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BIOQUÍMICA - Aula 1 AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS Aminoácidos - >300 na natureza - Ser humano só usa 20 para formar proteínas - Não são armazenados do corpo - Carbono central, ligado à um grupo amina, um grupo carboxila e o radical (que os diferencia) - C, H, O, N - Isomeria: D e L - No metabolismo humano são utilizados os L (se for D, há enzimas que mudam para tipo L) - Classificados por valores nutricionais → essenciais e não essenciais. - Classificados em relação ao radical → polar, apolar, positivos, negativos, não carregados, aromáticos, especiais - APOLARES → Lipossolúveis (membranas plasmáticas lipoproteicas, glicina, alanina, prolina…) - POLARES → hidrossolúveis (citoplasma e meio extracelular). → Positivos/ básicos → Possuem N em seu radical; Ficam protonados → Negativos/ ácidos → Possuem grupamento carboxila em seu radical (-) ; ficam despronados (ionizados). Ex.: Aspartato e glutamato (ionizados) e ácido aspártico e ácido glutâmico (não ionizados). → Não carregados → capacidade de fazer pontes de hidrogênio, mas não a de perder ou ganhar prótons. - AROMÁTICOS → Pode ser polar ou apolar, apresenta ou não cargas. - INCOMUNS/DERIVADOS/ESPECIAIS → criados pela modificação de um aminoácido comum já incorporado a um polipeptídeo. Ex.: prolina → 4 hidroxiprolina; e lisina → ciclo-hidroxilisina (por ajuda da vit. C); Proteínas - Ligação peptídica → entre a hidroxila do grupamento carboxila ( C - terminal) de um aminoácido e o nitrogênio do grupamento amina ( N - Terminal) de outro aminoácido. Essa ligação forte pode ser rompida por horas de digestão química, ácido forte, temperaturas muito elevadas. - ESSENCIAIS E NÃO ESSENCIAIS →o primeiro o corpo não produz e o segundo o corpo produz. Algumas dependem, por exemplo: A Cisteína tem grupamento enxofre, então é necessário ter oferta adequada de enxofre pro corpo para produzir essa proteína. A tirosina → aminoácido não essencial → vem da fenilalanina → enzima fenilalanina hidroxilase → se a pessoa não produzir essa enzima, considera-se aminoácido essencial. A arginina é não essencial e essencial devido à quantidade, que pode ser insuficiente (Crianças e pessoas que retiram algum pedaço do corpo que precisa regenerar). - FUNÇÃO → Hormonal, enzimática, estrutural defesa, transporte, coagulação sanguínea, Sinalização, Tamponamento, movimento, SEM função energética. - COMPLETAS E INCOMPLETAS → as completas são ricas em aa essenciais (origem animal) e as incompletas têm pouca variedade em aa essências (origem vegetal). - A FORMA da proteína é determinada pela interação dos aa e pela polaridade dos aa. - GLOBULARES → mobilidade, flexibilidade → ambiente hidrofílico → mais polares. Ex.: Hemoglobinas - FIBROSAS → imóveis → Associadas à membrana → Apolares. Ex.: colágeno - SIMPLES → só aminoácidos - CONJUGADAS → aa + grupos protéticos → ligados covalentemente (não funciona sem esse grupo) Ex.: Glicoproteínas, lipoproteínas, metaloproteínas.. - Digestão mais fácil quando ingerimos proteínas desnaturadas (cozidas) - Colágeno ingerido só absorvemos seus aminoácidos, e não o colágeno em si, então teoricamente não adianta. - T3 e T4, Adrenalina… → derivados de aminoácidos - Aminoácidos não-proteicos: ex.: creatina, fosfocreatina… - pK = valor pH do meio que consegue dissociar o grupo. Cada grupo no aminoácido tem um pK. - Aminoácido é ácido fraco, seria um bom tampão, mas há poucos dissociados e a maioria não está na faixa de pH adequada para o corpo. - pHs alteram quando aminoácidos se ligam para formar proteínas - Mutação silenciosa → Códon muda, mas esse codifica o mesmo aminoácido, não alterando a proteína. - Quando a proteína perde a forma/ estrutura original, ela perde a função. - Fatores que podem causar desnaturação: Temperatura pH detergente solventes orgânicos metais pesados VALORES DE REFERÊNCIA: - pH sanguíneo é levemente básico (7,35 a 7,45) - pH < 6,8 e pH > 7,6 difícil sobreviver - pCO2 = 35 - 45 mmhg - HCO3 = 22 - 26 mmol/L Mecanismos de controle de pH - tamponamento por proteínas, hemoglobinas, fosfato → INSTANTÁNEO - Tampão bicarbonato/ Respiratório → MINUTOS - Difusão para as células → POUCAS HORAS - Excreção renal → HORAS E DIAS (Mais demorada) Macromoléculas sofrem muita influência conformacional com variação de pH (principalmente proteínas). SOLUÇÃO TAMPÃO → equilíbrio iônico que se desloca → uma parte produz ácido e outra aceita a ácido. Um sistema tampão consiste em um ácido fraco (o doador de prótons) e sua base conjugada (o aceptor de prótons). O tamponamento resulta do equilíbrio entre duas reações reversíveis ocorrendo em uma solução de concentrações quase iguais de doador de prótons e de seu aceptor de prótons conjugado. A soma dos componentes do tampão não muda, somente a sua razão. Pela equação de Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log 1 → pKa + 0 = pKa (tamponamento máximo) - A ação tamponante é simplesmente a consequência de duas reações reversíveis acontecendo simultaneamente e atingindo os seus pontos de equilíbrio - Uma mistura de concentrações iguais de ácido acético e íons acetato, por exemplo, encontradas no ponto central da titulação, é um sistema tampão. - Controla grandes variações de pH. - Feito a partir de base e ácidos fracos. - pK → pH que o tampão quer manter. - Consegue segurar o pH em uma variação de 1 pH acima ou abaixo em relação ao seu pK. - pH = pKa + log [A-] [HA] - EX.: H + se liga à hemoglobina, acidificando o ambiente. Quando hemoglobina se liga ao ácido, libera oxigênio, e o bicarbonato sai da célula para tamponar o ambiente extracelular. - Ex.: Glicose é degradada em ácido pirúvico (pK < pH organismo) - então dissocia-se em piruvato, liberando H +. Esse H + liberado deve ser tamponado para evitar acidose. Se for metabolizado anaerobicamente libera ácido lático, o qual também tem pH menor e deverá ser transformado em lactato, liberando H + que deverá também ser tamponado. - Se entra OH- ele reage com o H + que foi dissociado, e se entrar H + reage com a base conjugada. - No ponto central da região da curva de tamponamento, no qual a concentração do doador de prótons (ácido acético) é exatamente igual à do aceptor de prótons (acetato), a força de tamponamento do sistema é máxima; isto é, seu pH muda menos pela adição de H+ ou OH– . → pH = pKa - Gasometria pela artéria temporal…. (difícil e de alto risco) - Se tiver H+ ainda não tamponado, pode ocorrer difusão para as células vizinhas (mais lento) - Ex.: O par ácido acético/acetato como sistema tampão. O sistema é capaz de absorver tanto H + quanto OH– por meio da reversibilidade da reação de dissociação do ácido acético. O doador de prótons, ácido acético (HAc), contém uma reserva de H+, que pode ser liberada para neutralizar uma adição de OH– ao sistema, formando H2O. o HAc se dissocia ainda mais para restaurar o equilíbrio. Similarmente, a base conjugada Ac– pode reagir com íons H + adicionados ao sistema; novamente, as duas reações de ionização simultaneamente chegam ao equilíbrio. Portanto, o par conjugado ácido -base, como o ácido acético e o íon acetato, tende a resistir a mudanças no pH quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas. EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE… - Ácidos fracos se ionizam parcialmente para liberar um íon hidrogênio, baixando, portanto, o pH de uma solução aquosa. Bases fracas aceitam um íon hidrogênio, aumentando o pH. - A