prolina, serina e treonina não são desaminados por reações de transaminação. No entanto, apesar de as reações serem diferentes, os compostos formados são aspartato e amônia. A amônia é um composto tóxico e é transformada em ureia para ser eliminada. A síntese da ureia acontece por meio do ciclo da ureia, que ocorre no fígado. Portanto, a amônia produzida nos tecidos precisa ser transportada para o fígado, porém, como ela é tóxica precisa ser incorporada a outros compostos para que aconteça esse transporte. A alanina é utilizada para transportar a amônia produzida no músculo e a glutamina é utilizada para transportar a amônia produzida na maioria dos tecidos. A glutamina e a alanina são compostos não tóxicos e que atravessam membrana plasmática facilmente e, por isso, podem ser utilizados como transportadores de amônia para o fígado. 151 BIOQUÍMICA Primeiro será descrito o transporte de amônia através da glutamina. A glutamina é formada através da reação de glutamato com amônia à custa de ATP. Essa reação é catalisada pela glutamina sintetase. + Glutamato COO– C CH2 CH2 COO– H3N + H NH4 + + ATP Glutamina sintetase + ADP + Pi + H+ COO– C CH2 CH2 C H3N + H NH2 Glutamina O Figura 164 – Transformação de glutamato em glutamina Quando a glutamina chega ao fígado ocorre a reação inversa, ou seja, a glutamina é transformada em glutamato e ocorre a liberação de NH4 +. Essa reação é catalisada pela glutaminase. Glutaminase Glutamato COO– C CH2 CH2 COO– H3N + H + NH4 + Glutamina + H2O COO– C CH2 CH2 C H3N + H NH2 O Figura 165 – Transformação de glutamina em glutamato Agora a amônia presente no fígado pode ser utilizada como substrato para a síntese da ureia. Observação A enzima glutaminase também está presente nos rins e permite a eliminação de amônia. Veremos como se processa o transporte de amônia, produzida pela degradação das proteínas musculares, através da alanina. 152 Unidade III No músculo, o grupo amino dos aminoácidos é transferido para o piruvato originando alanina. Quando a alanina chega ao fígado, ela é convertida em glutamato que pode ser convertido em aspartato ou amônia. As reações ocorridas no músculo e no fígado estão representadas a seguir: • No músculo: glutamato + piruvato ⇔ a‑cetoglutarato + alanina • No fígado: alanina + a‑cetoglutarato ⇔ piruvato + glutamato Observação O piruvato formado no fígado é utilizado na gliconeogênese. Os compostos formados nos processos de transaminação e desaminação oxidativa, aspartato e amônia, darão origem à ureia por meio do ciclo da ureia. Antes de estudarmos o ciclo da ureia é importante conhecer a sua estrutura. Observe a figura a seguir. O CH2N NH2 Figura 166 – Estrutura da ureia Um dos átomos de nitrogênio da ureia é obtido da amônia e o outro do aspartato. O átomo de carbono é obtido do íon bicarbonato. A síntese da ureia ocorre nas células hepáticas na matriz mitocondrial. O ciclo da ureia ocorre parte na matriz mitocondrial e parte no citosol. A seguir, serão descritas as reações do ciclo da ureia: • reação entre a amônia e o íon bicarbonato com gasto de duas moléculas de ATP e formação de carbamoilfosfato; • condensação do carbamoilfosfato com a ornitina e formação da citrulina; • transporte da citrulina para o citosol; • reação da citrulina com o aspartato e formação de argininosuccinato; 153 BIOQUÍMICA • decomposição da argininosuccinato em fumarato e arginina;• hidrólise da arginina com regeneração de ornitina e formação de ureia. A figura a seguir mostra o ciclo da ureia e as enzimas que catalisam as reações desse ciclo. Ciclo da ureia Matriz mitocondrial Enzimas 1. Carbamoilfosfato sintetase 2. Ornitina transcarcarbamoilase 3. Argininosuccinato sintetase 4. Argininosuccinato liase 5. Arginase NH4 + + HCO3 – 2 ATP 2 ADP + Pi + 2 H+ Ureia Carbamoilfosfato H2O ATP 2 3 4 5 AMP + PPi Aspartato Fumarato 1 Ornitina Citrulina Arginina Argininossuccinato Figura 167 – Ciclo da ureia Como a amônia é tóxica, é extremamente importante a manutenção da baixa concentração dessa substância no organismo. Algumas situações podem aumentar a concentração de amônia, por exemplo, doenças hepáticas ou deficiências no ciclo da ureia. A elevação dos níveis de amônia é chamada de hiperamonemia. Quando a hiperamonemia é causada por doenças hepáticas é chamada de hiperamonemia adquirida e quando essa elevação está relacionada a alguma deficiência no ciclo da ureia é chamada de hiperamonemia hereditária. As altas concentrações de amônia afetam principalmente o cérebro podendo ocasionar o coma. Lembrete As enzimas que participam das vias metabólicas são sintetizadas a partir do material genético, sendo assim, o acúmulo de amônia pode estar associado com a deficiência na produção de alguma enzima que faz parte do ciclo da ureia. 