Metabolismo das proteínas

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Metabolismo das proteínas
objetivos: 
· Definir e classificar as proteínas e aminoácidos
· Explicar a digestão e absorção das proteínas e aminoácidos 
· Descrever a síntese de proteínas e de aminoácidos 
· Descrever a degradação de proteínas e aminoácidos no organismo
1. Proteínas e aminoácidos
Proteínas
· moléculas orgânicas mais abundantes do nosso corpo 
· polímeros de aminoácidos
· moléculas polipeptídicas (união de vários aminoácidos por ligação peptídica)
· essenciais: o corpo não produz e precisam ser obtidas pela alimentação (a arginina e histidina são essenciais apenas em recém nascidos)
· naturais: o corpo produz
· função transportadora (albumina, hemoglobina), estrutural (colágeno, queratina), hormonal (insulina e glucagon), contrátil (actina e miosina), protetora (anticorpos e fibrinogênio e catalizadora (enzimas)
· proteínas globulares: consiste na maioria das proteínas do organismo, assumem forma globular ou elíptica devido ao enovelamento das cadeia peptídicas, exemplos: albumina, globulina, fibrinogênio e hemoglobina
· proteínas fibrosas: as cadeias peptídicas são alongadas, correspondem às principais proteínas estruturais , em geral, são extremamente fortes e capazes de se distenderem e, em seguida, retornarem à sua forma original, exemplo: actina, miosina, queratina
· proteínas conjugadas: proteínas combinadas com substâncias não proteicas. Há diversos grupos: nucleoproteínas, presentes na estrutura do DNA, proteglicanos, compõem os tecidos do corpo e servem como lubrificantes nas articulações, as lipoproteínas, cromoproteínas, as quais contém agentes corantes, um exemplo é a hemoglobina, fosfoproteínas, que contém fósforo e as metaloproteínas que apresentam magnésio, cobre, ferro, e outros íons metálicos. 
· estrutura:
-primária: forma linear (colar de pérolas), não apresenta função, pois a proteína precisa dobrar-se a fim de que se exerça uma função) 
-secundária: enovelada em forma de espiral (alfa-hélice) ou pregueada (folhas beta). Essas enovelações acontecem através de ligações de hidrogênio entre o hidrogênio do grupo amina de um aminoácido e o oxigênio da carboxila do outro aminoácido, além disso, garantem que a proteína exerça sua função. OBS: no caso da pregueada, as interações ou ligações acontecem entre cadeias polipeptídicas diferentes ou entre segmentos distantes, presentes na mesma cadeia. Essas cadeias, ou segmentos da cadeia, apresentam uma conformação mais distendida, quando comparada a alfa-hélice.
-terciária: estrutura mais complexa e mais agregada, geralmente possuem um formato globular. Consiste no dobramento final da proteína garantindo, assim, a sua função biológica específica. 
-quaternária: apenas algumas proteínas apresentam, consiste na união de quatro estruturas terciárias, exemplo: hemoglobina.
OBS: o mecanismo de formação do arranjo tridimensional da proteína, dá-se o nome de enovelamento ou dobramento de proteínas. Esse processo é influenciado pelas interações da proteína com o meio, sendo geralmente aquoso. Dessa forma, o processo de enovelamento para uma mesma proteína é diferente, estando ela isolada em solução ou em ambiente celular, onde há altas concentrações de outras macromoléculas
· desnaturação proteica: perda de função da proteína devido à mudança de pH e temperatura. Há as irreversíveis e reversíveis 
Aminoácidos
· estrutura comum: um grupo amina (NH2), ácido carboxílico (COOH), carbono alfa e um radial
· radical: diferencia os aminoácidos e determina a natureza química da molécula (polar e apolar)
· ligação peptídica: ocorre por desidratação (união do grupo OH do ácido carboxílico com um H da amina, formando a água)
 