função do rim no equilíbrio ácido-base é eliminar ácido e reabsorver bicarbonato, por isso pH da urina é ácido. - O processo respiratório é mais rápido que metabólico, pois esse último envolve o rim e seus processos. - Quando o organismo fica ácido, pode ser devido ao aumento de H + ou redução do OH- , sobrando H + (acidose no organismo). - Quando o organismo fica básico pode ser devido a redução do H- e o aumento do OH-. (alcalose no organismo). - CO2 é considerada molécula ácida no corpo, e bicarbonato é considerado básico. - Pulmão regulador de CO2 (componente respiratório doeq. ácido-básico) - Rim regulador do bicarbonato (componente metabólico do eq. ácido- básico.) - Nucleotídeos como ATP, assim como muitos metabólitos de baixa massa molecular, contêm grupos ionizáveis que podem contribuir para o poder tamponante do citoplasma. - amônia tampona a urina - O sangue pode recolher H+ do ácido láctico produzido no tecido muscular durante um exercício vigoroso. PRINCIPAIS TAMPÕES BIOLÓGICOS - Tampão fosfato → INTRACELULAR; plasmático e túbulos renais → O sistema tampão fosfato é mais efetivo em um pH perto de seu pKa de 6,86 e, portanto, tende a resistir a mudanças de pH em um intervalo de 5,9 e 7,9. - Proteínas → INTRACELULAR e plasmático - Hemoglobinas → Sanguíneo - Tampão bicarbonato (principal tampão) → PLASMÁTICO/ EXTRACELULAR - Se chegar muito H +, ele se junta ao bicarbonato , produzindo mais CO2 (que será expelido pela respiração) e água, aceptando o H +. - Se chegar muita base, ela consome o H +, e CO2 se junta com a água para produzir H + para consumir a base. - Quando H + é adicionado ao sangue à medida que passa pelos tecidos, a reação caminha para um novo equilíbrio, no qual a [H2CO3] aumenta. Isso, por sua vez, aumenta a [CO2(d)] no sangue, aumentando assim a pressão parcial de CO2(g) no ar dos pulmões; o CO2 excedente é exalado. Inversamente, quando H + é perdido do sangue, a situação oposta ocorre: mais H2CO3 é dissociado em H + e HCO3- e, portanto, mais CO2 dos pulmões se dissolve dentro do plasma. A taxa de respiração – que é a taxa de inalação ou exalação – pode ajustar rapidamente esses equilíbrios para manter o pH sanguíneo relativamente constante. → fezes têm muito HCO3- → é básica → diarreia pode gerar distúrbios ácido-base → Organismo constantemente produzindo ácidos → Todo ácido libera próton (teoria de Brownsted) → Ácido fraco tem reação de dissociação reversível → pH meio > pK do ácido = dissociação (maior diferença de valores, maior dissociação) pH meio = pK ácido = 50% dissociada 50% associado = TAMPÃO ACIDOSE - Respiratória • Acúmulo de CO2, deslocando o equilíbrio p/ produção e H+ • Etiologia: Dificuldade de expelir CO2 (hipoventilação, coma, asma, disfunção do SNC) • CO2: ALTO • Bicarbonato: NORMAL ou alto - Metabólica • Baixa concentração de Bic devido a aumento de H + • Etiologia: produção de H+ pelo corpo (hipoxemia → ác. lático (ácido), diarréia, diabetes (cetoacidose diabética)) • CO2: NORMAL ou baixo • Bic: BAIXO ALCALOSE - Respiratória Baixa concentração de CO2 sanguíneo Etiologia: Aumento da excreção de CO2 (hiperventilação por crises de ansiedade, por exemplo) CO2 : BAIXO Bicarbonato: NORMAL ou baixo - Metabólica Alta concentração de Bicarbonato sanguíneo Etiologia: Perda de ácido/ Retenção de bicarbonato (vômito…) CO2: NORMAL ou alto Bicarbonato: ALTO pH pCO2 HCO3 Acidose respiratória: <7,35 aumenta[ ] normal ou aumenta[ ] (CO2 responsável) Acidose metabólico: (Bicarbonato responsável) <7,35 cte ou diminui[ ] diminui [ ] Alcalose respiratória: >7,35 diminui normal ou diminui Alcalose metabólica > 7, 35 normal ou aumenta [ ] aumenta [ ] 1- avaliar o pH 2- avaliar a pCO2 diminui pH e aumenta CO2 - gangorra- ou vice versa: descompensação respiratória. Se houver “elevador” - entre pH e HCO3- : desequilíbrio metabólico. Há alcalose ou acidose respiratória E metabólica: dois desequilíbrio misto. Para saber se é compensação ou desequilíbrio misto, é necessário analisar o clínico do paciente. Em síndromes respiratórias normalmente é misto (pouca troca gasosa → pouco O2→ muito CO2→ resp. anaeróbica → ác. láctico → acidose metabólica. MONITORIA ENZIMAS Enzimas são muito específicas Ribossomo é constituído por RNA e tem função catalítica → exemplo de enzima que não é proteína. Sítio ativo → local da enzima onde o substrato se liga e permite que a reação ocorra. O sítio ativo depende da estrutura tridimensional da proteína. A habilidade catalítica da enzima depende dos grupos R dos aminoácidos ali presentes. enzimas → substrato = reagentes Enzima cria no sítio ativo, um ambiente mais propício para a reação dos substratos. Mudar a estrutura tridimensional da enzima pode impedir seu funcionamento ou permitir que ela funcione. COFATORES ENZIMÁTICOS → moléculas ou íons que auxiliam enzimas. Cofatores → auxiliares de enzimas Cofatores inorgânicos (cátions metálicos → Mg, Fe, K, Mn, Zn, Cu) e orgânicos (coenzimas → vitaminas, NAD, NADP, FAD, CoA) Nem todo cofator é uma coenzima, mas toda coenzima é um cofator. Todas as enzimas que precisam de cofator, só funcionarão em sua presença. Enzima sem seu cofator → apoenzima Enzima + cofator → holoenzima É Melhor pro substrato ativado virar produto, pois terá menos energia interna, tornando -se mais estável → energia da reação (dif. da energia do substrato e produto → delta G) Fatores que afetam a atividade enzimática: ph, temperatura, tempo de incubação, e concentração de substrato. pH afeta a atividade enzimática: - Atividade da enzima depende do pH do meio: cada enzima tem seu pH ótimo - o H + interage com a enzima, podendo mudar sua estrutura tridimensional e a interação com o substrato. → Tempo de incubação = tempo de reação → Quanto mais tempo a reação acontecer, mais substrato vai ser formado, porém após certo tempo, o substrato é quase todo consumido e a velocidade diminui. Ex. de importância: FENILCETONÚRIA - Fenilalanina -----fenilalanina hidroxilase -----> Tirosina - Na fenilcetonúria, o organismo não possui essa enzima, o que causa acumulação de fenilalanina (que vem das proteínas ingeridas), e para degradar essa molécula, forma fenilacetato e fenil-lactato → moléculas ácidas → acidose → para isso usa piruvato, molécula que gera energia → reduz produção energética → compromete formação da rede neural em bebês → retardo mental. - Teste do pezinho necessário para verificar enzimas como a fenilalanina hidroxilase. - O leite materno tem muita fenilalanina. Portanto, os bebês têm que usar leite especial que possui fenilalanina em quantidades especiais, além de tirosina. ZIMOGÊNIOS → Enzima pronta porém ainda não ativa → apresenta uma região peptídica cobrindo seu sítio ativo → necessita de clivagem para se ativar → Zimogênio é DIFERENTE de apoenzima. → normalmente (mas nem sempre) possuem terminação GÊNIO → tripsinogênio → fica ativada: tripsina. (Cuidado, o angiotensinogênio também precisa ser levado para funcionar, mas NÃO é uma enzima, então não é um zimogênio.) → exemplo mais comum: Pancreatite aguda: zimogênios (normalmente lipases pancreáticas) clivados e ativados dentro do pâncreas, pois cálculos biliares interrompem a saída dessas enzimas inativadas para o intestino, se ativando no próprio pâncreas e causando, assim digestão das células do pâncreas. Enzimas da castacata da coagulação sanguínea não pode estar ativada todo tempo → causaria trombose → mas tem que estar ali pronta → é um exemplo de zimogênio. ATIVAÇÃO E INATIVAÇÃO DE ENZIMAS