154 Unidade III Saiba mais A deficiência mais comum do ciclo da ureia é a deficiência da enzima ornitina transcarbamilase. Leia o texto a seguir e aprenda mais sobre o assunto: ULHÔA, C. A. G.; BARRETT, C. T. Deficiência de ornitina transcarbamilase: diagnóstico neonatal. Jornal de Pediatria, v. 75, n. 2, 1999. Disponível em: <http:// www.jped.com.br/conteudo/99‑75‑02‑131/port.pdf>. Acesso em: 14 ago. 2015. 7.7.3 Balanço de nitrogênio O balanço de nitrogênio é a diferença entre o nitrogênio ingerido e o nitrogênio excretado. Portanto, o balanço de nitrogênio pode ser representado pela seguinte fórmula: Balanço de nitrogênio = N ingerido – N excretado Em adultos normais, o balanço de nitrogênio deve ser igual a zero. Caso a ingestão de proteínas seja aumentada a sua eliminação também aumentará. Observação Não há reservas de aminoácidos livres. Em algumas situações o balanço de nitrogênio torna‑se positivo, ou seja, a ingestão é maior que a excreção. Essas situações acontecem nos casos em que a síntese proteica é intensa, por exemplo, nas crianças em fase de crescimento, na gravidez, na fase de recuperação após uma cirurgia etc. O balanço nitrogenado também pode tornar‑se negativo, ou seja, quando a quantidade de nitrogênio excretada for maior que a quantidade ingerida. O balanço de nitrogênio negativo pode ser encontrado nas doenças degenerativas, em queimaduras, no jejum prolongado etc. 8 ENZIMAS A maioria das enzimas são proteínas, ou seja, moléculas formadas por aminoácidos. Uma pequena parte das enzimas é formada por moléculas de RNA. Essas moléculas de RNA classificadas como enzimas são chamadas de ribozimas. As enzimas funcionam como catalisadores biológicos, ou seja, aceleram a velocidade das reações químicas. Sendo assim, as enzimas são de extrema importância para o metabolismo, já que o metabolismo é o conjunto de reações químicas que ocorrem dentro das células. 155 BIOQUÍMICA As enzimas permitem que as reações químicas aconteçam de maneira compatível com as nossas necessidades. Por exemplo, o nosso organismo precisa de um suprimento constante de energia, ou seja, de ATP. Essa molécula é obtida por meio de reações químicas que são aceleradas por enzimas. Na ausência das enzimas, a geração de energia não ocorreria, ou ocorreria de maneira tão lenta que não atenderia as nossas necessidades. As enzimas podem atuar tanto juntando moléculas quanto quebrando moléculas. Uma reação catalisada por uma enzima pode ser representada pela seguinte reação: E + S ⇔ ES ⇒ E + P, onde E representa a enzima, S representa o reagente, que em enzimologia é chamado de substrato, ES representa o complexo enzima‑substrato e P representa o produto. Observe na figura a seguir, um esquema de uma reação enzimática. S + E ES P + E↔ ↔ Figura 168 – Reação catalisada por uma enzima Observação A enzima não é consumida durante a reação química, pois apesar de ocorrer uma modificação na sua estrutura no momento da catálise, ao final da reação a sua estrutura volta ao normal. A reação entre a enzima e o substrato ocorre em duas etapas. Na primeira etapa, o substrato liga‑se à enzima formando um complexo enzima‑substrato e, posteriormente, o complexo enzima‑substrato forma o produto e libera a enzima, que pode ser utilizada em outras reações. Como a enzima volta à sua forma original após a formação do produto e pode ser utilizada para se ligar em outros substratos, ela sempre está em pequenas concentrações em relação ao substrato. 8.1 Interação enzima‑substrato Apenas uma região pequena da enzima é utilizada para a ligação da enzima com o substrato. Essa região é chamada de sítio ativo ou centro ativo. 