Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Bases macromoleculares da constituição celular CITOLOGIA - BIOLOGiA MOLECULAR - A estrutura da célula é a conseqüência de uma combinação de moléculas organizadas em uma ordem muito precisa; - as moléculas são os tijolos com os quais se constroem as células; - No início, o estudo da composição química da célula foi feito mediante a análise bioquímica de órgãos e tecidos inteiros, como o fígado, o cérebro, a pele ou o meristema vegetal. Estes estudos só possuem um valor citológico relativo, porque o material analisado geralmente é composto por uma mescla de diferentes tipos celulares e contém material extracelular. Nos últimos anos, o desenvolvimento de diversos métodos de fracionamento celular permitiu isolar os elementos subcelulares e recolher informações mais precisas sobre a estrutura molecular da célula. - As moléculas que constituem as células são formadas pelos mesmos átomos encontrados nos seres inanimados; - 99% da massa das células são formados de hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio, enquanto, nos seres inanimados da crosta terrestre, os quatro elementos mais abundantes são oxigênio, silício, alumínio e sódio. - característica da matéria viva a presença de moléculas de alto peso ou macromoléculas, que são polímeros constituídos pela repetição de unidades menores ( monômeros ) conectadas por meio de ligações covalentes; - polímeros formados por monômeros semelhantes são chamados homopolímeros; ex. glicogênio, que é constituído de moléculas de glicose. - polímeros formados por monômeros diferentes são chamados heteropolímeros; ex. ácidos nucléicos. - existem variedades em tamanhos e variedades de seus monômeros constituintes ; - os polímeros ( macromoléculas ) encontrados nos seres vivos (biopolímeros) de maior importância são as proteínas (polipeptídios) que são constituídas por aminoácidos , polissacarídeos, que podem ser polímeros de glicose - com os quais se formam glicogênio, amido ou celulose - ou compreender a repetição de outros monossacarídeos, com os quais se formam polissacarídeos mais complexos; e ácidos nucléicos ( DNA e RNA ); - há moléculas menores, como lipídios, água, sais minerais e vitaminas; - a diversidade estrutural e funcional de um polímero depende da variedade de seus monômeros; - Frequentemente, macromoléculas de diferentes tipos se associam para formar complexos como as lipoproteínas, glicoproteínas e proteoglicanas (proteínas combinadas com polissacarídios) e as nucleoproteínas (ácidos nucleicos mais proteínas). * na constituição da proteína participam 20 aminoácidos diferentes, enquanto os ácidos nucléicos são formados por 5 tipos de nucleotídeos, por isso as proteínas têm maior polimorfismo e, consequentemente, maior diversidade funcional do que os ácidos nucleicos. - são classificados os componentes em inorgânicos ( água e sais minerais ) e orgânicos ( (ácidos nucléicos, carboidratos, lipídios e proteínas ); - 75 a 85 % é água e entre 2 e 3% são constituídos de sais m., o resto é formado por compostos orgânicos; - os íons inorgânicos das células, incluindo sódio ( Na+ ),potássio (K+),magnésio ( Mg2+), cálcio ( Ca2+), fosfato ( HPO42-), cloreto (Cl-) e bicarbonato (HCO3-) constituem 1% ou menos da massa da célula; estes estão envolvidos em vários aspectos do metabolismo celular, por isso têm papéis fundamentais na sua função; ÁGUA representa +-75 % da massa celular, por isso as interações entre a água e os outros constituintes celulares são de importância central na química biológica. é uma molécula polar, que pode formar pontes de hidrogênio entre si ou com outras,assim como interagir com íons carregados positivamente ou negativamente; são moléculas polares composta de 2 hidrogênio e oxigênio ligados por ligação covalente1; íons e moléculas são facilmente solúveis em água ( hidrofílicas ); 1 é um tipo de interação entre átomos que apresentam alta eletronegatividade, ou seja, elevada tendência de receber elétrons; ligação de Ametal com Ametal; https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletronegatividade.htm moléculas apolares, não podem interagir com água ( hidrofóbicas ); essas moléculas tendem a minimizar seu contato com água, associando-se rigorosamente entre si; essas interações polares e apolares são importantes para a formação de estruturas biológicas ( ex. membranas celulares ); pode fazer ligação entre si ou com moléculas diferentes ( B ), e também com íons carregados(C) componente encontrado em maior quantidade no tecido ( com exceções como dente, osso ); O conteúdo de água do organismo está relacionado com a idade e com a atividade metabólica ( maior idade menor água, menor idade mais água e maior atividade metabólica ); A molécula de água é morfológica e eletricamente assimétrica; A água atua como solvente natural dos íons e como meio de dispersão coloidal da maior parte das macromoléculas. indispensável à atividade metabólica, já que os processos fisiológicos ocorrem exclusivamente em meios aquosos; encontrada em duas frações, uma livre e outra ligada; A água livre : representa 95% da água total, e é parte usada principalmente como solvente para os solutos e como meio de dispersão do sistema coloidal. A água ligada : representa apenas 5% e é a que está unida frouxamente a outras moléculas por ligações não covalentes, assim, compreende a água imobilizada no seio das macromoléculas. Como resultado da distribuição assimétrica de suas cargas, uma molécula de água comporta-se como um dipolo, por isso ela pode se ligar eletrostaticamente, por seus grupos positivos e negativos, tanto a ânions e cátions quanto a moléculas com ambos os tipos de carga ( ex. proteínas ) Outra propriedade da molécula de água é sua ionização em um ânion hidroxila (OH-) e em um próton ou íon hidrogênio (H+). A uma temperatura de 25ºC, 10- 7 M de H+ por litro de água se dissociam, concentração que corresponde ao pH neutro 7; A água intervém na eliminação de substâncias da célula; absorve calor (graças a seu elevado coeficiente calórico ou capacidade térmica) que evita que sejam geradas mudanças drásticas da temperatura na célula; Os dois átomos de hidrogênio formam com o de oxigênio um ângulo que, em média, é estimado em 104,9º ( tetraédrica ), em razão da forte atração exercida pelo núcleo do oxigênio ( + eletronegativo ) sobre os elétrons, a molécula de água é relativamente positiva, no lado dos dois hidrogênios ( eletropositiva ), e negativa no lado do oxigênio ( eletronegativa ); isto é, a molécula de água é um dipolo; No espaço, em virtude da forma das órbitas do hidrogênio e oxigênio, as cargas elétricas estão distribuídas de tal modo que o oxigênio ocupa o centro e os hidrogênios (relativamente positivos), os dois extremos de um tetraedro; dissolve muitas substâncias cristalinas e outros compostos iônicos porque sua tendência a se combinar com íons negativos ou positivos é, frequentemente, maior que a tendência de os íons se combinarem entre si; ex. os cristais de NaCl dissolvem-se com facilidade em água porque, apesar da atração eletrostática entre o c1- e o Na+ do cristal, cada um desses íons é atraído ainda de modo mais forte pelo dipolo da água. Assim, o cristal se rompe, formando-se os íons hidratados de c1- e Na+, altamente estáveis. Os polímeros celulares contêm em sua estrutura grupamentos químicos que apresentam afinidade pela água (grupamentos polares, hidrofílicos) ou que não apresentam afinidade pela água (grupamentos apolares), repelindo-a; Os grupamentos polares principais são carboxila, hidroxila, aldeído, sulfato e fosfato. A maioria dos hidratos de carbono, os ácidos nucleicos e muitas proteínas são hidrofílicas. há moléculas sem ou com poucos grupamentos polares e que, consequentemente,são insolúveis na água; são as moléculas hidrofóbicas. Como exemplos, podem ser citados os lipídios, a parafina e os óleos - essas moléculas são repelidas pela água. Existem também macromoléculas, geralmente alongadas, que apresentam uma região hidrofílica e outra hidrofóbica; (são as moléculas chamadas anfipáticas), dotadas da capacidade de associar-se simultaneamente a água e a compostos hidrofílicos, por uma de suas extremidades, e a compostos hidrofóbicos, pela outra extremidade. exercem importantes funções biológicas, e estão presentes em todas as membranas celulares. ligações fortes ou covalentes se observa por exemplo nas ligações peptídicas entre os aminoácidos e que só podem ser desfeitas por procedimentos drásticos como a hidrólise em ácido forte a alta temperatura. ligações fracas, de natureza variada, que se formam com pequeno gasto energético e podem ser