UNIDADES REPRESENTATIVAS DE AMINOÁCIDOS E KIT EDUCACIONAL

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2 1 / 28 Relatório Descritivo UNIDADES REPRESENTATIVAS DE AMINOÁCIDOS E KIT EDUCACIONAL COMPREENDENDO AS MESMAS. 1 2 Campo da Invenção A presente invenção compreende um conjunto de unidades representativas de aminoácidos, em especial são representados os aminoácidos naturais. Em uma realização preferencial, as unidades representativas compreendem modelos das cadeias laterais, modelos de interações entre átomos e/ou grupos de átomos (carbono alfa, grupo amina, grupo carboxila, hidrogênio), elementos de conexão (ligações peptídicas, pontes de hidrogênio e ligações dissulfeto). Especificamente, os modelos das cadeias laterais compreendem informações sobre polaridade, carga e hidrofilia dos mesmos. Os modelos possuem dimensões e encaixes adequados à montagem das estruturas de cada aminoácido e pinos de conexão para a montagem de cadeias de aminoácidos, ou seja, permitem representar estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias de proteínas. A presente invenção se situa principalmente no campo da biologia, química e educação. Quando as várias moléculas orgânicas se unem para formar um complexo macromolecular, esse poderá ter um peso molecular da ordem de MDaltons, formando moléculas que possuem centenas de milhares de átomos. De forma a realizar suas diversas funções nos organismos vivos, as proteínas devem apresentar determinadas estruturas tridimensionais. Tais estruturas são específicas de cada proteína e extremamente complexas em nível atômico, devido justamente ao tamanho das moléculas e ao número de átomos que as compõem. Antecedentes da Invenção

3 2 / Quando as várias moléculas orgânicas se unem para formar um complexo macromolecular, esse poderá ter um peso molecular da ordem de MDaltons, formando moléculas que possuem centenas de milhares de átomos. De forma a realizar suas diversas funções nos organismos vivos, as proteínas devem apresentar determinadas estruturas tridimensionais. Tais estruturas são específicas de cada proteína e extremamente complexas em nível atômico, devido justamente ao tamanho das moléculas e ao número de átomos que as compõem. O entendimento da estrutura das proteínas é fundamental para a compreensão da atividade dessas moléculas nos organismos vivos. Proteínas são compostas de uma ou mais cadeias de polipeptídeos que, por sua vez, são formadas pela condensação sucessiva do grupo ácido carboxílico (ou α- carboxílico) de um aminoácido com o grupo amina de outro. A condensação dos aminoácidos resulta na formação de ligações peptídicas (amida) que os une em uma cadeia, a qual, em princípio, não apresenta limite de comprimento. Aminoácidos Existem aminoácidos principais que participam da formação de proteínas e apresentam as seguintes propriedades: 1) Alanina (C 3 H 7 O 2 N): é um aminoácido neutro, não-essencial, cristalino, envolvido no metabolismo do triptofano e da vitamina piridoxina. Na alanina, o alfa-carbono é substituído com um grupo levorotatório-metil, o que o torna um dos aminoácidos mais simples em estrutura molecular. Este aminoácido é um dos mais empregados na construção de proteínas. 2) Arginina (C 6 H 14 N 4 O 2 ): é um aminoácido complexo que é encontrado na porção ativa ou catalítica de proteínas e enzimas, devido à sua cadeia lateral que contém aminas. Contém um grupo guanidina. A arginina representa cerca de 7% dos aminoácidos das proteínas do organismo humano. 3) Asparagina (C 4 H 8 N 2 O 3 ): possui uma função importante na biosíntese de glicoproteínas e é também essencial na síntese de um grande número de outras proteínas. A asparagina representa cerca de 3% dos aminoácidos das proteínas do organismo humano.

4 3 / ) Aspartato (C 4 H 7 NO 4 ): é um dos dois aminoácidos que possui um carboxilato de carga negativa em sua cadeia lateral. Isso proporciona ao aspartato uma carga geral negativa nas concentrações fisiológicas de íons de hidrogênio. Desempenha um papel vital no metabolismo durante a construção de outros aminoácidos e bioquímicos no ciclo do ácido cítrico. O aspartato representa cerca de 6% dos aminoácidos das proteínas do organismo humano. ) Cisteína (C 3 H 7 NO 2 S): é incorporada em proteínas em uma proporção de somente 2,8%, quando comparada a outros aminoácidos, mas sua cadeia lateral tiol única freqüentemente afeta a estabilidade tridimensional de enzimas e proteínas. A cadeia lateral também faz parte da química das porções ativas de muitas enzimas. A cisteína é crítica para o metabolismo de um número de substâncias bioquímicas como, por exemplo, a coenzima A. A cisteína representa cerca de 1% dos aminoácidos das proteínas do organismo humano. 6) Glutamato (C H 9 NO 4 ): é biossintetizado a partir de um número de aminoácidos, incluindo a ornitina e a arginina. Quando aminado, o glutamato forma o importante aminoácido glutamina. O glutamato é um dos dois aminoácidos que possui uma carga negativa no ph fisiológico. Esta carga negativa torna o glutamato uma molécula bastante polar e presente no exterior de proteínas e enzimas, onde fica livre interagir com os meios celulares aquosos que o cercam. O glutamato representa cerca de 9% dos aminoácidos das proteínas do organismo humano. É o mais freqüente dos aminoácidos na seqüência primária de nossas proteínas. 7) Glutamina (C H N 2 O 3 ): é um dos vinte aminoácidos geralmente presentes em proteínas animais. Possui um papel importante no metabolismo celular dos animais e é o único aminoácido com a capacidade de atravessar a barreira entre o tecido cerebral. Combinados, a glutamina e o glutamato são de importância vital na regulação dos índices de amônia do organismo. A glutamina representa cerca de 9% dos aminoácidos das proteínas do organismo humano, sendo também o mais abundante dos aminoácidos livres em circulação no sangue.