156 Unidade III Enzima Substrato Sítio ativo Figura 169 – Interação enzima‑substrato O sítio ativo constitui uma cavidade em que o substrato se aloja no momento da reação química. Como as enzimas são, na sua maior parte, proteínas, a cavidade é constituída pelas cadeias laterais dos aminoácidos, que podem estar envolvidas na ligação da enzima com o substrato ou podem participar diretamente da catálise. A forma do sítio ativo contribui bastante para a especificidade da enzima, pois o substrato só pode se alojar no sítio ativo se tiver uma forma parecida com o sítio ativo e se for capaz de formar ligações com as cadeias laterais presentes no sítio ativo. A) B) C) substrato Não ocorre reação Não ocorre reação substrato substrato enzima enzima enzima + + + + Figura 170 – Especificidade enzima‑substrato: A) o substrato aloja‑se perfeitamente no sítio ativo da enzima, possibilitando que a reação química aconteça B) e C) – as estruturas dos substratos não são compatíveis com o centro ativo da enzima, assim, as reações não ocorrem 157 BIOQUÍMICA Muitos livros consideram a interação enzima‑substrato como o modelo chave e fechadura, porém esse modelo explica apenas o alojamento do substrato no sítio ativo da enzima. Análises por difração de raio X mostraram que quando o substrato se liga à enzima, ela sofre uma mudança de conformação. Essa mudança de conformação acontece devido às interações que ocorrem entre a enzima e o substrato. O substrato também tem sua conformação alterada. Substrato A) B) Figura 171 – Mudanças de conformação A) Conformação antes da ligação do substrato B) Conformação após a ligação do substrato Essas mudanças de conformação aproximam a enzima do substrato e promovem uma conformação próxima à conformação do estado de transição, porém, com uma necessidade energética menor, com isso aumenta a velocidade das reações, já que as condições necessárias para que a reação ocorra são: o choque das moléculas com uma orientação adequada e uma energia adequada. Dessa maneira, as enzimas criam um novo caminho para atingir o estado de transição. Esse novo caminho requer menos energia e, por isso, diminui a energia de ativação. 8.2 Coenzimas Muitas enzimas necessitam de molécula auxiliares para exercerem a sua função. Essas moléculas são chamadas de cofatores. Os cofatores podem ser íons metálicos ou moléculas orgânicas. Nesse último caso, essas moléculas são chamadas de coenzimas. Os íons metálicos podem ligar‑se aos aminoácidos ou podem ligar‑se a grupos prostéticos presentes nas proteínas, por exemplo, o heme, presente na hemoglobina. As coenzimas atuam como transportadores de átomos ou grupos funcionais, sendo que também podem participar como aceptores ou doadores desses átomos ou grupo funcionais. 158 Unidade III Quadro 13 – Grupos transportados por coenzimas Coenzima Grupo transportado Adenosina trifosfato (ATP)Fosfato Tiamina pirofosfato (TPP) Aldeído Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) Hidrogênio Coenzima A Acila Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) Hidreto Piridoxal fosfato Amino Biotina CO2 Tetraidrofolato Carbono Metilcobalamina Metil Adaptado de: Marzzoco; Torres (1999, p. 87). Como exemplo, temos o processo de transaminação. Nesse processo ocorre a transferência de um grupo amino de um aminoácido. A coenzima envolvida nesse processo é a piridoxal fostato, que recebe o grupo amino e, posteriormente, doa esse grupo. Aminoácido Piridoxal‑fosfato Glutamato a‑cetoglutarato Piridoxamina‑fosfato a‑cetoácido H + N HO H3C COOH CH2 O P NH3 + COO–R C H NH3 + COO–CH2CH2OOC C H O COO–CH2CH2OOC C H O COO–R C H + N HO H3C CH2 – NH3 + CH2 O P Figura 172 – Atuação da coenzima piridoxal‑fosfato 159 BIOQUÍMICA No momento da catálise, o substrato e a coenzima encontram‑se no sítio ativo da enzima. O substrato transfere um grupo para a coenzima ou vice‑versa. Sendo assim, a coenzima sofre modificações durante a catálise e precisa estar em quantidades estequiométricas em relação ao substrato. As coenzimas são recicladas após a sua utilização e, por isso, são necessárias em pequenas quantidades nas células. Essas reações de reciclagem das coenzimas ocorrem por reações diferentes daquelas que causaram a modificação inicial das coenzimas. A estrutura das coenzimas é bastante variada. Algumas coenzimas são sintetizadas integralmente pelo nosso próprio organismo como o ATP e o GTP, outras coenzimas têm as vitaminas como precursores e, portanto, a alimentação tem um papel fundamental para a síntese das coenzimas. Quadro 14 – Coenzimas e seus precursores Coenzima Vitamina Tiamina pirofosfato (TPP) Tiamina (B1) Flavina adenina dinucleotídeo Riboflavina (B2) Coenzima A Ácido pantotênico (B3) Nicotinamida adenina dinucleotideo (NAD+) Nicotinamida (B5) Piridoxal fosfato Piridoxina (B6) Biotina Biotina (B7) Tetraidrofolato Ácido fólico (B9) Metilcobalamina Cobalamina (B12) Adaptado de: Marzzoco; Torres (1999, p. 87). Ao contrário de carboidratos, lipídeos e proteínas, que precisam ser ingeridas em grandes quantidades, as vitaminas precisam ser ingeridas em pequenas quantidades, já que as quantidades de coenzimas necessárias são pequenas. A enzima quando está associada ao seu cofator é chamada de holoenzima. O cofator pode estar ligado covalentemente à enzima, sendo chamado de grupo prostético, ou pode estar livre e se associar somente no momento da catálise. A coenzima FAD aparece como grupo prostético das enzimas e a coenzima NAD+ geralmente associa‑se à enzima no momento da catálise. 8.3 Atuação das enzimas na velocidade das reações Para que uma reação química ocorra: 1) as moléculas devem colidir com uma orientação apropriada, 2) com uma quantidade mínima de energia, chamada de energia de ativação. Essa energia de ativação é necessária para atingir o estado de ativação ou também chamado de estado de transição. 160 Unidade III Choque mal orientado: inútil Choque bem orientado: útil Figura 173 – Choques entre as moléculas reagentes reagentes A A A AA A + B B B B B B + + produtos produtos complexo ativado complexo ativado Figura 174 – Representação do complexo ativado Para aumentarmos a velocidade de uma reação química podemos: 1) aumentar a quantidade de reagentes e assim favorecer a colisão entre as moléculas; 2) aumentar a temperatura, aumentando assim a quantidade de moléculas com energia mínima para que ocorra a reação. O aumento de temperatura também aumenta o número de colisões entre as moléculas, já que aumenta a agitação das moléculas; 3) diminuir a energia de ativação por meio de catalisadores. T1 T2 Número de moléculas Energia Figura 175 – Diferença de energia das moléculas em temperaturas diferentes T2 > T1 161 BIOQUÍMICA Energia Estado de transição Reagentes Ea sem catalisador Ea com catalisador Produtos Caminho da reação Figura 176 – Diminuição da energia de ativação com a utilização de um catalisador A catálise enzimática facilita a chegada ao estado de transição e assim diminui a energia necessária para atingir o estado de transição. 8.4 Cinética das reações enzimáticas A velocidade de uma reação é diretamente proporcional à concentração do reagente, portanto, conforme o reagente é transformado em produto, a velocidade da reação vai diminuindo. A influência da concentração de substrato em uma reação com a concentração de enzima constante pode ser avaliada no gráfico a seguir: V0 Vmáx Vmáx 2 KM [S] C B A Figura 177 – Variação da velocidade em função da concentração de substrato 162 Unidade III Para a medida da velocidade é adotada a medida de velocidade inicial (v0). Essa medida é feita no tempo inicial (t0), no qual a variação da concentração de substrato é praticamente 0. Nos pontos A e B, representados no gráfico, a velocidade aumenta de maneira proporcional ao aumento da concentração de substrato. A velocidade da reação aumenta enquanto houver enzimas livres. Nessa situação, as enzimas podem ligar‑se a mais substratos, aumentando assim a quantidade de produto formado e aumentando a velocidade de formação do produto. Quando todas as enzimas estiverem ocupadas por substratos, a velocidade tornar‑se‑á constante e igual à velocidade máxima. O ponto C representado no gráfico anterior mostra essa situação. No ponto em que a velocidade é metade da máxima, a concentração de substrato é chamada de constate de Michaelis‑Menten (KM). Essa constante mostra a afinidade que a enzima tem pelo substrato. Se o valor de KM for pequeno, representa que são necessárias pequenas concentrações de substrato para que metade da velocidade máxima seja atingida, indicando que a afinidade da enzima é grande; ao passo que, se o KM for grande, significa que altas concentrações são necessárias para atingir metade da velocidade máxima, indicando pequena afinidade entre a enzima e o substrato. A velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração da enzima. V0 [E] Figura 178 – Velocidade da reação em função da concentração de enzima 8.5 Fatores que interferem na velocidade da reação Como a forma do sítio ativo depende da estrutura tridimensional adquirida pela proteína, as condições que afetam a estrutura tridimensional da proteína, consequentemente, afetam a atividade enzimática, por exemplo, o pH e a temperatura. Para cada enzima existe um pH ótimo para a sua atuação; em quantidades afastadas desse valor a atividade enzimática diminui. 