PROTEÍNAS BIOQUÍMICA BÁSICA VILMA FERNANDES CARVALHO

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1 PROTEÍNAS BIOQUÍMICA BÁSICA

2 Proteínas Moléculas formadas por moléculas menores chamadas aminoácidos. Existem 20 tipos de a.a. na natureza. A ligação entre dois aminoácidos é chamada ligação peptídica. As proteínas podem ser classificadas em simples (anticorpos) e complexas (hemoglobina). As proteínas podem apresentar uma estrutura primária (seqüência linear de a.a.), secundária ( forma de hélice), terciária (estrutura em hélice dobra sobre si mesma) e quaternária (associação de várias cadeias polipeptídicas).

3 Funções das Proteínas Estrutural: queratina (cabelo e unha). Hormonal: insulina. Defesa: anticorpos. Resistência a tecidos: colágeno. Contração muscular: actina e miosina. Transporte de O 2 e CO 2 : hemoglobina. Enzimática: acelera reações químicas.

4 PROTEÍNAS R H C NH 2 C O OH Representação geral de qualquer aminoácido. O radical R que estabelece a individualidade de cada aminoácido e a diferença de uns para outros.

5 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H GLICINA H C COOH NH 2

6 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H ALANINA H C C COOH H NH 2

7 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H SERINA H C C COOH OH NH 2

8 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H CISTEÍNA H C C COOH SH NH 2

9 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS COOH H C NH 2 H C H ÁC. ASPÁRTICO COOH

10 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS COOH H C NH 2 H C H ÁC. GLUTÂMICO H C H COOH

11 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS O N NH 2 NH C C C COOH ASPARAGINA H H

12 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS O N N NH 2 NH C C C C COOH GLUTAMINA H H H

13 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS N H HO C COOH H NH 2 TIROSINA

14 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H 2 C CH 2 H 2 C C COOH N H H PROLINA

15 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H NH 2 C C C COOH H OH H TREONINA

16 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H H CH 3 S C C C COOH H H NH 2 METIONINA

17 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H C H H H H C C COOH H C NH 2 H VALINA

18 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H C H H H H H C C C COOH H C H NH 2 H LEUCINA

19 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H H H H H C C C C COOH H H CH 3 NH 2 ISOLEUCINA

20 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H H H H H C C C C C COOH NH 2 H H H NH 2 LISINA

21 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS NH H H H H H H 2 N C N C C C C COOH H H H NH 2 ARGININA

22 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H C C COOH H NH 2 FENILALANINA

23 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS HC N CH C N H H C H HISTIDINA H C NH 2 COOH

24 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS H H C C C CH H NH 2 N H TRIPTOFANO

25 DURANTE O EXERCÍCIO SÃO CATABOLIZADOS PREFERENCIALMENTE PERDA DE MASSA MUSCULAR

26 A degradação dos aa ocorre principalmente no fígado menos a dos BCAA baixa quantidade de aminotransferase de cadeia ramificada músculo tem baixa renovação proteica grande massa = alta liberação de aa ALTA CAPTAÇÃO

27 BCAA DURANTE O ENDURANCE BCAA são oxidados a relação triptofano/bcaa aumenta triptofano = 5 hidroxi triptamina SEROTONINA

28 - essencial AMINOÁCIDO DE CADEIA RAMIFICADA (BRANCHED CHAIN AMINO ACID) LEUCINA ISOLEUCINA VALINA AMNINOÁCIDOS ESSENCIAIS

29 TRIPTOFANO LIVRE COMPETE COM OS BCAA LIVRES PELO MESMO TRANSPORTADOR PARA ATRAVESSAR A BARREIRA HEMATOENCEFÁLICA DURANTE O ENDURANCE AUMENTA A QUANTIDADE DE ÁC.GRAXOS LIVRES QUE NECESSITAM DE ALBUMINA PARA SEREM TRANSPORTADOS ATÉ OS MÚSCULOS