desfeitas por procedimentos suaves como aquecimento moderado e alteração da concentração iônica do meio. as principais são pontes de hidrogênio, ligações eletrostáticas e interações hidrofóbicas. ; pontes de hidrogênio : no caso de proteínas, isso tem lugar entre o nitrogênio e a carbonila de ligações peptídicas diferentes; ligação entre as duas cadeias do DNA; ligações eletrostáticas : são ligações que se formam quando um grupo ácido se prende a um básico; são exemplos as ligações entre aminoácidos básicos e ácidos, entre corantes ácidos (geralmente com grupos sulfônicos) e proteína básicas dos tecidos ou entre as glicosaminoglicanas ( que contêm grupamentos sulfato) e proteínas básicas. interações hidrofóbicas : ocorrem entre moléculas apolares que são comprimidas umas contra as outras pela repulsão que sofrem da água que as envolve. Não é, portanto, propriamente uma ligação, como ocorre nas pontes de hidrogênio ou ligação eletrostática, sendo mais adequadamente definida como uma interação; ex. membranas da célula, onde as duas camadas de lipídios associam-se principalmente em virtude desse tipo de interação. A importância biológica dessas interações e ligações de baixa energia reside no fato de que elas permitem à célula alterar, montar e desmontar estruturas supramoleculares, como, por exemplo, os microtúbulos e microfilamentos, aumentando, assim, sobremaneira a sua versatilidade e eficiência funcional, sem grande gasto energético. Se as interações das macromoléculas fossem realizadas apenas com ligações fortes, a estrutura celular seria estável, e as modificações dessa estrutura implicaria um gasto de energia tão alto que a atividade celular seria impossível. água se liga à outras moléculas por pontes de hidrogênio ou ligação de hidrogênio; cada molécula de água pode se ligar a outras quatros; tanto no meio gasoso e aquoso a molécula de água está sempre em movimento, que aumenta com aumento da T° do meio; quando a água congela as moléculas diminuem sua velocidade permitindo a formação de uma malha cristalina estável estruturada por pontes de hidrogênio; SAIS A retenção de íons produz um aumento da pressão osmótica e, portanto, a entrada de água; A concentração de íons é diferente no interior da célula e no meio que a circunda, assim, a célula tem uma alta concentração de cátions K+ e Mg2+, enquanto o Na+ e o Cl - estão localizados principalmente no líquido extracelular; Os ânions dominantes nas células são o fosfato (HPO42 -) e o bicarbonato (HC03 - ); Os sais dissociados em ânions (p. ex., Cl -) e cátions (Na+ e K+) são importantes para manter a pressão osmótica e o equilíbrio ácido-básico da célula; Alguns íons inorgânicos (como o Mg2 +) são indispensáveis como co-fatores enzimáticos. Outros fazem parte de moléculas distintas; Os íons de Ca2+ que se encontram nas células desempenham um importante papel como transmissores de sinais. Outros íons presentes nas células são o sulfato, o carbonato etc; Certos minerais são encontrados na forma não ionizada; ex. Assim ocorre com o cálcio, que nos ossos e nos dentes encontra-se unido ao fosfato e ao carbonato sob a forma de cristais. Outro exemplo compreende o ferro, que na hemoglobina, na ferritina, nos citocromos e em várias enzimas encontra-se unido por ligações carbono-metal. Para manter a atividade celular normal são indispensáveis quantidades diminutas de manganês, cobre, cobalto, iodo, selênio, níquel, molibdênio e zinco. Quase todos esses elementos vestigiais (ou oligoelementos) são necessários para a atividade de certas enzimas. O iodo é um componente do hormônio tireóideo. ÁCIDOS NUCLÉICOS - são macromoléculas muito importantes. - todos os seres vivos possuem os dois tipos, chamados ácido desoxirribonucléico ( DNA ) e ácido ribonucléico ( RNA ), que são diferentes estes açúcares por a desoxirribose ter um átomo de oxigênio a menos; - vírus possuem ou um ou outro; - são constituídos pela polimerização de unidades chamadas nucleotídios; - Cada nucleotídio contém resíduos de uma molécula de ácido fosfórico, uma de pentose ( carboidrato ) e uma de base púrica ou pirimídica ( bases nitrogenadas ) (fig.3.15); - As bases púricas mais encontradas nos ácidos nucleicos são a adenina e a guanina ( A e G ) e têm dois anéis fundidos entre si; - As principais bases pirimídicas são a timina, a citosina e a uracila ( T,C,U ) e têm apenas um anel heterocíclico; - Além dos polímeros de nucleotídios, que constituem as moléculas dos ácidos nucleicos, as células contêm quantidades relativamente grandes de nucleotídios livres, desempenhando, sobretudo, as funções de coenzimas. - Por hidrólise parcial é possível retirar o radical fosfato dos nucleotídios. Aparecem então compostos denominados nudeosídios, constituídos por uma pentose e uma base púrica ou pirimídica; - são moléculas informacionais ( onde informações são passadas do DNA, para RNA e pra proteínas ), que controlam os processos básicos do metabolismo celular, a síntese de macromoléculas, a diferenciação celular e a transmissão do patrimônio genético de uma célula para as suas descendentes ( hereditariedade ) e são utilizados para depositar e transferir energia química; Componentes dos ácidos nucléicos nucleosídio mostrando a ligação fosfodiéster A hidrólise do DNA ou do RNA gera: pentoses, ácidos fosfórico, bases (purinas ou pirimidinas ), RNA ribose ( adenina, uracila,citosina,guanina e PO4H3 ) e DNA desoxirribonucléico ( adenina, timina, citosina, guanina, PO4H3 ); - é um polímero cujos monômeros são nucleotídeos sucessivamente ligados por meio de ligações fosfodiéster, ou seja, cada molécula de ácido nucleico contém pelo menos uma cadeia de nucleotídios (polinucleotídio ), formada por ligações diéster-fosfato entre os carbonos 3' e 5' da pentose; os fosfatos unem o carbono 3' da pentose do nucleotídeo com o carbono 5' da pentose do nucleotídeo seguinte. - A extremidade da molécula que contém a pentose com o C5' livre é chamada extremidade 5' e a que possui a pentose com o C3' livre é denominada extremidade 3' . - o ácido fosfórico utiliza dois dos seus três grupos ácidos nas ligações 3' ,5'-diéster. O grupo restante confere ao ácido nucléico suas propriedades ácidas, o que possibilita a formação de ligações iônicas com proteínas básicas e também faz com que os ácidos nucléicos sejam basófilos ( se coram com corantes básicos ); ex. nas células eucariontes, o DNA está associado a proteínas básicas chamadas histonas, com as quais formam o complexo nucleoproteico denominado cromatina; - no RNA a uracila está no lugar da timina, outra diferença é que o DNA é uma molécula sempre dupla (contém duas cadeias polinucleotídicas); ex. de nucleotídeos : adenosina monofosfato (AMP), a adenosina difosfato(ADP) e a adenosina trifosfato (ATP), citidina trifosfato (CTP), a uridina trifosfato (UTP), a guanosina trifosfato (GTP) e a timosina trifosfato (TTP), - . A ligação -P de alta energia permite que a célula acumule grande quantidade dela em um espaço reduzido e que a mantenha pronta para ser usada no momento em que for necessário. ➔ DNA - constitui o depósito da informação genética e transmissão; - Esta informação é copiada ou transcrita em moléculas de RNA mensageiro, cujas seqüência de nucleotídeos contêm o código que estabelece a seqüência dos aminoácidos nas proteínas. É por isso que a síntese protéica também é conhecida como tradução do RNA. A esta série de fenômenos é atribuído o caráter de dogma central da biologia molecular ,expressão : DNA-------- transcrição------- RNA----- tradução--- PROTEÍNA - encontra-se no núcleo integrando os cromossomos (uma pequena quantidade encontra-se no citoplasma, dentro das mitocôndrias e dos cloroplastos) e alguns vírus; - uma molécula dna= um cromossomo; - é encontrado nos organismos vivos sob a forma de molécula de peso molecular muito alto; - A quantidade nos organismos superiores pode ser várias centenas de vezes maior - 1.200 vezes no caso do homem. Assim, o DNA completamente estendido de uma célula diplóide humana tem um comprimento total de cerca de 1,70 m. - Toda a informação genética de um organismo vivo encontra-se acumulada na seqüência linear das quatro bases de seus ácidos nucléicos. - A estrutura primária de todas as proteínas (quer dizer, a quantidade e a seqüência de seus aminoácidos) é codificada(código genético) por um alfabeto de quatro letras (A, T, G, C). - em cada molécula de DNA, a quantidade de adenina é igual à de timina (A = T) e a de citosina igual à de guanina (C = G). Conseqüentemente, o número de purinas é idêntico ao de pirimidinas (A + G = C + T); - a relação AT/GC varia entre as espécies; - a molécula de DNA é formada por duas