163 BIOQUÍMICA Lembrete No sítio ativo das enzimas estão as cadeias laterais dos aminoácidos que participam do processo de catálise e que podem ter sua carga alterada devido a diferentes valores de pH. A temperatura é outro fator importante que afeta a atividade enzimática. De maneira geral, o aumento de temperatura aumenta a velocidade das reações, já que aumenta a agitação das moléculas, porém, a partir do momento em que a temperatura atinge a temperatura de desnaturação da proteína a velocidade da reação começa a ser afetada de maneira negativa, ou seja, a velocidade da reação diminui. Como visto anteriormente, a concentração do substrato também afeta a velocidade de reação. Quanto maior a quantidade de substrato maior será a velocidade da reação. 8.6 Inibidores enzimáticos Existem moléculas endógenas ou exógenas que podem inibir as reações enzimáticas. Esses processos de inibição são tão importantes para o controle das vias metabólicas a partir de substâncias sintetizadas naturalmente quanto são importantes para a farmacologia. Existe uma classe de medicamentos chamados estatinas. As estatinas inibem a enzima HMG‑CoA redutase, que participa do início da síntese de colesterol; sendo assim, a administração das estatinas reduz os níveis de colesterol e diminui o risco de doenças cardiovasculares. Os inibidores enzimáticos podem ser classificados como inibidores reversíveis ou irreversíveis, dependendo da estabilidadeda ligação do inibidor com a enzima. Se a ligação entre inibidor e enzima for forte, o inibidor é irreversível, e se a ligação for fraca, o inibidor é chamado de reversível. Os inibidores irreversíveis são aqueles que reagem quimicamente com a enzima, já os inibidores reversíveis podem ser classificados em competitivos e não competitivos. Os inibidores reversíveis competitivos são aqueles que competem pelo sítio ativo da enzima, ou seja, ele ocupa o lugar do substrato; sendo assim, diminui a interação enzima‑substrato, diminuindo a velocidade da reação. É importante observar que para que o inibidor consiga alojar‑se no sítio ativo da enzima, ele deve ter uma semelhança estrutural com o substrato. Em altas quantidades de substrato, o inibidor reversível competitivo “perde a competição” e quem se liga é o substrato, portanto, em altas concentrações de substrato, mesmo que na presença no inibidor, a reação acontece como se não houvesse o inibidor. Os inibidores reversíveis não competitivos são aqueles que não possuem semelhança estrutural com o substrato e que não conseguem se ligar ao sítio ativo. O inibidor reversível não competitivo se liga em outra região da enzima, sendo assim, não compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. Nesse caso, para qualquer concentração de substrato, a reação acontece com uma velocidade menor. 164 Unidade III 8.7 Enzimologia clínica Um grande número de enzimas é liberado na corrente sanguínea devido ao processo de renovação celular. A quantidade dessas enzimas no plasma é praticamente constante, porém o aumento dessas enzimas pode indicar lesão tecidual. Muitas enzimas são sintetizadas pelo fígado e algumas são de interesse clínico. Os testes para a integridade e a função hepática são úteis para detecção de anormalidades da função hepática, para o diagnóstico de doenças, para a avaliação da gravidade das doenças e para o monitoramento de tratamentos. Os testes bioquímicos das condições hepáticas baseiam‑se na medida de substâncias liberadas devido ao dano celular, como exemplo, temos as enzimas transaminases alanina aminotransferase (ALT/TGP) e aspartato aminotransferase (AST/TGO). A avaliação da atividade enzimática no plasma funciona como um indicador de lesão tecidual e permite também acompanhar a evolução do tratamento aplicado. As transaminases ALT e AST participam do processo de degradação de proteínas. A transaminase ALT está localizada no citoplasma das células e o aumento da sua quantidade no plasma está relacionado com um grau brando de lesão tecidual hepática. A transaminase AST está