Ao colocar fosfato, algumas enzimas podem ser ativadas e outras desativadas, com o estímulo hormonal. Cinética enzimática: - ENZIMAS MICHAELIANAS - ENZIMAS ALOSTÉRICAS ENZIMAS Michaelianas: → seguem a cinética de Michaelis-Menten. → quanto mais substrato, maior a velocidade enzimática. No entanto, não é uma relação linear, e sim de hipérbole, de modo que a reação tende a uma velocidade máxima (vmax.) mas não a atinge. → Km = Constante de Michaelis → É a [Substrato] que gera metade da Vmáx. (não precisa saber contas, só interpretar.) - KM - necessário para saber quanto de substrato é preciso para o funcionamento eficaz das enzimas. - Concentração de substrato necessário para gerar ½ Vmáx. - Quanto maior KM, menor é a interação com o substrato → enzima com KM alto tem uma baixa interação com substrato e, portanto, precisa de muito substrato para funcionar e atingir a Vmax/2. - Importante paraenzimas que só precisam funcionar em determinados momentos (quando tem muito substrato). EXEMPLOS: - Usada enzima de baixo KM quando é para funcionar mesmo em baixa glicemia. (pouco substrato). - Usada enzima com alto KM para funcionar apenas em hiperglicemia para a produção de glicogênio. (muito substrato) Gráfico duplo-recíproco de Lineweaver-Burk: cuidado que é invertido 1/ 1/ velocidade e 1/ substrato - Onde a curva cruza o eixo X (Y = 0) → - 1/KM - Onde a curva cruza o eixo Y ( X = 0) → 1/ v. max. Bom para interpretar inibições. Quanto maior o KM, mais perto da origem a reta cruza o eixo X. ENZIMAS ALOSTÉRICAS Uma proteína alostérica é aquela em que a interação com um ligante em um sítio afeta as propriedades de ligação de outro sítio na mesma proteína. O termo “alostérico” deriva do grego allos, “outro”, e stereos, “sólido” ou “forma”. Proteínas alostéricas são as que têm “outras formas”, ou conformações, induzidas pela interação com ligantes denominados moduladores. A mudança conformacional induzida pelo(s) modulador(es) interconverte formas mais ativas e menos ativas da proteína. Os moduladores das proteínas alostéricas podem ser inibidores ou ativadores. Quando o ligante normal e o modulador são idênticos, a interação é chamada de homotrópica. Quando o modulador é uma molécula diferente do ligante normal, a interação é heterotrópica. Algumas proteínas têm dois ou mais moduladores e, em função disso, podem participar de interações homotrópicas e heterotrópicas. Tem o sítio ativo e o sítio alostérico, onde podem se ligar moduladores positivos e negativos, os quais podem aumentar ou diminuir a velocidade da enzima. Moduladores positivos → abre mais o sítio ativo → maior interação com substrato → maior velocidade Moduladores negativos → não impede funcionamento, mas diminui interação com o substrato → diminui velocidade Moduladores diferentes de enzimas → enzimas alostéricas funcionam sem seu modulador, enquanto as enzimas que precisam de cofatores, não funcionam sem eles. Gráfico das alostéricas → curva sigmóide Velocidade maior com menor concentração de substrato → enzima alostérica moduladora positiva → movimenta o gráfico para a esquerda K1/2 (K meio)→ Equivalente ao Km para enzimas alostéricas. → Enzimas alostéricas como regulação de vias metabólicas - por poderem ter sua velocidade aumentada ou diminuída por moduladores, essas enzimas funcionam como pontos de regulação de vias metabólicas. - Essas vias geralmente são AUTO REGULADAS. Os moduladores das enzimas alostéricas da via são substâncias da própria via metabólica. → moduladores que vêm depois da enzima alostérica são negativos, e os moduladores que vêm antes da enzima alostérica são positivos. Ex.: PFK1 presente no início glicólise é um ponto de regulação → enzima alostérica (regula a velocidade da enzima, regula