cadeias de ácidos nucléicos helicoidais com uma rotação para a direita, que compõem uma dupla hélice em torno de um mesmo eixo central. - As duas cadeias são antiparalelas, o que significa que suas ligações 3',5'- fosfodiéster seguem sentidos opostos; - sua superfície mostra dois sulcos ( cavidade maior e menor), um dos quais mais acentuado que o outro. - As bases estão situadas no lado interno da dupla hélice, quase em um reto perpendicular com relação ao eixo helicoidal; - Cada volta completa da dupla hélice compreende 10,5 ou 10 pares de nucleotídeos e mede 3,4 nm. - dupla hélice com diâmetro de 2nm; a distância entre as bases é de 0,34nm; - molécula de dna têm um sentido sempre 5’ para 3’; - as ligações 3’ e 5’ (diésterfosfato), de uma cadeia estão posicionadas inversamente em relação à outra; - cadeias estão unidas entre si por pontes de hidrogênio estabelecidas entre os pares de bases; - A e as T formam-se duas pontes de hidrogênio, e entre as C e G, três;por isso C e G é mais estável que A e T; - A dupla estrutura helicoidal mantém-se estabilizada graças às pontes de hidrogênio e às interações hidrófobas existentes entre as bases de cada cadeia. - As bases (hidrofóbicas) situam-se dentro da hélice, e suas interações hidrofóbicas ocorrem entre as bases pareadas; - os resíduos de desoxirribose (hidrofílicos) e de ácido fosfórico (ionizado e hidrofílico) localizam-se na periferia, em contato com a água intracelular; - as seqüências das duas cadeias são complementares, e devido a esta propriedade, quando as cadeias se separam durante a duplicação do DNA, cada uma delas serve de molde para a síntese de uma nova cadeia complementar. Deste modo são geradas duas moléculas-filhas de DNA com a mesma constituição molecular que possuía a progenitora ; - Quando as pontes de hidrogênio são rompidas - por exemplo, pelo aquecimento do DNA em solução -, os dois filamentos polinucleotídicos da hélice sofrem desnaturação, separando-se; quando baixa a temperatura, eles se unem novamente; - Os filamentos da molécula de DNA apresentam direções opostas (estão posicionadas na direção contrária), mas, cada filamento segue o mesmo sentido, sempre de 5’ 3’; - A desnaturação pelo rompimento das pontes de hidrogênio pode ser completa ou parcial; Essa desnaturação ocorre mais cedo nas ligações AT, que têm duas pontes de hidrogênio, sendo as ligações CG mais resistentes, pois têm três pontes de hidrogênio; A desnaturação parcial permite a identificação das zonas ricas em AT e das zonas ricas em CG; ex. Em moléculas simples de DNA, como as dos bacteriófagos, essa técnica possibilita a localização de zonas com diferentes frequências de nucleotídios ao longo do filamento de DNA. ➔ RNA - é um filamento de polinucleotídeo único, e só existe, excepcionalmente, sob a forma de filamentos duplos complementares. - Nos dois casos, as exceções são encontradas nos vírus: alguns têm DNA em filamento único, enquanto outros têm RNA em cadeia dupla complementar. - A estrutura do RNA é semelhante à do DNA, exceto pela presença de ribose no lugar de desoxirribose e de uracila no lugar de timina; - Dos pontos de vista funcional e estrutural, distinguem-se três variedades principais de ácido ribonucleico: • RNA de transferência ou tRNA • RNA mensageiro ou mRNA • RNA ribossômico ou rRNA. - Os três intervêm na síntese protéica. ★ RNA de transferência ou tRNA ou Transportador - dos 3 tipos, é o que tem moléculas menores; - são constituídas de 75 a 90 nucleotídios e têm peso molecular entre 23 kDa e 30 kDa. - Sua função é transferir os aminoácidos para as posições corretas nas cadeias polipeptídicas em formação nos complexos de ribossomos e RNA mensageiro (polirribossomos); Para isso, o tRNA tem a propriedade de se combinar com aminoácidos e é capaz de reconhecer determinados locais da molécula do mRNA constituídos por uma sequência de três bases. - Essas sequências, típicas para cada aminoácido, são denominadas códon ; A sequência de três bases na molécula do tRNA e que reconhece o códon chama-se anticódon ; - Para cada aminoácido existe pelo menos um tRNA. - A molécula do tRNA é um filamento com uma extremidade terminando sempre pela sequência CCA, isto é, pelo ácido adenílico (A) precedido de duas moléculas de ácido citidílico (C). - a energia consumida por um processo enzimático vem da hidrólise do ATP e é graças à ele que uma hidroxila do ácido adenílico da extremidade CCA é esterificada por um L -aminoácido, formando-se assim uma molécula de Acil tRNA. e a enzima catalisadora dessa esterificação2 é específica para cada aminoácido; - A molécula do tRNA apresenta uma região que é reconhecida pela enzima, e, desse modo, cada aminoácido é ligado ao seu tRNA; - Em razão das pontes de hidrogênio que se estabelecem entre as suas bases, todos os tRNA apresentam segmentos das moléculas formados por uma hélice dupla; - tem o aspecto de uma folha de trevo, a qual mostra o anticódon em um de seus lados. - Além das bases adenina, guanina, citosina e uracila, comumente encontradas no RNA, o tRNA contém outras bases que não 2 Reação de formação de ésteres a partirde um ácido e de um álcool. aparecem nos outros tipos de ácido ribonucleico ex.hipoxantina e a metilcitosina. - O tRNA tem ainda ácido ribotimidílico, que é um nucleotídio constituído por ácido fosfórico, ribose e timina, base geralmente encontrada no DNA. - também têm ácido pseudouridílico, que difere do ácido uridílico comum por apresentar a ribose ligada ao carbono 5 da uracila, e não ao nitrogênio 3, como é habitual; - As regiões do tRNA que contêm as bases não habituais talvez sejam importantes para determinar o formato da molécula, pois nessas regiões não se formam pontes de hidrogênio entre as bases; - Os tRNA são inicialmente sintetizados sobre os filamentos de DNA, como moléculas maiores que passam por um processamento (splicing)3 tornando-se menores, antes de migrarem para o citoplasma. Esse processamento do tRNA consiste na remoção de determinados pedaços da molécula maior e soldagem dos fragmentos que vão constituir a molécula final do tRNA. É um processo semelhante ao que será descrito adiante neste capítulo ao se 3 emendar; examinar o mRNA; ★ RNA MENSAGEIRO OU RNAm - sintetizado nos cromossomos, como os demais RNA da célula; - representa a transcrição de um segmento ( gene ) de uma das cadeias da hélice de DNA. - leva a informação genética contida no DNA; - a informação do RNAm será traduzida em proteínas; - é a molécula intermediária na expressão do gene; - O peso molecular do mRNA varia de acordo com o tamanho da molécula proteica que ele irá codificar no citoplasma. - é bem maior do que a de proteína por ele formada, porque são necessários três nucleotídios para codificar um aminoácido. - muitas proteínas são sintetizadas com um segmento extra, formado por vários aminoácidos que são removidos no acabamento final da proteína; - Nas células procariontes, as moléculas de mRNA podem ser ainda maiores, pois transcreve vários genes ao mesmo tempo,e porque nas bactérias uma longa molécula de mRNA pode ser traduzida a partir de locais diferentes, originando mais de uma proteína, conforme o local do mRNA em que a tradução teve início. -- - Os mRNA citoplasmáticos derivam de precursores nucleares conhecidos como hnRNA ( heterogenous RNA), chamados assim por apresentarem grande heterogeneidade nos pesos moleculares e na composição de nucleotídios; - Essas moléculas são partidas no núcleo, de modo ordenado. Certos pedaços são removidos e as extremidades dos segmentos que codificam proteínas se soldam (splicing), formando-se a molécula acabada de mRNA, que migra para o citoplasma. - nas células eucariontes, o DNA que transcreve os mRNA é constituído por partes( codificantes ) ( éxons) que vão ser traduzidas em proteínas, e em partes “silenciosas” ( Íntrons ) ( não codificantes) que apenas separam os éxons. - Portanto, o DNA inicialmente transcreve uma molécula enorme de hnRNA da qual os segmentos sem significado para a síntese proteica são removidos, ocorrendo então a soldagem precisa dos segmentos que levam a codificação para um tipo de molécula proteica e, assim, fica formada uma molécula de mRNA (éxons) ; e a transcrição ocorre no núcleo e a tradução, no citoplasma, por isso o RNAm precisa , ser exportado para o citoplasma; 1. Processamento do RNAm *Os íntrons são cortados por endonucleases, e os éxons são religados (=Splicing) para formar o mRNA final; * “Splicing” ou recomposição-remoção; * na outra extremidade do RNAm ( extremidade 5’ ), um pequeno capuz (cap) de 7- MG (metil-guanosina) nucleotídico é adicionado por outras enzimas, que serve pra proteger do ataque de