presente no citoplasma e na mitocôndria e o aumento da sua quantidade no plasma está relacionado com uma lesão tecidual hepática grave. Resumo As proteínas são polímeros formados por monômeros chamados de aminoácidos. Vinte aminoácidos são encontrados como constituintes das proteínas em mamíferos. As proteínas são componentes estruturais, atuam como enzimas no transporte de moléculas e na defesa do organismo, como hormônios no controle da expressão gênica, na contração muscular e na coagulação sanguínea. Os aminoácidos são compostos de função mista, apresentam a função orgânica amina e a função orgânica ácido carboxílico. Os aminoácidos encontrados em proteínas naturais são a‑aminoácidos, ou seja, são aqueles que apresentam o grupo amino ligado ao carbono a, o qual é vizinho ao grupo carboxila. A estrutura básica dos aminoácidos, encontrados em proteínas naturais, apresenta ligado ao carbono a, o grupo amino, o grupo carboxila, a cadeia lateral (também chamada de grupo R) e um átomo de hidrogênio. Os aminoácidos podem ser classificados em relação à polaridade da cadeia lateral como polares e apolares. Os aminoácidos polares podem ser classificados em aminoácidos sem carga, aminoácidos com carga positiva (básicos) e aminoácidos com carga negativa (ácidos). Os aminoácidos 165 BIOQUÍMICA também podem ser classificados em essenciais, aqueles que devem ser obtidos através da dieta, e em aminoácidos não essenciais, que o nosso organismo consegue sintetizar. Os aminoácidos podem formar polímeros por meio das ligações peptídicas. Nessa ligação o grupo carboxila de um aminoácido reage com o grupo amino do outro aminoácido. A estrutura das proteínas é dividida em níveis de estruturas, sendo eles: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. A estrutura primária corresponde à sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. A estrutura secundária descreve as estruturas regulares tridimensionais formadas por cadeias polipeptídicas, sendo que as duas estruturas mais estáveis são: a‑hélice e folha b‑pregueada. A estrutura terciária é a interação entre as cadeias laterais dos segmentos de estruturas secundárias ou também entre as cadeias laterais dos segmentos de estruturas não definidas. A estrutura quaternária é determinada pela combinação de duas ou mais cadeias polipeptídicas. Essas cadeias polipeptídicas adquirem o nome de subunidades. As proteínas podem ser classificadas como fibrosas e globosas ou globulares. As proteínas fibrosas possuem a forma alongada, são geralmente insolúveis em água e desempenham papel estrutural nos sistemas biológicos. As proteínas globosas apresentam forma esférica. Quanto à composição, as proteínas podem ser classificadas em simples e complexas ou conjugadas. As proteínas simples são aquelas formadas apenas por aminoácidos e as proteínas complexas são aquelas que além da parte constituída por aminoácidos possuem uma parte não proteica, chamada de grupo prostético. As proteínas possuem uma conformação denominada nativa, que é de extrema importância para a sua função. A desnaturação das proteínas é o processo pelo qual as proteínas perdem a sua conformação nativa, o que resulta também na perda de função. Existem várias situações que podem provocar o processo de desnaturação dentre elas estão: o calor, extremos de pH, adição de solventes orgânicos, processos mecânico, adição de detergentes e adição de sal. As proteínas são sintetizadas a partir de uma molécula de RNA mensageiro, que é produzida por meio do DNA. O DNA e o RNA são ácidos nucleicos. Os ácidos nucleicos são polímeros formados por nucleotídeos que, por sua vez, são formados por um grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada. 166 Unidade III As proteínas ingeridas são primeiramente desnaturadas no estômago e depois são digeridas por enzimas presentes no suco gástrico, entérico e pancreático. Como resultado da digestão são gerados aminoácidos. Na degradação dos aminoácidos o grupo amino é liberado na forma de ureia e as 20 cadeias carbônicas formam compostos comuns ao metabolismo de carboidratos e lipídeos. As etapas de degradação dos aminoácidos são: transaminação, desaminação oxidativa e ciclo da ureia. No processo de transaminação, o grupo amino da maioria dos aminoácidos é transferido para o glutamato. O glutamato, por sua vez, pode sofrer um novo processo