a velocidade da via) → um dos moduladores negativos dela é um produto lá na frente da via, como o pH, que pode se acumular em casos de muita fermentação (produção de ácido lático); cálcio é um modulador positivo da via, quando ocorre as contrações musculares, então precisa de mais ATP. Nem todas as enzimas são alostéricas → poucas na vias metabólicas → maioria michaelianas. MONITORIA 2 INIBIÇÕES ENZIMÁTICAS → Importante para entender o funcionamento de fármacos. - IRREVERSÍVEIS → O inibidor não se desliga da enzima, enzima inibida até sua degradação. - REVERSÍVEIS → inibidor se liga e solta - competitivas e não competitivas. → Inibição competitiva: inibição depende das relações [inibidor] / [substrato] e Km inibidor / Km substrato. O inibidor não gera nenhum produto. Vmax permanece inalterada → Pois Vmáx teoricamente só é atingida com uma quantidade infinita de substrato, que, portanto, nem fará diferença já que o inibidor está presente devido à diferença das concentrações. Ocorre criação de um Km aparente > Km enzima → Km com inibidor é maior → precisa de mais substrato para atingir Vmax, mas as duas curvas vão tender à Vmax. No gráfico duplo recíproco: → Inibidor: km maior, linha do gráfico cursando o X mais perto da origem → não inibido → Km menor, Linha do gráfico cruzando o X mais longe da origem. Linhas do inibidor e não inibido se cruzam no ponto representado por 1/Vmax (ponto de interação onde o gráfico cruza o eixo Y) → Vmax inalterada (PENSA: depende da concentração de substrato, então se aumentar muito a quantidade de substrato para chegar na Vmax, vai passar da quantidade de inibidor e vai conseguir) → Inibição não-competitiva: - O inibidor NÃO se liga no sítio ativo, mas em outro local na enzima. Se liga à enzima em qualquer lugar dela, menos no sítio ativo, travando-a para executar a sua função. - Mesmo que o substrato consiga se ligar, não consegue formar produto→ diminui a quantidade de enzimas funcionando no meio. - OPOSTO DA COMPETITIVA: Vmáx diminui → menor quantidade de enzimas funcionais. - Km inalterado → afinidade entre enzima e o substrato é a mesma - A afinidade entre a enzima e o substrato é a mesma. - No gráfico duplo-recíproco → Se interseccionam no mesmo local no eixo X → Km iguais, e vão para diferentes destinos (diferentes Vmax). (PENSA: Independe da qte. de substrato → não muda a interação enzima -substrato, só diminui quantidade de enzimas funcionantes no meio → diminui a curva p/ Vmax→ mesmo com muito substrato não vai atingir de qualquer jeito) Inibição incompetitiva → substrato se liga à enzima e, então, o inibidor se liga à ela. Se não tivesse essa legenda: - Ver qual linha cruza outras duas (competitiva ou não-competitiva) = LINHA SEM INIBIDOR - Linha que tem o mesmo Km da sem inibidor = Não-competitiva - Linha que tem intersecção que tem mesma Vmáx da sem inibidor = competitiva ENZIMAS DE INTERESSE CLÍNICO Creatina quinase vira creatina-fosfato → fosfato vem do ATP Creatina quinase pega ADP e creatina-fosfato para formar ATP CKA → enzimas diméricas → 2 cadeias polipeptídicas (monômeros) → músculos esqueléticos (CKMM) e cérebro (CKABB) e híbrida entre as duas (CKMB) → exclusiva do coração. → ISOENZIMAS → mesma função mas estruturas diferentes para se adaptarem aos órgãos em que vão agir. Quando ocorre infarto do miocárdio → células morrem → enzimas vão para o sangue → médicos pedem esse exame sanguíneo para checagem de possível infarto ou ferimento no coração. Medicamentos podem ser inibidores de enzimas → só que organismo começa a produzir mais enzimas → ACOMODAÇÃO DE DOSE → ou troca medicamento ou reajustar a dose. NAO CAI CARBOIDRATO NA PROVA → CAI TUDO ATË ENZIMAS
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