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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENSINO LICENCIATURA EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS ANDRÉIA DE FÁTIMA OLEGÁRIO MODELOS DIDÁTICOS: CONSTRUINDO MOLÉCULAS DE AMINOÁCIDOS PONTA GROSSA 2021 ANDRÉIA DE FÁTIMA OLEGÁRIO MODELOS DIDÁTICOS: CONSTRUINDO MOLÉCULAS DE AMINOÁCIDOS Trabalho apresentado como requisito parcial à obtenção de nota para a disciplina de Biologia Celular e Molecular e Noções De Biotecnologia, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Prof. Dr. Márcio Silva PONTA GROSSA 2021 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 4 2. MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................................ 5 2.1 Construindo Moléculas de Aminoácidos ................................................................................... 5 2.3 Procedimentos: ......................................................................................................................... 6 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................................................... 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................................14 4 1. INTRODUÇÃO Os Aminoácidos são compostos de extrema importância para o organismo, seno estes fundamentais para saúde física. Categorizados como aminoácidos essenciais, semi-essenciais e naturais dependendo de vários fatores, formados basicamente por nitrogênio, carbono, hidrogênio e oxigênio. “A variabilidade química dos aminoácidos deriva das cadeias laterais ligadas ao carbono α” (ALBERTS, 2011). Para o funcionamento de forma correta do corpo humano, é preciso 20 aminoácidos diferentes, no entanto, 9 destes compostos são classificados como essenciais. Entre os aminoácidos essenciais são a histidina, isoleucina, leucina, lisina, fenilalanina, treonina, metionina, valina e o triptofano, estes não são produzidos pelo organismo, e podem ser obtidos por meio da ingestão de alimentos, este composto é necessário para os processos vitais, como a construção de proteínas, e importantes para o bom funcionamento do organismo (PIRES, 2006). Os semi-essenciais são aqueles aos quais nosso organismos produz, mas em baixa quantidade, estes podem diminuir durante a infância ou dependendo das condições de saúde, como em casos de doenças, porém, podem ser considerados essenciais em determinados estados fisiológicos, sendo estes compostos importantes para o organismo, os aminoácidos semi- essenciais são alanina, arginina, asparagina, cisteína, ácido aspártico, ácido glutâmico, glicina, serina, glutamina, tirosina e prolina, e os naturais que nosso organismo produz. “Os aminoácidos estão presentes na alimentação em forma de proteínas, ao consumi-los o organismo faz o processo onde quebra as moléculas destas proteínas durante a digestão” (LEGNAIOLI, 2018). Para formar as proteínas, as células utilizam os aminoácidos, estes são polímeros ligados formando uma longa cadeia. “Todos os 20 tipos são α-aminoácidos. Eles têm um grupo carboxila e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono α), estes diferem uns dos outros quanto à cadeia lateral, ou grupos R, que varia em estrutura, tamanho e carga elétrica” (NELSON, 2018). 5 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Construindo Moléculas de Aminoácidos Para representar as moléculas de aminoácidos neste trabalho foi utilizado os seguintes materiais (Figura 1): Massinha de modelar; Palitos de dente; Fita adesiva; Caneta de colorir na cor preta; Figura 1. Material utilizado para a representar modelos dos aminoácidos; Caneta de colorir preta; Fita adesiva; Palitos de dentes, pintados em preto; Massinha de modelar. Imagem de Autoria própria, 2021. 