de transaminação formando aspartato ou pode sofrer desaminação oxidativa formando amônia. A amônia e o aspartato participam do ciclo da ureia. O balanço de nitrogênio é a diferença entre o nitrogênio ingerido e o nitrogênio excretado. A maioria das enzimas são proteínas, ou seja, moléculas formadas por aminoácidos. Uma pequena parte das enzimas são formadas por moléculas de RNA e são chamadas de ribozimas. As enzimas funcionam como catalisadores biológicos, ou seja, aceleram a velocidade das reações químicas, pois diminuem a energia de ativação que é a energia necessária para que a reação aconteça. Apenas uma região pequena da enzima é utilizada para a ligação da enzima com o substrato. Essa região é chamada de sítio ativo, o qual constitui uma cavidade em que o substrato se aloja no momento da reação química. A forma do sítio ativo contribui bastante para a especificidade da enzima, pois o substrato só pode se alojar no sítio ativo se tiver uma estrutura parecida com o sítio ativo e se for capazde formar ligações com as cadeias laterais presentes no sítio ativo. Muitas enzimas necessitam de moléculas auxiliares para exercerem a sua função; essas moléculas são chamadas de cofatores. Os cofatores pode ser íons metálicos ou moléculas orgânicas, e nesse último caso essas moléculas são chamadas de coenzimas. As coenzimas atuam como transportadores de átomos ou grupos funcionais, sendo que podem participar como aceptores ou doadores desses átomos ou grupos funcionais. A velocidade das reações catalisadas por enzimas podem ser afetadas por fatores que causem desnaturação das enzimas. Existem moléculas endógenas ou exógenas que podem inibir as reações enzimáticas. Os inibidores podem ser classificados em inibidores reversíveis ou irreversíveis. Os inibidores reversíveis podem ser competitivos ou não competitivos. 167 BIOQUÍMICA Exercícios QUESTÃO 1. (Cespe 2013, adapatada) As proteínas são componentes orgânicos fundamentais encontrados em todos os seres vivos, tanto que, inicialmente, acreditava‑se que eram as moléculas responsáveis pela hereditariedade. No que se refere às proteínas, assinale a opção correta. A) Uma proteína pode ser formada a partir de diversos genes. B) As enzimas são proteínas que formam a matéria‑prima constitutiva da célula. C) Proteínas produzidas por um mesmo gene terão sempre a mesma sequência de aminoácidos. D) Os organismos são autossuficientes na síntese dos aminoácidos necessários para a síntese proteica. E) Proteínas são constituídas de uma cadeia polipeptídica. Resposta correta: alternativa A. Análise das alternativas A) Alternativa correta. Justificativa: uma proteína pode ser formada por mais de uma cadeia polipeptídica, que pode ser proveniente de diferentes genes. B) Alternativa incorreta. Justificativa: as proteínas é que formam a matéria‑prima constitutiva da célula. C) Alternativa incorreta. Justificativa: o transcrito primário dos genes sofre splicing alternativo que pode originar diversas proteínas, provenientes de um mesmo gene. D) Alternativa incorreta. Justificativa: o ser humano não produz os aminoácidos essenciais, que devem ser adquiridos da alimentação. E) Alternativa incorreta. Justificativa: não são necessariamente constituídas de uma cadeia polipeptídica, podem ser constituídas de mais de uma cadeia. 168 Unidade III Questão 2. (Unitau 2017, adaptada) As endonucleases, ou enzimas de restrição, são ferramentas muito úteis para a engenharia genética e a biologia molecular, produzindo resultados práticos para o diagnóstico de doenças, para a produção de transgênicos e para a resolução de casos forenses. Acerca dessas enzimas, leia as afirmações a seguir: I – São enzimas que atuam clivando a molécula de DNA, por reconhecerem sequências específicas de nucleotídeos. II – Foram descobertas em bactérias, nas quais atuam na defesa contra a ação de bacteriófagos. III – A análise e a comparação dos fragmentos de DNA produzidos pela ação das endonucleases permitem a identificação de pessoas. IV – Ao clivar o DNA, essas enzimas produzem fragmentos de molécula por romperem as ligações glicosídicas entre os nucleotídeos. Depois de considerar as quatro afirmativas, assinale a alternativa correta: A) Somente o que se afirma em III não faz referência às endonucleases. B) Somente o que se afirma em II não faz referência às endonucleases. C) Somente o que se afirma em I não faz referência às endonucleases. D) Somente o que se afirma em IV não faz referência às endonucleases. E) O que se afirma em I, II, III e IV faz referência às endonucleases. Resolução desta questão na plataforma. 