endonucleases; * Cada molécula de mRNA recebe/tem na extremidade 3’ um prolongamento (tail)4 de poli-A (adenosina) que é adicionado ainda no interior do núcleo celular, assim que a molécula de mRNA é transcrita, por uma enzima que não requer molde (template)5 de DNA. Portanto, esse segmento do mRNA não está codificado no DNA; têm função de dar estabilidade ao RNAm; - rna primário= éxons + íntrons; - alguns genes não contêm íntrons e as moléculas de mRNA se formam diretamente do DNA, sem passar pela fase de hnRNA. - Íntrons e hnRNA só foram encontrados em células eucariontes, sendo muito pouco provável que existam nas procariontes; 4 rabo; 5 modelo ★ RNA RIBOSSÔMICO OU RNAr - mais abundante que os outros dois tipos de RNA, constituindo 80% do RNA celular. - Existe combinado com proteínas, formando partículas facilmente visíveis ao microscópio eletrônico e denominadas ribossomos. - Quando presos a filamentos de RNA mensageiro, os ribossomos formam os polirribossomos , nos quais tem lugar a síntese de proteínas. - Existem nas células dois tipos de ribossomos que se distinguem por seus coeficientes de sedimentação determinados na ultracentrífuga e expressos em unidades S ou Svedberg. ribossomos das células procariontes têm coeficiente de sedimentação de 70 S e são menores do que os ribossomos das células eucariontes, cujo coeficiente de sedimentação é de 80 S. Ambos os tipos de ribossomos são formados por duas subunidades, uma maior e outra menor, com características funcionais e estruturais diferentes As subunidades se prendem de modo reversível no início da síntese da molécula proteica, separando-se quando a proteína está terminada. - ou seja, essas subunidades estão soltas no citoplasma e se unem quando ocorre início da síntese p.; - A subunidade maior dos ribossomos das células eucariontes contém três tipos de RNA, com sedimentação de 28 S, 5,8 S e 5 S; - a subunidade maior dos ribossomos das procariontes, dois tipos de RNA: um de 23 S e outro de 5 S. - . A subunidade menor apresenta apenas um tipo de RNA: 18 S nas células eucariontes e 16 S nas procariontes. - Os ribossomos das mitocôndrias e dos cloroplastos são iguais aos das células procariontes; dado que apoia a interpretação de que essas duas organelas transdutoras de energia se originaram de bactérias que se tornaram simbiontes das células eucariontes. - Cerca de 50 variedades de proteínas foram identificadas nos ribossomos; - A basofilia citoplasmática demonstrável pelos corantes básicos e removível pela ribonuclease deve-se aos ribossomos. Estes são particularmente abundantes nas células que sintetizam grandes quantidades de proteínas, as quais têm o citoplasma fortemente basófilo. - Em alguns casos, o RNA tem ação catalítica, atuando como uma enzima Descobriu-se que esses RNA são inicialmente moléculas muito grandes das quais determinados segmentos são removidos e as partes restantes são soldadas (splicing), formando-se, assim, a molécula final do mRNA. Todo o processo se realiza, como foi comprovado in vitro, sem a participação de proteínas enzimáticas. O segmento de RNA que será removido (íntron) catalisa sua própria remoção e a união das extremidades da molécula partida. Esse segmento de RNA, in vitro, é capaz de catalisar a polimerização de polinucleotídios pequenos em polinucleotídios com mais de 30 nucleotídios, tendo sido chamado de ribozima; Outros RNA com atividade catalítica foram descobertos logo depois, foi observado que a clivagem6 para produzir a molécula de tRNA final, de tamanho menor, é catalisada por um complexo RNAproteína (ribonuclease P); mas a especificidade e a atividade enzimática desse complexo dependem mais do RNA do que da proteína. 6 corte; Separando-seo complexo RNA-proteína em suas duas partes, somente o RNA tem atividade catalítica, embora o complexo inteiro seja mais ativo. Portanto, nesse caso o RNA é essencial para a atividade enzimática e a proteína exerce um papel auxiliar, secundário; ➢ Caracterização dos RNA por técnica de hibridização com DNA Existem no citoplasma muitos RNA diferentes, necessários para a síntese das numerosas proteínas celulares, por isso a caracterização dos RNA mensageiros não é fácil. A hélice dupla de DNA é formada por duas cadeias unidas por pontes de hidrogênio que são forças fracas. Essas duas cadeias podem ser separadas facilmente pelo aquecimento brando e podem se recombinar pelo resfriamento lento; em contrapartida, as cadeias de DNA separadas podem combinar-se com moléculas de RNA, processo muito seguro para caracterizar uma molécula de RNA, pois ela se combina exclusivamente com o segmento de DNA do qual foi transcrita. CARBOIDRATOS principal fonte de energia da célula; outros nomes : glicídios; hidratos de carbono ( por ser um carbono ligado à várias moléculas de água ); compostos de carbono, hidrogênio e oxigênio; constituintes estruturais importantes das membranas celulares e matriz extracelulares; são polímeros de monossacarídeos; há polissacarídeos com moléculas lineares, enquanto outros têm moléculas ramificadas; polissacarídios simples ou homopolímeros : formados por um único tipo de monossacarídeo. ex. glicogênio, amido são polímeros simples de D-glicose polissacarídios complexos ou heteropolímeros: formados por mais de um tipo de monossacarídio. Os polissacarídios associados à superfície externa da membrana celular desempenham papel estrutural e informacional, muitas vezes fazendo parte das moléculas dos receptores; de acordo com o número de monômeros podem ser classificados em : monossacarídios, dissacarídios, oligossacarídios ou polissacarídios; ➔ Monossacarídeos são açucares simples com fórmula geral Cn(H2O)n ; são classificados com base no n° de carbonos que têm, em trioses, tetroses, pentoses e hexoses; ex. - pentoses estão presentes no nucleotídeos do DNA e RNA ( pentoses riboses e desoxirribose ); - xilose é outra pentose presente em algumas glicoproteínas ; - hexose, como exemplo têm a glicose ; - outras hexoses que podem estar associadas entre si, sob a forma de oligossacarídeos ou polissacarídeos são a galactose, manose, frutose, fucose, ácido glicurônico e ácido idurônico; - algumas hexoses possuem um grupo amina e se encontram acetiladas como a N - acetilglicosamina e a N - acetilgalactosamina; - ácido N - acetilneuramínico ( ou ácido siálico ) resulta da ligação de uma amino-hexose com um composto de 3 carbonos ( ácido pirúvico ); ➔ Dissacarídeos são açúcares formados pela combinação de 2 monômeros de hexose ( reação de desidratação com perda de uma molécula de água ); fórmula C12H22O11; Hexose C6(H12O6 ) + hexose - H2O = C12H22O11 ex. Lactose ( glicose + galactose ); açúcar do leite; importante nos mamíferos; maltose ( glicose + glicose ); sacarose ( glicose + frutose ); ➔ Oligossacarídeos no organismo não estão livres, mas sim unidos à lipídios e a proteínas, de modo que fazem parte de glicolipídios e glicoproteínas; são cadeias, às vezes ramificadas, compostas por diferentes combinações de monossacarídeos; os oligossacarídios que se ligam à proteínas ( glicoproteínas ) conectam-se com a cadeia protéica por intermédio do grupo OH ( ligação O-glicosídica ou ligação O ) de uma serina ( aminoácido ) ou de uma treonina ( aminoácido ) ou por meio do grupo amida ( ligação N-glicosídica ou ligação N ) de uma asparagina ( aminoácidos ); No que diz respeito ao oligossacarídeo, nas ligações 0-glicosídicas pode intervir uma N-galactosamina e, nos N-glicosídicos, uma N-acetilglicosamina; Portanto, estes monossacarídeos são os mais próximos da proteína. Ao contrário, os ácidos siálicos às vezes se localizam na periferia do oligossacarídeo; Os oligossacarídeos ligados por ligações O podem possuir uma galactose ligada à primeira N-acetilgalactosamina . Em seguida, os monossacarídeos restantes combinam-se de forma diferente, segundo o tipo de oligossacarídeo; Os oligossacarídeos ligados por meio de ligações N contêm um núcleo pentassacarídico comum, composto por duas N-acetilglicosaminas (uma delas ligada à asparagina) e três manoses. Os monossacarídeos restantes unem-se a este núcleo em combinações distintas, o que gera uma extensa variedade de oligossacarídeos e, por conseguinte, uma grande diversidade de glicoproteínas; o número de cadeias oligossacarídeas que se ligam a uma mesma proteína é muito variável; ➔ Polissacarídeos Os polissacarídeos resultam da combinação de muitos monômeros de hexoses, com a perda correspondente de moléculas de água; fórmula (C6H10O5)n; ex. glicogênio : reserva energética dos animais; são polímeros da D-glicose; está sob a forma de grânulos no citoplasma; esses grânulos além de polissacarídeos têm proteínas ( como