30 É a seqüência de aminoácidos existentes na molécula de uma proteína. É o nível de estrutura mais simples a partir do qual todos os outros derivam Estrutura Primária

31 Estrutura Secundária Arranjo espacial que a sequência da 1ª. assume) É a disposição espacial que adquire a espinha dorsal da cadeia polipeptídica Hélice Hélice Folha pregueada

32 Estrutura Terciária Arranjo tridimensional de todos os átomos de uma cadeia polipeptídica no espaço, inclusive de seus grupos prostéticos Resulta de dobras na estrutura da proteína estabilizadas por interações entre os radicais dos aminoácidos Interação de AA s situados a longas distâncias na cadeia polipeptídica

33 IMPORTÂNCIA DAS PROTEÍNAS - Defesa - proteínas estranhas na presença dos antígenos, o organismo produz proteínas de defesa denominadas anticorpos; os anticorpos combinam-se quimicamente, com o antígeno, de maneira a neutralizar o seu efeito. Os anticorpos são produzidos por certas células do corpo. - Nutritiva - Hormonal - Estrutural - Formação do Tecidos Queratina, colágeno, fibrinogênio, Caseina (leite) -Enzimática ou catalisadora -Transporte - realizado pela proteína do sangue, a hemoglobina. - Anticorpos - Defesa

34 Função dos aminoácidos São necessários para todos os processos físicos que afeta e corpo humano, entre eles: Crescimento muscular e recuperação Produção de energia. Produção de hormônios - Bom funcionamento de sistema nervoso.

35 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS aminoácidos essênciais Lisina treonina fenilalanina leucina valina isoleucina metionina Triptofano Histidina

36 PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS Aminoácidos não essenciais alanina asparagina aspartico cisteína glicina prolina tirosina ác. glutâmico arginina ácido cistina hidroxiprolina serina ornitina glutamina

37 PEPTÍDEOS DE IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA Peptídios Número de aminoácidos Encefalinas 5 Glândulas/células produtoras Hipófise anterior e medula adrenal Oxitocina 9 Hipófise posterior Vasopressina 9 Hipófise posterior Glucagon 29 Células a do pâncreas Gramicidina 10 Cepas de Bacillus brevis Glutationa 3 Maioria das células Efeitos principais Analgesia Contração da musculatura uterina no parto e de glândulas mamárias na lactação Aumento da pressão sangüínea e da reabsorção de água pelo rim Aumento da produção de glicose pelo fígado no jejum Antibiótico Proteção de grupos SH de proteínas, manutenção do Fe2+ da hemoglobina e dissipação de H 2 O 2.

38 CARACTERÍSTICAS DE COMPOSIÇÃO DE ALGUMAS PROTEÍNAS Proteínas Nº de aminoácidos Número de cadeias polipeptídicas Insulina ( bovina) 51 2 Lisozima (clara do ovo) Mioglobina (eqüina) Hemoglobina ( humana) RNA polimerase ( E.coli) Apolipoproteína B (humana)

39 Desnaturação A perda da forma das proteínas pode ser útil em alguns casos, como na esterilização de frascos, utensílios e Alimentos. Por meio do calor, as enzimas dos micróbios são desnaturadas. A ação desinfetante do álcool se deve à desnaturação das proteínas de algumas bactérias que ele provoca. A desnaturação explica também o perigo de febres altas, que podem inativar proteínas do sistema nervoso e causar A morte do indivíduo.

40 ENZIMAS São catalisadores biológicos, de natureza protéica, que aceleram as reações químicas dos seres vivos, pela diminuição da energia de ativação. As enzimas são específicas, podem ser reutilizadas, atuam nos dois sentidos das reações químicas. Sua ação é influenciada pela concentração do substrato, pela influencia do ph e pela variação da temperatura.