 
 Enzimas
· catalisam reações, diminuindo a velocidade da reação pois diminuem a energia de ativação dessa
· não são consumidas na reação
· modelo chave-fechadura: sítio ativo da enzima da mesma forma do substrato, exemplo: a protease liga-se à proteína
· altamente específicas: atuam em uma temperatura ideal, pH específico e em uma concentração de substrato ideal
· ativação: cofatores (substâncias inorgânicas como o ferro e cálcio) e coenzimas (substâncias orgânicas derivadas de algumas vitaminas)
· inibidores enzimáticos: os competitivos apresentam a mesma forma do substrato, competindo com o substrato "correto" pelo sítio ativo, desse modo, a velocidade da reação é diminuída. Já os não competitivos apresentam outro sítio ativo encaixando, assim, outra substância, tendo como resultado o substrato não se ligando ao sítio ativo.
2. Digestão e absorção das proteínas e aminoácidos
As proteínas não conseguem ser absorvidas em sua forma integral, dessa forma, há a ação de enzimas para transformá-las em unidades menores, os aminoácidos. Essa enzimas são hidrolases, ou seja, precisam de água para atuarem, elas são secretadas na forma inativa, para prevenir a auto-digestão, e só são ativadas quando o alimento rico em proteínas entrar no trato digestório. No estômago, o HCl, produzido pela glândula oxíntica formada por células parietais,  desnatura as proteínas na estrutura quaternária, terciária e secundária, além disso ele transforma o pepsinogênio das células principais em pepsina, a qual cliva as proteínas nos seus aminoácidos aromáticos. No lúmen estomacal a liberação de ácido clorídrico é feita através da enzima H+/K+-ATPase (bomba de prótons, um H+ sai, um K+ entra), que fica localizada nas células parietais. Para que essa enzima seja ativada, depende de três estímulos principais: histamina, gastrina e acetilcolina. As células G produzem a gastrina, a qual atua nas células ECS, que produzem a histamina e também funcionam como um estímulo nervoso no nervo vago, responsável pela produção da acetilcolina. No fundo e antro do estômago, a secreção ácida há de ser inibida, isso acontece através da somatostatina, produzida pela célula D, esse hormônio inibe as células ECS, portanto não há a produção de histamina, inibe a célula G, logo a gastrina deixa de ser produzida. Consequentemente, não há a produção de HCl. No intestino delgado há a secreção de enzimas proteolíticas na forma inativa, os chamados zimogênios (tripsinogênio, quimiotripsinogênio, colagenase, pro-elastase e pro-carboxipeptidase). O tripsinogênio transforma-se em tripsina pela ação da enzima enteropeptidase. A tripsina transforma o quimiotripsinogênio em quimiotripsina, transforma a pro-carboxipeptidase em carboxipeptidase. Na porção do duodeno o H+ proveniente do alimento ácido incentiva as células S a produzirem a secretina, e o lipídio incentiva as células I a produzirem CCK (colecistoquinina). Ambas (secretina e CCK) atuam no pâncreas, o qual produz o NaHCO3 cuja função consiste em neutralizar a acidez. Além disso, o pâncreas também produz as enzimas pancreáticas (amilase, lipase e protease).  As enzimas da membrana plasmática dos enterócitos são a aminopeptidase, que cliva a região N-terminal, a dipeptidase, que cliva dipeptídios e enteropeptidase que converte o tripsinogênio em tripsina a qual ativa as outras enzimas. 
3. Síntese de aminoácidos e proteínas
· Transcrição:
No DNA há os genes que consistem em informações gravadas por códigos de sequências de bases nitrogenadas, responsáveis pela síntese de proteínas. Esse processo, a transcrição, acontece no núcleo e o DNA atua como molde para montar a molécula de RNA mensageiro (RNAm). Para que isso aconteça há a ação da RNA polimerase, que transcreve os genes. No DNA há uma sequência de bases, a qual a RNA polimerase reconhece, o promotor, que irá sinalizar o início da transcrição. Desse modo, a RNA polimerase abre a dupla hélice do DNA e começa a transcreve-lo, exemplo: ATC (DNA) UAC (RNA). Em eucariontes, os genes não são contínuos, apresentam éxons e íntrons, esse últimos não são capazes de codificar proteínas. O RNAm que contém ambas estruturas é chamado de RNAm primário, o qual passará por um processo chamado splicing, cujos íntrons serão retirados, passando a ser o RNAm editado. Na hora da retirada dos íntrons, os éxons podem religar-se em sequências diferentes, por essa razão um gene podeproduzir mais de uma proteína. 
 