as enzimas responsáveis pela síntese e despolimerização do glicogênio ) ; A D-glicose recebida em excesso pela célula é adicionada, por processo enzimático, às extremidades da molécula de glicogênio e nos momentos de necessidade, também por atividade enzimática, libertam-se moléculas de D-glicose, que serão utilizadas para os processos metabólicos da célula; Algumas células, como as do fígado, lançam glicose no sangue, para manter estável a concentração desse açúcar no plasma sanguíneo, o que é de grande importância para as funções dos diversos tecidos do corpo; A molécula de glicogênio tem dimensões variáveis e é muito ramificada em todas as direções do espaço; amido : reserva energética na célula vegetal; constituídos de polímeros de D-glicose; composta de 2 tipos de moléculas , amilose ( polímero linear ) e amilopectina ( polímero ramificado ), ambos constituidos de glicoses; celulose : elemento estrutural importante da parede vegetal; também constituídas de polímeros de glicose; todas esses exemplos diferem porque existem diferentes tipos de ligações entre seus monômeros; há também polissacarídios complexos, chamados de glicosaminoglicanas ( GAG ) : compostos por uma sucessão de uma mesma unidade dissacarídica, onde um dos monômeros é um ácido glicurônico, um ácido idurônico ou uma galactose; Já o outro monômero tem um grupo amina, que pode ser uma N-acetilglicosamina ou uma N-acetilgalactosamina; As GAG mais importantes são o ácido hialurônico ( hialuronana ), sulfato de condroitina, dermatansulfato, heparansulfato e o queratansulfato. quase todas estão ligadas à proteínas ( glicoproteínas ) chamadas proteoglicanas, que prevalecem no meio extracelular; Ela se liga à proteína mediante um tetrassacarídeo composto por uma xilose, duas galactoses e um ácido glicurônico. A xilose liga-se a uma serina da proteína mediante uma ligação O, enquanto o ácido glicurônico o faz com a primeira hexose da GAG; há polissacarídeos que fazem parte da superfície celular, onde participam do reconhecimento entre as células para constituir os tecidos ( glicocálice ), da constituição dos receptores celulares e das ligações estruturais entre o citoplasma e a matriz extracelular; Combinados com proteínas, os polissacarídios estruturais fazem parte do glicocálice, da parede das células bacterianas e da parede das células das plantas. Os polissacarídeos têm funçõesenergéticas, estruturais e informacionais (glicocálice, hormônios glicoproteicos); LIPÍDIOS - são um grupo de moléculas caracterizadas por sua insolubilidade em água e solubilidade em solventes orgânicos (por isso têm moléculas muito diferentes); - Possuem longas cadeias hidrocarbonadas, alinfáticas ou anel benzeno, que são estruturas não polares ou hidrófobas; - De acordo com suas funções principais, podem ser divididos em duas categorias: lipídios de reserva nutritiva e lipídios estruturais. - têm papel relevante na manutenção da estrutura das membranas celulares; - vitaminas A,E e K são lipídios com importantes atividades biológicas; - Os hormônios esteróides, por ex., da adrenal, do ovário, do testículo e o 1,25- di-hidroxicolecalciferol ( substância ativa formada no organismo dos mamíferos a partir da vitamina D ) são lipídios informacionais ( transportam informações ); - A presença de longas cadeias hidrofóbicas é de grande importância biológica, pois são elas que possibilitam a interação hidrofóbica responsável pela associação de lipídios para formar a bicamada lipídica das membranas celulares; - A fixação das proteínas integrais das membranas se dá pela interação das porções hidrofóbicas das moléculas dessas proteínas com os lipídios das membranas; - A interação hidrofóbica também é importante no transporte de lipídios no plasma. Por ex., os esteróides circulam presos a uma região hidrofóbica da superfície da molécula de albumina, que é solúvel em água. - têm menor diversidade funcional do que as proteínas e polissacarídeos; - apresentam, principalmente, função energética e estrutural; - Sua atividade informacional é restrita a alguns hormônios esteróides; ● Lipídios de reserva nutritiva chamados também de gordura neutra; consistem principalmente de triacilgliceróis ( triglicerídios ); servem como reserva nutritiva para o organismo; são bons isolantes térmicos, oferecem proteção contra o frio para animais que vivem em ambientes em que a temperatura é baixa, como ursos, pinguins e outros ( Nesses animais existe uma camada de células adiposas sob a pele, que funciona como eficiente isolante térmico ); são compostos formados de ácidos graxos combinados à glicerol por ligações ésteres que são formadas por reação de desidratação ( c/ liberação de água ); ★ TRIGLICERÍDEOS - um dos principais lipídios; - formados por três ligações éster (triéster) entre ácido graxo e glicerol; - produzidos pela adição de um ácido graxo de cada vez; - monoglicerídeos ( tem 1 ácido graxo esterificado ); - diglicerídeos ( tem 2 ácidos graxos esterificados ); - triglicerídeos ( tem 3 ácidos graxos esterificado ); - os glicerídeos com predominância de triglicerídeos estão presentes no citoplasma de quase todas as células; - há também células especializadas para o armazenamento desses compostos ricos em energia ( células adiposas ); - os ácidos graxos podem ser idênticos ou podem variar no tamanho das moléculas e grau de saturação7 ( geralmente ); - aqueles que tem muitos ácidos graxos saturados são sólidos ou semissólidos na T° ambiente; - aqueles com ácidos graxos insaturados são líquidos na T° ambiente, conhecidos como óleos vegetais nas plantas; - A abundância de ácidos graxos insaturados, cujas moléculas têm forma irregular, impede a ordenação das moléculas para constituir o estado sólido, por isso, os óleos vegetais têm ponto de fusão mais baixo e são metabolizados mais facilmente pelos organismos dos animais; - os ácidos graxos são constituídos por longas cadeias hidrocarbonadas ( c/ carbono e água ); ou seja, por uma cadeia hidrocarbonada hidrofóbica ( apolar ) e ácido carboxílico hidrofílico ( polar ); Os grupos carboxila destes ácidos reagem com os grupos hidroxila do glicerol; ácidos graxos insaturado e saturado - Os ácidos graxos mais frequente nas gorduras neutras são os de 16C e 18C (n.º pares); • ácido palmítico - 16C; • ácido esteárico e ácido oleico - 18C 7 Diz-se saturado o ácido graxo que não apresenta ligações duplas entre seus átomos de carbono e não podem receber mais átomos de H. ● Lipídios Estruturais - São componentes das membranas celulares: membrana plasmática, envoltório nuclear, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, endossomos, mitocôndrias, cloroplastos, lisossomos etc; - Muitas propriedades dessas membranas decorrem das características químicas e físicas de seus lipídios. - são mais complexos que os de reserva, pois são anfipáticos, suas moléculas são longas e têm uma extremidade polar ( hidrofílica, com carga elétrica ) e uma longa cadeia apolar ( hidrofóbica, não ionizada, solúvel em lipídios e geralmente tem 2 cadeias alifáticas ); - aqueles com papel essencialmente estrutural são os fosfolipídios ( fosfoglicerídeos e esfingolipídios ), glicolipídios e o colesterol; ● Fosfolipídios : existem 2 tipos; -possuem duas caudas hidrofóbicas não-polares longas (dois ácidos graxos) e uma cabeça hidrófila polar constituída por glicerol (exceto na esfingomielina), um segundo álcool e um fosfato; -é molécula anfipática; -constituem os principais componentes das membranas celulares e tanto sua anfipatia como as características de seus ácidos graxos (número de carbonos, presença de ligações duplas) conferem-lhes muitas de suas propriedades; -quando os fosfolipídios se dispersam em água, adotam espontaneamente uma organização idêntica à das membranas celulares, com suas cabeças polares dirigidas para fora e suas caudas não-polares confrontadas entre si no interior da dupla camada ★ Glicerofosfolipídios ou Fosfoglicerídeos têm dois ácidos graxos unidos a uma molécula de glicerol, já que o terceiro grupo hidroxila deste álcool encontra-se esterificado com um fosfato, ligado por sua vez a um segundo álcool, esses álcoois podem ser etanolamina, a serina, a colina ou o inositol, com eles, são obtidos os fosfolipídios chamados fosfatidiletanolamina (PE),fosfatidilserina (PS),fosfatidilcolina (PC) e fosfatidilinositol (PI); uma das hidroxilas primárias, isto é, a do carbono 1 ou a do 3 do glicerol, é esterificada pelo ácido fosfórico. As outras duas hidroxilas são esterificadas por ácidos graxos, sendo o ácido graxo do carbono 2 em geral insaturado; O fosfoglicerídio mais simples é o ácido fosfatídico, constituído apenas por um resíduo de