41 ENZIMAS São proteínas que atuam como catalisadores orgânicos, na indução de reações químicas que dificilmente ocorreriam sem a sua participação. A maioria absoluta das reações que se passam na intimidade da célula ou dos organismos é catalisada por essas proteínas. Elas são produzidas dentro da célula ao nível do retículo endoplasmático rugoso. As enzimas aceleram a velocidade de uma reação específica. Como cada reação química necessita de uma certa energia de ativação para ocorrer, a enzima atua diminuindo essa energia. Elas estimulam as reações, mas não fazem parte delas. Assim, ao final de cada reação, a enzima apresenta-se sempre intacta, inalterada. Energia com enzima sem enzima ENERGIA DE ATIVAÇÃO A=B+C reagentes A+B=C produto As enzimas revelam algumas propriedades bem características. Sucintamente, vejamos algumas delas: a) Exclusividade de Substratos - As substâncias que reagem sob o estímulo enzimático constituem os substratos. Cada enzima age especialmente sobre determinado substrato, não tendo qualquer atividade sobre outros. EX: Glicose + frutose invertase - sacarose Glicose + glicose maltase - maltose Glicose + galactose lactase - lactose

42 Admite-se que a molécula enzimática possua um contorno de superfície onde se devem encaixar os substratos. Esse local onde se encaixa é denominado sítio ou área ativa da enzima. Isso provoca a aproximação das moléculas dos substratos exatamente nos seus pontos ativos, facilitando a reação entre essas moléculas. chave-fechadura- uma enzima só serve para um determinado tipo de reação Sítio ativo + Enzima substratos

43 b- Ação proporcional à temperatura - A velocidade de ação de uma enzima duplica ou triplica a cada 10ºC que se eleva na temperatura do meio. Em contrapartida, a cada 10ºC que se abaixa na temperatura ambiente, a ação enzimática cai pela metade ou pela terça parte. É importante saber que, acima de um certo limite de temperatura (50 60ºC), as enzimas se tornam inativas ou mesmo se desnaturam, isto é, se desnaturam. O ponto ótimo para a maioria das enzimas está em torno de 37ºC 40ºC. - PH cada enzima tem o seu ph ótimo, qualquer alteração no ph do meio pode provocar desnaturação e inativação da enzima. A maioria das enzimas atua em ph ótimo Atividade enzimática c- Reversibilidade de ação _ A mesma enzima que, numa circunstância, desencadeia a reação dos compostos A e B originando o composto C, noutra circunstância faz a reação de decomposição do produto C em A e B. A + B C ; C A + B d- Ação proporcional à concentração do Substrato - A velocidade da ação enzimática é também proporcional à concentração do substrato no meio. Para cada concentração de enzima existe uma certa concentração máxima de substrato, que permite uma velocidade inicial máxima da reação. A partir desse ponto, é inútil aumentar a concentração do substrato, pois não há mais enzimas suficientes para a reação, isto é, todas as enzimas já estão ocupadas. Abaixo dessa concentração máxima do substrato, entretanto, observa-se aumento na velocidade inicial da reação.

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45 INTRODUÇÃO

46 Definição: Catalisadores biológicos; Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas aminoácidos. Função: Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos. Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS (globulares, de estrutura terciária).

47 Estrutura Enzimática Holoenzima Ribozimas RNA Proteína Apoenzima ou Apoproteína Cofator Cofator Pode ser: íon inorgânico molécula orgânica Se covalente Coenzima Grupo Prostético

48 ENZIMAS: Apresentam alto grau de especificidade; São produtos naturais biológicos; Reações baratas e seguras; São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (10 8 a rápida); São econômicas, reduzindo a energia de ativação; Não são tóxicas; Condições favoráveis de ph, temperatura, polaridade do solvente e força iônica.