2.2 Objetivos: 2.2.1 Geral: Representar estes aminoácidos essenciais para a síntese da vida, este trabalho foi realizado para analisar os aminoácidos e suas ligações, e a construção de um material que represente estes compostos, utilizando massinha de modelar. 2.2.2 Específico: Compreender a diversidade estrutural e funcional dos aminoácidos; Perceber as inter-relações dos aminoácidos na formação das proteínas; 6 2.3 Procedimentos: - Montar um aminoácido de cada grupo, indicando cada parte dos aminoácidos (Figura 2): Carbono (C) verde; Nitrogênio (N) azul; Oxigênio (O) verde; Hidrogênio (H) branco; Figura 2. A estrutura geral dos aminoácidos, é formada por átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio(N). As moléculas de aminoácidos são compostas por grupos, carboxílico (COOH), sendo 1 Carbono ligado a 2 Oxigênios, grupo amina (NH2), este 1 Nitrogênio ligado a 2 Hidrogênios juntamente com uma ligação simples entre 1 Oxigênio e 1 Hidrogênio, e por fim uma molécula de hidrogênio (H), ligados a um átomo de carbono (C), chamado de carbono alfa (Cα). Adaptado de SILVA,2010; Imagem de Autoria própria, 2021. - Assim montando os grupos (Figura 3): Carbono alfa (Cα) preto; Grupo amino (NH2) azul; Grupo carboxil (COOH) verde; Hidrogênio (H) branco; - As cadeias laterais de cada grupo devem ser da mesma cor, que difere das demais cores usadas para Cα, NH2, COOH e H. Para identificar os grupos utilize a classificação dos aminoácidos mostrada na (figura 4); http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/hidrogenio/ http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/nitrogenio/ http://www.infoescola.com/quimica/funcao-amina/ 7 Figura 3. Representação da estrutura geral de uma molécula de aminoácido compostas por um grupo carboxílico (COOH), grupo amina (NH2), uma molécula de hidrogênio (H), ligados a um átomo de carbono (C), chamado de carbono alfa (Cα), e um radical (R). Adaptado de SILVA,2010; Imagem de Autoria Própria, 2021. - Com os palitos de dente, representar o Cα; - Com a massinha de modelar, grupo carboxil, o hidrogênio, o grupo amina, e o radical das respectivas moléculas utilizadas; - Representar uma ligação peptídica entre dois aminoácidos, representar a molécula liberada; - Representar uma ligação dissulfeto entre dois aminoácidos de cisteína; - Escolher um peptídeo citado em aula e monte-o conforme ocorre as ligações peptídicas; Figura 4. Adaptado de Princípios de bioquímica de Lehninger, traduzido pelo autor Nelson, 2018. http://www.infoescola.com/quimica/funcao-amina/ 8 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A estrutura geral dos aminoácidos, é formada por átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio(N). “Os aminoácidos formam uma classe variada de moléculas, com uma propriedade comum, todos possuem um grupo ácido carboxílico e um grupo amino, ambos ligados a um mesmo átomo de carbono, denominado carbono α” (ALBERTS, 2011). As conexões Cα−amina e Cα−carboxila permitem verificar característica das cadeias polipeptídicas. Montando um conjunto de aminoácidos (figura 5) é possível construir uma cadeia polipeptídica e, através das ligações de hidrogênio, montar as estruturas secundárias principais (hélice−α e estruturas β) (SILVA, 2010). Figura 5. Representação estrutural do aminoácido Valina, contendo um radical (Valina), Hidrogênio (H), Carbono Alfa (Cα), Grupamento Amina (NH2), Grupamento Carboxila (COOH). Imagem de Autoria Própria, 2021. Os aminoácidos apresentam em sua estrutura algo em comum na sua formação, possuem um carbono alfa, esse grupo de moléculas também pode serdenominado cadeia lateral, promovendo a variabilidade entre os aminoácidos (SANTOS, 