glicerol, um de ácido fosfórico e dois de ácidos graxos; Ele existe em pequena quantidade nas membranas celulares; Os Fosfoglicerídeos mais abundantes nas membranas são: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol. Como o inositol do PI pode estar combinado com um, dois ou três fosfatos, a célula também tem fosfatidilinositol 4-fosfato (PIP), fosfatidilinositol 4,5-difosfato (PIP2) e fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3); na membrana interna das mitocôndrias, existe um glicerofosfolipídio duplo denominado difosfatidilglicerol, que comumente tem o nome de cardiolipina). É composto de dois ácidos fosfatídicos ligados entre si por uma terceira molécula de glicerol ; ★ Esfingolipídios ou Esfingofosfolipídeo é um amino-álcool ( esfingosina ) em substituição ao glicerol e a um dos ácidos graxos; o existente na célula é a esfingomielina ( produzida pela combinação da fosforilcolina + ceramida ); muito abundante nas bainhas de mielina do tecido nervoso; fosforilcolina ( fosfato + colina ) encontra-se também na fosfatidilcolina; ceramida ( ácido graxo + esfingosina ); têm uma extremidade polar e duas caudas apolares. ● Glicolipídios têmextremidades polares formadas por glicídios, principalmente D-galactose; suas moléculas, em geral, são formadas por moléculas glicídicas, uma de glicerol e duas de ácidos graxos; não tem ácido fosfórico; um dos importantes são gangliosídeos e cerebrosídeos; ★ Gangliosídeos apresentam glicídios muito complexos. ex. do tecido nervoso isolou-se o gangliosídeo GM2 constituído pelas seguintes moléculas: um ácido graxo, esfingosina, D-glicose, D-galactose, N-acetil-Dgalactosamina e ácido N-acetilneuramínico. é similar à dos cerebrosídios; porém, o carboidrato não é a glicose nem a galactose mas sim um oligossacarídeo composto por vários monômeros, um a três dos quais são ácidos siálicos; Os diferentes tipos diferem entre si tanto pelo número quanto pelo ordenamento relativo de seus monômeros; Geralmente, ela ou os ácidos siálicos localizam-se na parte final do oligossacarídeo; ★ Cerebrosídeos formados pela ligação de uma glicose ou de uma galactose + ceramida; são glicoesfingolipídios, pois tem esfingosina e glicídios; trata-se de esfingomielinas cujas fosforilcolinas são substituídas por um destes monossacarídeos; ● Esteróides são lipídios derivados de um composto (ciclopentanoperidrofenantreno); um dos mais importantes são os colesteróis; assumem funções diferentes de acordo com os grupos químicos que estejam unidos a sua estrutura básica; os principais são os hormônios sexuais ( estrógenos, progesterona, testosterona ), supra - renais ( cortisol, aldosterona ), vitamina D e os ácidos biliares; ★ Colesterol encontrado nas membranas e em outra partes da célula e também fora dela; A hidroxila de seu carbono 3' lhe confere propriedades anfipática; contém o núcleo peridrociclopentanofenantreno, com uma hidroxila no carbono 3 e uma cadeia alifática, com oito ou mais átomos de carbono, ligada ao carbono 17 do núcleo ; quantidade muito menor nas membranas das mitocôndrias e do retículo endoplasmático da c. animal; reduz a fluidez das membranas ; células dos vegetais não contêm colesterol, daí é então substituído por outros esteróis, denominados coletivamente de fitoesteróis; ★ Poliprenóides são compostos derivados do hidrocarboneto isopreno ; Entre eles encontra-se o dolicol fosfato, uma molécula pertencente à membrana do retículo endoplasmático desenhada para incorporar oligossacarídeos aos polipeptídeos durante a formação das glicoproteínas; Outro poliprenóide comum nas células faz parte da ubiquinona, uma molécula da membrana mitocondrial interna; PROTEÍNAS ● são macromoléculas que contêm um número variável de L-aminoácidos, unidos por ligações peptídicas. ● presentes em cada célula e em cada organela. ● podem ser estruturais ou enzimáticas. ● sua diversificação estrutural se reflete nas suas múltiplas funções biológicas, pois são os mais polifuncionais; ● Além da atividade enzimática, as proteínas têm importante função estrutural (nos filamentos intermediários, microfilamentos e microtúbulos), informacional (nos hormônios protéicos) no movimento das células (exemplificado pela atividade motora do complexo actina-miosina) e, finalmente, uma pequena importância como fonte energética; ● formadas por polímeros (monômeros) de aminoácidos. Assim, são chamadas de cadeias polipeptídicas, e ao atingirem determinada dimensão, recebem o nome de proteínas; ● o termo sugere que todas as funções básicas das células dependem de ptns específicas; pode -se dizer que sem as ptns, não existiria vida; ● são cadeias de aminoácidos ligadas por ligações peptídicas (cadeia polipeptídica); ● um aminoácido (ácido orgânico) tem um carbono alfa ligado a um grupo carboxila ( --COOH), a um hidrogênio, a um grupo amina ( NH2 ) e à um radical ( R ) que é diferente em cada tipo de aminoácido. ( exceção: prolina e hidroxiprolina, possuem imino, NH, no lugar do grupo amina; são iminoácidos,mas estão junto com os aminoácidos por terem propriedades semelhantes ) ● estrutura aminoácido: ● só 20 aminoácidos são encontrados nas ptns : hidrófobos; 2 têm um átomo de enxofre ( S ) Os nomes dos aminoácidos são abreviados usando-se as três primeiras letras da nomenclatura inglesa (salvo cinco exceções) ou por meio de um código que empregue uma única letra. No caso da cisteína, duas de suas moléculas podem formar uma ponte dissulfeto (-S-S-). Esta ligação é do tipo covalente, já que os átomos de H de ambos os grupos -SH são eliminados : ● Para formar uma proteína, um grupo amina ( NH2 ) se liga à um grupo carboxila, liberando água ( desidratação ), chamada de ligação peptídica; ● a molécula formada continua sendo anfótera8, por manter em uma das extremidades um grupo amina ( terminação ) e em outra extremidade um grupo carboxila ( terminação ); 8 que congrega em si duas qualidades ou características opostas; tem uma parte básica e ácida; - combinação de 2 aminoácidos : dipeptídeo; - combinação de 3 aminoácidos: tripeptídeo; - quando se unem entre si alguns aminoácidos : oligopeptídeos; - combinação entre muitos aminoácidos : polipeptídeos; - distância entre duas ligações peptídicas é de aproximadamente 0,35 nm; formação de polipeptídeos; orientação de sua síntese vai de N-terminal para C-terminal ● Podem ser classificadas em duas categorias: - Simples : formadas exclusivamente por aminoácidos; - Conjugadas : ligadas à partes não-protéicas ( grupo prostético ) ex. nucleoproteínas (grupo prostético são ácidos nucléicos), glicoproteínas ( g.p. são glicídios,polissacarídeos), lipoproteínas ( g.p são lipídios ), fosfoproteínas ( g.p. têm fósforo ), hemeproteínas ( peroxidases, catalases e citocromos; contém um grupo heme, ferroporfirina ), flavoproteínas ( têm riboflavina ), metaloproteínas ( g.p. é um metal,por ex. insulina e anidrase carbônica, que contêm zinco, ou um composto inorgânico que tenha metal, ex. ferritina); cromoproteínas ( g.p. tem pigmentos, ex. hemoglobina, mioglobina, g.p. é um grupo heme neles ); ● o grupo amina e carboxila são ionizáveis, dando carga elétrica às proteínas e condiciona a sua migração em um campo elétrico. ● Conforme haja predominância de grupos NH2 ou COOH, as proteínas são básicas ou ácidas, respectivamente; ● a forma tridimensional das ptns está relacionada com a sequência de aminoácidos e com o número de cadeias polipeptídicas da sua molécula; ● conhecimento da forma tridimensional dela em estado nativo ( configuração nativa9 ) é importante porque é dessa maneira que elas mostram atividades e interagem umas com as outras. ● forma da ptns é mantida por: - ligação peptídica ( resultante de ligação covalente ); - interação hidrofóbica; - pontes de hidrogênio; - ligações dissulfeto ou S-S ( ligações covalentes entre moléculas do aminoácido cisteína ) ● o número e a sequência dos resíduos aminoácidos10 em uma cadeia polipeptídica, determinam a estrutura primária da ptn. Estruturas das ptns : ➔ Primária : compreende a sequência dos aminoácidos que formam a cadeia protéica. essa sequência determina a organização das outras estruturas; mantida por ligações peptídicas; ex. Sua importância biológica encontra um exemplo na doença hereditária chamada anemia falciforme, na qual ocorrem alterações funcionais profundas pela substituição de um único aminoácidona molécula de hemoglobina. ➔ Secundária : diz respeito à configuração espacial da proteína, que se deriva da posição de determinados aminoácidos em sua cadeia; mantidas por ligações peptídicas e pontes de hidrogênio; as cadeias se dobram e se enrolam de modo complexo, constituindo um arranjo espacial definido