49 CONCEITOS

50 As enzimas... Aceleram reações químicas Catalase H 2 O 2 H 2 O + O 2 Ex: Decomposição do H 2 O 2 Condições da Reação Energia livre de Ativação KJ/mol Kcal/mol Velocidade Relativa Sem catalisador Platina Enzima Catalase 75,2 18,0 48,9 11,7 23,0 5,5 1 2,77 x ,51 x 10 8

51 Não são consumidas na reação Catalase H 2 O 2 H 2 O + O 2 E + S E + P

52 Atuam em pequenas concentrações 1 molécula de Catalase decompõe de moléculas de H 2 O 2 ph = 6,8 em 1 min Número de renovação = n de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo.

53 Não alteram o estado de equilíbrio Abaixam a energia de ativação; Keq não é afetado pela enzima. Não apresenta efeito termodinâmico global G não é afetada pela enzima. Energia de ativação sem enzima Diferença entre a energia livre de S e P S P Energia de ativação com enzima Caminho da Reação

54 Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.

55 Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e o o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.

56 NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO

57 Século XIX - poucas enzimas identificadas Ex: Adição do sufixo ASE ao nome do substrato: - gorduras (lipo - grego) LIPASE - amido (amylon - grego) AMILASE Nomes arbitrários: - Tripsina e pepsina proteases

58 Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de Bioquímica (IUB) nomear e classificar. Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada: 1 dígito - classe 2 dígito - subclasse 3 dígito - sub-subclasse 4 dígito - indica o substrato

59 FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA

60 A atividade enzimática é influenciada por: ph; temperatura; concentração das enzimas; concentração dos substratos; presença de inibidores.

61 ph O efeito do ph sobre a enzima deve-se às variações no estado de ionização dos componentes do sistema à medida que o ph varia. Enzimas grupos ionizáveis, existem em estados de ionização.

62 TEMPERATURA temperatura dois efeitos ocorrem: (a) a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas; (b) a estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica. O efeito da temperatura depende: - ph e a força iônica do meio; - a presença ou ausência de ligantes. A temperatura ótima para que a enzima atinja sua atividade máxima, é a temperatura máxima na qual a enzima possui uma atividade cte. por um período de tempo.

63 CONCENTRAÇÃO DAS ENZIMAS Velocidade de transformação do S em P qtidade de E. Desvios da linearidade ocorrem: Presença de inibidores na solução de enzima; Presença de substâncias tóxicas; Presença de um ativador que dissocia a enzima; Limitações impostas pelo método de análise. Recomenda-se: Enzimas com alto grau de pureza; Substratos puros; Métodos de análise confiável.

64 CONCENTRAÇÃO DOS SUBSTRATOS [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P. Medir Vo = velocidade inicial da reação. [E] = cte. vo [S] pequenas Vo linearmente. [S] maiores Vo por incrementos cada vez menores. Vmax [S] Vo insignificantes. Vmax é atingida E estiverem na forma ES e a [E] livre é insignificante, então, E saturada com o S e V não com de [S]. Vmax [S]

65 PRESENÇA DE INIBIDORES Inibidor é qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática. INIBIDORES REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS

66 CINÉTICA ENZIMÁTICA

67 Cinética Enzimática é estudada para: Determinar as constantes de afinidade do S e dos inibidores; Conhecer as condições ótimas da catálise; Ajudar a elucidar os mecanismos de reação; Determinar a função de uma determinada enzima em uma rota metabólica.

68 Victor Henri (1903): E + S ES Em 1913: Leonor Michaelis -Enzimologista Maud Menten - Pediatra E + S K1 K-1 ES Kp E + P Etapa rápida Etapa lenta

69 ENZIMAS X CATALISADORES QUÍMICOS

70 Característica Enzimas Catalisadores Químicos Especificidade ao substrato alta baixa Natureza da estrutura complexa simples Sensibilidade à T e ph alta baixa Condições de reação (T, P e ph) suaves drástica (geralmente) Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado Natureza do processo batelada contínuo Consumo de energia baixo alto Formação de subprodutos baixa alta Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa Presença de cofatores sim não Estabilidade do preparado baixa alta Energia de Ativação baixa alta Velocidade de reação alta baixa

71 APLICAÇÕES

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