2018). Os aminoácidos podem ser identificados em suas cadeias laterais, como grupamentos apolares, polares e com cadeias laterais eletricamente carregadas (figura 6). http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/hidrogenio/ http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/nitrogenio/ 9 Figura 6. Representação dos 20 aminoácidos, Metinonina (MET), Glicina (GLY), Leucina (LEU), Prolina (PRO), Valina (VAL), Isoleucina (ISO), Alanina (ALA), Asparagina (ASP), Treonina (THR), Serina (SER), Glutamina (GLN), Cisteína (CYS), Tirosina (TYR), Fenilalanina (PHE), Triptofano (TRP), Aspartato (ASP), Glutamato (GLU), Arginina (ARG), Lisina (LYS), Histidina (HIS), estes sendo o radical (R), contendo em sua estrutura, Hidrogênio (H), Carbono Alfa (Cα), Grupamento Amina (NH2), Grupamento Carboxila (COOH). Imagem de Autoria Própria, 2021. - Aminoácidos apolares (figura 7): Figura 7. Representação estrutural dos aminoácidos apolares, Glicina (GLY), Alanina (ALA), Leucina (LEU), Valina (VAL), Isoleucina (ISO) e Metionina (MET). Imagem de Autoria Própria, 2021. 10 - Aminoácidos apolares (figura 8): Figura 8. Representação estrutural dos aminoácidos apolares, Prolina (PRO), Fenilalanina (PHE), Triptofano (TRP). Imagem de Autoria Própria, 2021. - Aminoácidos polares (Figura 9): Figura 9. Representação estrutural dos aminoácidos polares, Tirosina (TYR), Serina (SER), Treonina (THR), Cisteína (CYS), Asparagina (ASP) e Glutamina (GLN). Imagem de Autoria Própria, 2021. 11 - Aminoácidos com cadeias laterais eletricamente carregadas (Figura 10): Figura 10. Representação estrutural dos aminoácidos com cadeias laterais eletricamente carregados, Aspartato (ASP), Glutamato (GLU), Lisina (LYS), Arginina (ARG), Hísteína (HIS). Imagem de Autoria Própria, 2021. - Ligação Peptídica (figura 11): Figura 11. Representação estrutural da ligação peptídica entre os aminoácidos, Tirosina (TYR), Triptofano (TRP), Fenilalanina (PHE). Imagem de Autoria Própria, 2021. PHE 12 - Ligação Peptídica (figura 12): Figura 12. Representação estrutural da ligação peptídica entre os aminoácidos, Lisina (LYS), Arginina (ARG), Hísteína (HIS). Imagem de Autoria Própria, 2021. - Ligação dissulfeto (figura 13): Figura 13. Representação estrutural da ligação dissulfeto entre dois aminoácidos, Cisteína (CYS). Imagem de Autoria Própria, 2021. 13 - Carbonila terminal e Amino (figura 14): Figura 14. Representação estrutural da ligação peptídica entre os aminoácidos, Isoleucina (ISO), Leucina (LEU), Valina (VAL), com indicação do Amino terminal e Carboxila terminal. Imagem de Autoria Própria, 2021. Alguns aminoácidos como Isoleucina, Leucina e Valina podem ser encontrados em alimentos como carnes frango, bovina e carne de porco, ainda encontrados em peixes como atum e sardinha, O leite e seus derivados, contém quase todos os aminoácidos (NUEZ, 2019). 14 CONSIDERAÇÕES FINAIS Questões 1. O que são aminoácidos? R: Os aminoácidos representam a menor unidade elementar na constituição de uma proteína. Estruturalmente, são formados por um grupamento carboxila (COOH), um grupamento amina (NH2) e radical que determina um dos vinte tipos de aminoácidos. 2. O que difere os aminoácidos entre si? R: A letra "R" (radical) chamada cadeia lateral do aminoácido; é o que diferencia uns aminoácidos dos outros. 3. Como os aminoácidos podem ser classificados? R: Aminoácidos essenciais: nosso próprio corpo não consegue sintetizar que devem ser ingeridos através dos alimentos; e não essenciais: são aqueles que o corpo humano pode sintetizar. 