e típico de cada proteína; ex. algumas proteínas (ou parte delas) têm uma forma cilíndrica denominada hélice alfa, nela, a cadeia polipeptídica se enrola em tomo de um cilindro imaginário porque se formam pontes de hidrogênio entre os grupos amina de alguns aminoácidos e os grupos carboxila de outros, situados quatro posições mais adiante; 9 forma tridimensional que uma molécula apresenta nas condições de pH e temperatura existentes nos organismos vivos; 10 são aqueles átomos perdidos na formação da ligação peptídica; Outras proteínas (ou parte delas) exibem uma estrutura chamada folha dobrada beta, nela, a molécula adota a configuração de uma folha dobrada em decorrência da ligação, mediante pontes de hidrogênio laterais, de grupos amina com grupos carboxila da mesma cadeia polipeptídica ; ➔ Terciária : é consequência de novas dobraduras na estrutura secundária hélice-alfa e folha dobrada-beta, que dá lugar à configuração tridimensional da proteína, formando estruturas/ptns globosas ou alongadas (fibrosas); fibrosas, formadas a partir de cadeias polipeptídicas (ou de segmentos protéicos) com estrutura secundária tipo hélice alfa exclusivamente, comprimento-largura maior que 10:1 ; ex. hemoglobina, mioglobina, hemocianina, as proteínas com atividade enzimática e as proteínas das membranas celulares. globosas, formadas tanto a partir de hélices alfa como de folhas dobradas beta, ou de uma combinação de ambas; sustentada por pontes de hidrogênio, ligação iônicas,Atração de Van der Waals e pontes dissulfeto; tem uma relação comprimento-largura menor do que 10:1; ex. queratina ( intracelular ), colágeno ( extracelular, que constitui as fibrilas colágenas ) ➔ Quaternária o modo específico das subunidades ou monômeros( cadeias polipeptídicas, podendo ser iguais ou diferentes ) se juntarem para formar a ptn; ou seja, resulta da combinação de dois ou mais polipeptídios,originando moléculas de grandes complexidades; mantida graças à numerosas ligações fracas, como ponte de hidrogênio; ex. formam estruturas, como, microtúbulos, microfilamentos, capsômeros dos vírus e os complexos enzimático, fibrilas colágenas, hemoglobina; - Ligações que determinam a estrutura de ptn: ➔ ligações covalente ( ex.dissulfeto) ➔ não covalentes ( fracas, fáceis de quebrar ) : pontes de hidrogênio, que são produzidas quando um próton (H+) é compartilhado entre dois átomos eletronegativos (de oxigênio ou de nitrogênio) próximos entre si. Iônicas ou eletrostáticas, que são o resultado da força de atração entre grupos ionizados de carga contrária. Interações hidrófobas, que dão lugar à associação de grupos não-polares na qual se exclui o contato com a água; nas proteínas globulares, as cadeias laterais mais hidrófobas localizam-se no interior das moléculas, enquanto os grupos hidrófilos situam-se na superfície. Assim, os resíduos hidrófobos repelem as moléculas de água que rodeiam as proteínas e determinam que sua estrutura globular se torne mais compacta. Interações de Van der Waals, que são produzidas quando os átomos estão muito próximos. Esta proximidade induz a flutuações em suas cargas, que dão origem a atrações mútuas entre os átomos. Em geral, as ligações covalentes rompem-se pela intervenção de enzimas, enquanto as não-covalentes se dissociam por forças físico-químicas. Ainda que individualmente as ligações não-covalentes sejam fracas, quando são numerosas fazem com que a estrutura molecular se tome estável, como ocorre com a dupla cadeia do DNA. ● As proteínas têm cargas positivas e negativas, mas no ponto isoelétrico sua carga é igual a zero : A carga real de uma molécula protéica é o resultado da soma de todas as suas cargas. Uma vez que os grupos ácidos e básicos se dissociam em concentrações distintas de íons hidrogênio no meio, o pH influi na carga final da molécula; no meio ácido, os grupos amina captam H+ e se comportam como bases, enquanto em um meio alcalino ocorre o fenômeno inverso e se dissociam· os grupos carboxila ; Existe um pH definido para cada proteína no qual a soma das cargas positivas 'e negativas é igual a zero (ponto isoelétrico). Nele as proteínas colocadas em um campo elétrico não migram para nenhum dos pólos, enquanto num pH mais baixo deslocam-se para o catodo e num pH mais alto o fazem para o anodo; ● Chaperonas : Nos diversos locais do ambiente intracelular, muitas proteínas estão se formando simultaneamente, o que dificulta a estruturação dos complexos proteicos. Essa dificuldade é contornada pelas moléculas chaperonas, que são proteínas cuja função principal é se unirem às cadeias polipeptídicas nascentes, até que elas se liguem a outras cadeias polipeptídicas, para formar corretamente as complexas moléculas finais. Sem o trabalho das chaperonas, formar-se-iam muitos agregados proteicos sem atividade funcional, pela união, ao acaso, das numerosas cadeias polipeptídicas que são continuamente sintetizadas na célula. não só minimizam a agregação errada das cadeias polipeptídicas, como desfazem as agregações defeituosas e promovem a eliminação, por hidrólise, das moléculas proteicas incorretamente formadas ; impedem o enovelamento das moléculas protéicas sintetizadas no citosol, porém, destinadas às mitocôndrias; Os mecanismos de transferência de proteínas para dentro das mitocôndrias só funcionam para transportar moléculas distendidas, e nunca moléculas já dobradas em sua configuração final. Depois da penetração da proteína mitocondrial distendida pela chaperona respectiva, as duas se separam, e a proteína mitocondrial assume sua forma retorcida final, ativa; Nas cisternas do retículo endoplasmático existe uma chaperona que auxilia a orientação do dobramento de moléculas proteicas para que elas assumam a conformação tridimensional correta; principais são hsp60 e hsp70; A abreviatura provém de heat shock protein, porque elas aumentam de quantidade quando as células são levadas a temperaturas mais elevadas, e o número indica o peso molecular expresso em quilodáltons (kDa); ENZIMAS ( E ) ● efetuam os processos de síntese e degradação de várias substâncias; ● atuam na temperatura e dentro de limites estreitos de pH; ● possuem padrões de distribuição bastante específicos. ● são catalisadores biológicos; ● catalisador: substância que acelera as reações químicas sem se modificar, podendo ser usada mais de uma vez; ● O conjunto das enzimas constitui o grupo de proteínas mais extenso e mais especializado do organismo, responsável pela direção da complexa rede de reações químicas que ocorrem na célula; ● as enzimas ( E ) são proteínas ou glicoproteínas que têm um ou mais lugares ( sítios ativos ), os quais se unem à substratos ( S ), ou seja, à substância sobre a qual a enzima atua; O substrato é modificado quimicamente e convertido em um ou mais produtos ( P ); é uma reação reversível : E + S *--- [ES] *------ E + P ----* ------* obs: ES é um complexo enzima-substrato ● Os diferentes tipos de enzimas podem formar ligações covalentes entre átomos do substrato (síntese) ou podem rompê-las (degradação). ● aceleram a reação até que seja alcançado um ponto de equilíbrio; ● Atuam de forma específica, como chave-fechadura, sobre o substrato no qual age; cada tipo de enzima atua somente sobre um determinado substrato ● na célula existem moléculas com atividade enzimática que não são proteínas e sim ácidos ribonucléicos.Recebem o nome de ribozimas (RNA) e catalisam a formação da ruptura de ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos ● produzidas sob o controle do DNA. Elas são os efetores da informação genética contida no DNA, e é por meio delas que o DNA comanda todo o metabolismo celular; ★ Ação Enzimática O composto que sofre a ação de uma enzima chama-se substrato. A enzima contém um ou mais centros ativos, aos quais o substrato se combina para que seja exercida a ação enzimática. A forma tridimensional da enzima é importante para a sua atividade, pois os centros ativos são regiões cuja conformação tridimensional é complementar da molécula do substrato. Essa estereocomplementaridade é essencial para que se verifique o encaixe tridimensional preciso entre a enzima e seus substratos. é por meio desse encaixe que a enzima reconhece e se prende com maior ou menor intensidade (afinidade) a seus substratos. há enzimas que só atuam sobre um substrato específico. ex. desidrogenase láctica é específica para o L-lactato, e a D-aminoácidooxidase só ataca os D-aminoácidos. há enzimas que atuam sobre substratos que tem alguma característica estrutural em comum. ex. fosfatases, que hidrolisam diversos ésteres do ácido fosfórico. sítio ativo da enzima se faz complementar ao substrato somente