169 FIGURAS E ILUSTRAÇÕES Figura 3 125.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9110/125.jpg>. Acesso em: 25 mar. 2015. Adaptada. Figura 4 125.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9110/125.jpg>. Acesso em: 25 mar. 2015. Adaptada. Figura 8 IMAGEM208.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem208.jpg>. Acesso em: 25 mar. 2015. Figura 10 IMAGEM213.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem213.jpg>. Acesso em: 25 mar. 2015. Figura 23 A) ZERO_LACTOSE.ASPX. Disponível em: <https://www.nestle.com.br/site/marcas/ninho/leites_uht/ zero_lactose.aspx>. Acesso em: 25 mar. 2015. B) PRODUTO‑IOGURTE‑SEM‑LACTOSE‑INTEGRAL. Disponível em: <http://www.danubio.com.br/iogurte/ produtos/produto‑iogurte‑sem‑lactose‑integral>. Acesso em: 25 mar. 2015. C) LEITE‑UHT‑SEMIDESNATADO‑ZERO‑LACTOSE. Disponível em: <http://www.piracanjuba.com.br/ produto/leite‑uht‑semidesnatado‑zero‑lactose>. Acesso em: 25 mar. 2015. D) 128. Disponível em: <http://sorvelandia.com.br/produtos/produto/maracujCa/128>. Acesso em: 25 mar. 2015. E) PAO‑DE‑QUEIJO‑ZERO‑LACTOSE/. Disponível em: <http://www.pifpaf.com.br/tipo‑produto/pao‑de‑ queijo‑zero‑lactose/>. Acesso em: 25 mar. 2015. Figura 24 014_0.GIF. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9643/014_0. gif>. Acesso em: 25 mar. 2015. 170 Figura 115 CONTEUDO_1283/01.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_1283/01.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 118 CONTEUDO_2994/01.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_2994/01.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 120 CONTEUDO_2994/03.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_2994/03.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 124 IMAGEM180_MENOR.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_9694/imagem180_menor.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 127 PG294_01.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9773/ pg294_01.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 128 PG294_02.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9773/ pg294_02.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. PG294_03.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9773/ pg294_03.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 129 PG294_04.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9773/ pg294_04.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. PG294_05.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9773/ pg294_05.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 131 IMAGEM168.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem168.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. 171 Figura 132 CONTEUDO_2994/06.PNG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_2994/06.png>. Acesso em: 27 ago. 2015. Adaptado. Figura 134 IMAGEM178_MENOR.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_9694/imagem178_menor.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 135 IMAGEM181.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem181.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Adaptado. Figura 136 IMAGEM181.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem181.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Adaptado. Figura 137 IMAGEM184.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem184.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 138 MARZZOCO, A.; TORRES, B. B. Bioquímica básica. 3. ed. São Paulo: Guanabara Koogan, 2011. p. 39. Figura 139 IMAGEM185.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem185.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 140 IMAGEM186_MENOR.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_9694/imagem186_menor.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. Figura 141 IMAGEM150.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9694/ imagem150.jpg>. Acesso em: 27 ago. 2015. 172 Figura 142 IMAGEM188_MENOR.JPG. Disponível em: <http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/ conteudo_9694/imagem188_menor.jpg>. Acesso
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