4. Quantos aminoácidos distintos podem ocorrer em uma proteína? R: Uma proteína pode possivelmente ter mais de 100 aminoácidos de comprimento, mas usar apenas oito ou dez diferentes 5. Considerando pH cite: Os aminoácidos carregados negativamente (ácidos); os aminoácidos carregados positivamente (básicos); os aminoácidos não carregados polares (ácidos). R: Apolares e Alifáticos: Glicina, Alanina, Leucina, Valina, Isoleucina, Prolina, Fenilalanina, Triptofano, Metionina; Polares neutros: Serina, Treonina, Cisteína, Tirosina, Asparagina, Glutamina. Ácidos: ácidos aspártico, ácido glutâmico. Ácidos básicos: arginina, lisina, histidina. Carregados positivamente: lisina, Arginina, Histidina. Carregados negativamente: Aspartato, glutamato. 6. Todos os vinte tipos de aminoácidos sempre ocorrem em uma dada proteína? Explique. R: não, pois cada proteína se define pelo seu radical. 7. Defina aminoácidos essenciais. R:Aminoácidos essenciais: nosso próprio corpo não consegue sintetizar que devem ser ingeridos através dos alimentos; 15 8. Cite os aminoácidos essenciais para a espécie humana. R:Lisina, Leucina, Isoleucina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptofano, Valina, Histidina. 9. Como é definido o número e a sequência de aminoácidos em uma proteína; R: 22, dois são novos e vinte são padrões. 10. Defina o que é uma ligação dissulfeto e aponte quais as condições para que esta ocorra em uma proteína. R: Ligação dissulfeto refere-se a unidade estrutural composta de um par ligado á átomos de enxofre. Ligações covalentes entre as cadeias laterais de Cisteína (CYS), contendo enxofre, e contribuem para a estrutura terciária. Elas atuam como "pinos moleculares de segurança", mantendo partes específicas do polipeptídio firmemente presas uma à outra. 11. Defina e represente uma ligação peptídica. R: Uma ligação peptídica é uma ligação química que ocorre entre duas moléculas quando o grupo carboxila de uma molécula reage com o grupo amina de outra molécula, liberando uma molécula de água. 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBERTS, B. et al. Fundamentos da Biologia Celular-4. Artmed Editora, 2006. 3. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre: Artmed, 2011. Disponível em: https://drive.google.com/drive/u/1/folders/1P3HGb9YVdv9FtI3elWzhEjAjFJcr4tcs. Acesso em: 08/03/2021 LEGNAIOLI, S. O que são aminoácidos. ECYCLE, 2018. Disponivel em: https://www.ecycle.com.br/6645- aminoacidos.html#:~:text=Os%20amino%C3%A1cidos%20essenciais%20s%C3%A3o%20ne cess%C3%A1rios,atl%C3%A9tico%20ou%20melhorar%20o%20humor. Acesso em: 08/03/2021 LEHNINGER, A. L., COX, N., YARBOROROUH, K. Princípios de Bioquímica. 4ª ed. São Paulo: Editora Sarvier, 2006. NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de Bioquímica de Lehninger-7. Artmed Editora, 2018. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/. Acesso em: 08/03/2021 NUNEZ, J. T. Quais são os 9 aminoácidos essenciais e em que alimentos encontrá-los. VIVA BEM, 2019. Disponível em: https://www.uol.com.br/vivabem/noticias/bbc/2019/05/09/quais- sao-os-9-aminoacidos-essenciais-e-em-que-alimentos encontralos.htm#:~:text=Alimentos%20como%20carne%20de%20porco,atum%20s%C3%A3 o%20ricos%20em%20triptofano. Acesso em: 08/03/2021 PIRES, C. V. et al. Qualidade nutricional e escore químico de aminoácidos de diferentes fontes protéicas. Food Science and Technology, v. 26, n. 1, p. 179-187, 2006. Disponível em:https://www.scielo.br/scielo.php?pid=S010120612006000100029&script=sci_arttext&tln g=pt. Acesso em: 08/03/2021 SILVA, A. R. Desenvolvimento e avaliação de modelos representativos para construção de aminoácidos e de estruturas de proteínas. 2010. Tese de Doutorado, USP. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-16022011- 091415/publico/AparecidoRodriguesdaSilvaDOdefendida.pdf. Acesso em: 08/03/2021
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