depois de ter se unido a ele; é o chamado encaixe induzido; a ligação com o substrato induz uma mudança de conformação na enzima, e somente então os grupos catalíticos entram em contato íntimo com o substrato; Na ligação do substrato com o sítio ativo da enzima participam forças químicas de natureza não covalente (ligações iônicas, pontes de hidrogênio, forças de van der Waals); Após ocorrer a reação, a enzima se desprende e está pronta para outra reação; ★ Co - fatores - para exercer suas atividades, muitas enzimas precisam de cofatores ( íon metálico ou molécula ); - quando é molécula, chamado coenzimas. - Ao contrário da própria enzima, que, sendo proteína, é desnaturada e inativada por temperaturas muito elevadas, em geral as coenzimas são termoestáveis. - Alguns cofatores estão ligados de modo permanente e íntimo à molécula da enzima, enquanto outros a ela se unem temporariamente, durante a ação enzimática. - enzima + cofator = holoenzima; - enzima sem o cofator é inativa, chamada = apoenzima; - Quando o cofator está fortemente ligado à molécula da apoenzima, ele constitui um grupo prostético e a enzima deve ser considerada uma proteína conjugada. - A parte ativa de muitas coenzimas contém vitaminas do grupo B, como riboflavina, tiamina, ácido pantotênico e nicotinamida. ★ Nomenclatura : substrato + sufixo ase ex. Ácido ribonucleico - ribonuclease. Amido - amilase • exceções, ex.: pepsina, tripsina. ★ Fatores que influenciam a velocidade da atividade enzimática - A atividade das enzimas, muito sensível a diversos agentes químicos e físicos, é capaz de ser inibida de várias maneiras. A inibição pode ser competitiva ou não competitiva. - Temperatura, pH, concentração do substrato, presença de ativadores ou inibidores; ➢ Temperatura - o frio deprime a atividade enzimática, retardando os processos de lise celular e a deterioração de amostras de tecidos, sangue, urina etc; -utilizadas em exames de laboratório. No transplante de órgãos, é comum o uso de temperaturas baixas para melhor preservação dos tecidos a serem transplantados; -Temperaturas muito baixas obtidas, geralmente, pelo uso de nitrogênio líquido são utilizadas de rotina na preservação de culturas de tecidos (criopreservação, amostras de tecidos para posterior análise bioquímica, sementes de plantas, espermatozoides para inseminação artificial e embriões para transplante; -Temperaturas elevadas podem desnaturar as proteínas/enzimas; - A enzima perde sua configuração nativa e, consequentemente, sua ação, pois o sítio de ligação ao substrato, não é mais reconhecido; -desnaturada volta a estrutura primária; -A desnaturação, em certos casos, é reversível; -com baixa T° , tem baixa atividade enzimática; ➢ pH - podem desnaturar as proteínas/enzimas; -O pH ideal para o funcionamento da enzima é específico para cada enzima; -Enzimas do estômago humano não podem atuar em pH neutro (por exemplo), pois o ambiente do estômago tem pH 2; -Mudanças no pH provocam a desnaturação da enzima, mas, em certos casos, este evento é reversível; ➢ Concentração de substratos - pode influenciar a velocidade da ação da enzima; -Quanto mais aumenta a concentração do substrato, maior velocidade é observada na ação da enzima, mas chega um ponto de saturação, pois todas as enzimas estão ocupadas; ➢ Inibidores ou ativadores enzimáticos influenciam a atividade enzimática; há inibidores competitivos : Quando uma substância resistente à ação enzimática, porém de molécula muito parecida com a do substrato da enzima, se fixa nos centros ativos da molécula enzimática; inibidor compete com o substrato para se localizar no centro ativo, e o grau de inibição é influenciado pela concentração do substrato. Quanto maior a concentração do substrato, menor a probabilidade de o inibidor chocar-se com as moléculas da enzima e ocupar seus centros ativos; há inibidores não-competitivos : é reversível; depende da concentração do inibidor; o inibidor e o substrato não se relacionam estruturalmente, porém, da mesma forma, se unem por outros pontos de suas moléculas. ex. combinação reversível de metais pesados com os grupos -SH da molécula enzimática. altera a forma tridimensional da molécula da enzima e impede sua atividade; ocorre i.n.c. quando a enzima precisa de certos íons e estes são removidos da solução; ex. enzimas que necessitam de Mg2+ são inibidas pelo EDT A ( etilenodiaminotetracetato de sódio), pois esse composto forma um complexo com cátions divalentes e, desse modo, remove o Mg2+ da solução. A inibição é reversível pela adição de cátions Mg2+. ★ Enzimas se agrupam em complexos ou se prendem à membranas, para aumentar sua eficiência: -a maioria das enzimas funciona em sequência ( cadeia enzimática ), de modo que o produto resultante da ação de uma enzima é o substrato para a enzima seguinte. -Um sistema muito eficiente e frequente nas células é o representado pelos complexos de moléculas enzimáticas. Nele, todas as enzimas da cadeia se associam para formar um conjunto de moléculas que se mantêm unidas por forças químicas fracas (estrutura proteica quaternária); ex. Na célula da levedura, por exemplo, as enzimas que sintetizam ácidos graxos a partir de pequenas moléculas formam uma cadeia que consiste em sete enzimas que se associam para formar um complexo multienzimático; - torna o sistema mais rápido, uma vez que os substratos não precisam deslocar-se muito de uma enzima para outra; -As cadeias enzimáticas mais bem organizadas e, portanto, mais eficientes são as que estão ligadas a membranas, como, por exemplo, a cadeia das enzimas respiratórias (transportadoras de elétrons) que estão presas à membrana interna das mitocôndrias; ★ Regulação Alostérica -Muitas cadeias enzimáticas são moduladas por autorregulação, sobretudo pelo efeito do produto final da cadeia sobre a primeira enzima da sequência. - tipo muito frequente de regulação enzimática - o efetor combina-se com a enzima em um local diferente do centro ativo e denominado centro alostérico; Em consequência, ocorre uma modificação na conformação tridimensional da molécula enzimática, com alteração do centro ativo da enzima, cuja atividade catalítica é inibida ; -Outras vezes, a atividade da enzima é modulada pela interação com outras proteínas ou então pela adição covalente de radicais fosfato aos aminoácidos serina, treonina ou tirosina presentesna molécula enzimática; ex. a L-treonina é transformada em L-isoleucina por meio de urna cadeia de cinco enzimas. A primeira enzima dessa cadeia é a L-treonina-desaminase, cuja atividade é diminuída ou suprimida pela L-isoleucina. Desse modo, a falta de L-isoleucina provoca o funcionamento da cadeia em toda a sua intensidade, enquanto o excesso de L-isoleucina faz a cadeia diminuir de ritmo, ou mesmo parar a produção de mais L-isoleucina. Assim sendo, a concentração desse aminoácido na célula permanece dentro dos limites normais; - A enzima sensível a esse tipo de controle - no exemplo citado, a L-treonina-desaminase - chama-se enzima reguladora, e a substância inibidora - no caso a L-isoleucina - é conhecida como efetor ou modulador. ex.. A fosforilação de proteínas desempenha importante papel regulador não apenas em reações metabólicas, mas também em muitos outros processos celulares como crescimento, diferenciação celular, desmontagem do envoltório nuclear na prófase e sua reorganização na telófase. enzimas alostéricas: possuem um sítio, além do sítio de ligação ao substrato, chamado de sítio alostérico (ou de regulação); Retroinibição ou inibição alostérica: É o mecanismo pelo qual as enzimas alostéricas atuam. Ex: o aminoácido treonina é transformado em isoleucina por uma cadeia de 5 enzimas. ★ Isoenzima -são as enzimas de uma mesma espécie animal que atuam sobre o mesmo substrato, mas que exibem diferenças na atividade, no pH ótimo de ação, na mobilidade eletroforética ou em outras características; -constituída por cadeias polipeptídicas (monômeros) diferentes, agrupadas em proporções variáveis. As diferenças de atividade entre as enzimas são consequência das diversas proporções dos monômeros em suas moléculas.; - suas diferenças de atividade são utilizadas pelas células para modular os efeitos dessas enzimas, de acordo com suas necessidades; ex. a isoenzima desidrogenase do acido láctico. Sua molécula é constituída por quatro cadeias polipeptídicas (monômeros), de dois tipos diferentes, chamados M e H. Conforme a proporção desses dois monômeros, existem cinco desidrogenases do ácido láctico. Essas cinco desidrogenases lácticas foram isoladas em forma pura. Todas atacam o mesmo substrato (ácido láctico); porém, o fazem em velocidades diferentes.
Compartilhar