· Tradução: 
O RNAm atua como molde para a síntese de proteínas. Esse processo acontece da seguinte forma: 3 bases do RNAm chamadas códon sintetizam 1 aminoácido. A primeira etapa consiste na ligação da sub-unidade menor do ribossomo ao RNAm, logo em seguida, o RNA transportador (RNAt), cujo papel é o de transportar aminoácidos, liga-se ao RNAm. Dessa maneira, o códon do RNAm é codificado pelo RNAt, formando um anticódon, exemplo: códon AUG (RNAm)- anticódon UAC (RNAt), o UAC consiste na sequência de bases que forma o aminoácido metionina. Esse processo inicia-se com o códon de início AUG e termina-se como os códigos de parada: UAG, UAA, UGA. Com os últimos, não vem RNAt ligar-se ao RNAm, há a entrada da estutura fator de liberação, cuja função corresponde em parear seu anticódon ao códon e, assim, as unidades desamparam-se, liberando a cadeia polipeptídica formada. 
· As proteínas são sintetizadas rapidamente a partir de ligações peptídicas entre os aminoácidos. Essa ligações requerem muita energia, que deve ser fornecida pelo ATP e GTP. A formação das proteínas ocorre em duas etapas: ativação de cada aminoácido e alinhamento dos aminoácidos na cadeia peptídica. A primeira consiste na energização do aminoácido a partir da energia do ATP e GTP. 
 
 
 
Oxidação de aminoácidos: ocorre para a renovação das proteínas teciduais, quando há o excesso de ingestão de aminoácidos (eles não podem ser armazenados) e em casos de jejum prolongado e diabetes mellitus descontrolado (não há material energético suficiente, desse modo, os aminoácidos funcionam como fonte de energia)
 
1- Separação da cadeia carbonada (alfa-cetoácido), que é oxidado em CO2 e H2O (para gerar energia), da cadeia amina, a qual forma a amônia (NH4). Todos os tecidos do corpo fazem esse tipo de oxidação, como o fígado, músculos, cérebro, rins etc
2- A cadeia carbonada pode ser desviada para a formação de corpos cetônicos e como fonte de glicose. Já a amônia pode ser utilizada para a síntese de uréia. Ambos processos ocorrem exclusivamente no fígado. 
· Transaminação: consiste em uma forma de desaminação (remoção do grupo amino dos aminoácidos). É a transferência desse grupo para uma substância receptora, nesse caso, outro aminoácido. As desaminações são possíveis devido às enzimas aminotransferases. 
1-alanina perde grupamento amina para o alfa-cetoglutarato, transformando-se em piruvato, e o alfa-cetoglutarato é convertido em glutamato (enzima ALT)
2- glutamato doa grupamento amina para o oxaloacetato, formando o aspartato (enzima AST)
· Ciclo da ureia: acontece em parte na mitocôndria e parte no citoplasma dos hepatócitos. É importante que aconteça pois a a amônia é muito tóxica ao corpo, dessa forma precisa haver a conversão dela em ureia. Sua toxicidade provém da diminuição da concentração do glutamato, que diminui a quantidade do neurotransmissor inibitório GABA, além disso a concentração de alfa-cetoglutarato é reduzida também. Consequentemente, há a redução da síntese de ATP e o cérebro é o principal órgão que sofre com a toxicidade da amônia, podendo ocasionar encefalopatia hepática, ou coma hepática. 
A amônia liberada na desaminação é quase totalmente removida do sangue, devido à conversão em ureia: 2NH3 + CO2---> CH4N2O + H2O   
O ciclo da ureia consiste em cinco reações - duas dentro da mitocôndria e três no citoplasma. Essas reações utilizam a energia de quatro ligações de fosfato (3 de ATP, que são hidrolizados a 2 ADP e 1 AMP). A molécula de ornitina é a carregadora desses átomos de carbonos e nitrogênios. 
ornitina (derivada de aminoácido) + CO2 + NH3 (amônia) --> citrulina + NH3--> arginina--> ornitina + ureia
A ureia difunde-se das células hepáticas para os tecidos corporais e é excretada pelos rins. 
A amônia vai se ligar ao CO2 na matriz mitocondrial formando carbomoil-fosfato pela enzima carbomoil-fosfato-sintase(enzima marca-passo do ciclo), ele entra no ciclo formando citrulina até virar ureia (possui 2 nitrogênios, um veio da amônia inicial (NH3) e o outro vem do aspartato).