5 4 / ) Glicina (C 2 H NO 2 ): é o aminoácido mais simples que só tem um átomo de hidrogênio em sua cadeia lateral; é o único aminoácido que não é opticamente ativo, A glicina é essencial na biosíntese dos ácidos nucléicos, assim como dos ácidos biliares, porfirinas, fosfatos de creatina e outros aminoácidos. A glicina possui propriedades similares às do glutamato e do ácido g aminobutírico no que toca à inibição de sinais neurotransmissores do sistema nervoso. A glicina é o segundo aminoácido mais comum em proteínas: representa cerca de % dos aminoácidos das proteínas do organismo humano. 9) Histidina (C 6 H 9 N 3 O 2 ): é um dos aminoácidos básicos devido à sua cadeia lateral aromática de nitrogênio heterocíclico. O radical da histidina consiste em um carbono e um núcleo imidazole, este último formato de três carbonos e dois azotos. As trocas de hidrogênio com o núcleo imidazole acontecem facilmente ao ph fisiológico e a histidina é um radical freqüente nas partes catalíticas das enzimas. Este aminoácido é metabolizado bioquimicamente no neurotransmissor histamina e o conjunto de genes que produz enzimas responsáveis pela biossíntese da histidina é controlado pelo operon histidina. A interrupção da biossíntese da histidina em bactérias é a base do famoso teste Ames, utilizado para verificar a mutagenibilidade de vários agentes químicos. A histidina representa cerca de 3% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. ) Isoleucina (C 6 H 13 NO 2 ): é um membro da família de aminoácidos de cadeia lateral alifática, composta por substâncias bioquímicas extremamente hidrofóbicas, que são encontradas primariamente no interior de proteínas e enzimas. O núcleo da isoleucina é o mais hidrófobo de todos os radicais dos aminoácidos das proteínas. Essa hidrofobia permite a formação de ligações fracas com outros aminoácidos que contribuem na estrutura terciária e quartenária das proteínas. Como alguns outros membros desta família (como a valina e a leucina), a isoleucina é um aminoácido essencial que não é sintetizado por tecidos de animais mamíferos. Outra propriedade desta classe de aminoácidos é o fato de não desempenharem nenhum outro papel biológico além da incorporação em enzimas e proteínas, onde sua função é ajudar a

6 / ditar a estrutura terciária das macromoléculas. A isoleucina representa cerca de 4% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 11) Leucina (C 6 H 13 NO 2 ): assim como a isoleucina e a valina, é um aminoácido hidrofóbico encontrado como elemento estrutural no interior de proteínas e enzimas. Não parece haver nenhuma outra função metabólica para estes aminoácidos, mas eles são essenciais pelo fato de não serem sintetizados em organismos de mamíferos, precisando ser consumidos na dieta. A leucina empata com a glicina na posição de segundo aminoácido mais comum em proteínas e enzimas. A leucina representa cerca de 8% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 12) Lisina (C 6 H 14 N 2 O 2 ): é um aminoácido ácido essencial, com uma carga geral positiva em nível de ph fisiológico, o que a torna um dos três aminoácidos básicos. Este aminoácido polar é encontrado na superfície de enzimas e proteínas, e por vezes aparece nas porções ativas. É essencial para o crescimento normal de crianças a para a manutenção do equilíbrio do nitrogênio no adulto. A lisina representa cerca de 8% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 13) Metionina (C H 11 NO 2 S): é um aminoácido importante que auxilia o início da tradução do RNA mensageiro, sendo o primeiro aminoácido incorporado na posição terminal-n de todas as proteínas. Este aminoácido que contém enxofre também serve de fonte de enxofre para a cisteína em animais e seres humanos. Neste aspecto, a metionina é considerada um aminoácido essencial, ao contrário da cisteína, ou seja, a cisteína é não-essencial desde que a dieta contenha quantidades suficientes de metionina. O grupo metil terminal de cadeia lateral da metionina geralmente participa em reações bioquímicas de transferência de metil, tornando a metionina uma doadora de metil. A metionina representa cerca de 2% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 14) Fenilalanina (C 9 H 11 NO 2 ): contém um radical fenila ligado à um grupamento metileno. É um aminoácido essencial, sendo também um dos aminoácidos aromáticos que exibem propriedades de absorção de radiação

7 6 / ultravioleta, com um grande coeficiente de extinção. Esta característica é geralmente empregada como uma ferramenta analítica e serve para qualificar a quantidade de proteína em uma amostra. A felilalanina possui papel-chave na biossíntese de outros aminoácidos e de alguns neurotransmissores. É também o aminoácido aromático mais comum em proteínas e enzimas; representa cerca de 4% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 1) Prolina (C H 9 NO 2 ): é um dos aminoácidos cíclicos alifáticos que são componentes primários da proteína colágeno, o tecido do conectivo que liga e sustenta todos os outros tecidos. A prolina tem uma cadeia lateral alifática, mas difere dos outros membros do conjunto dos vinte aminoácidos por sua cadeia lateral ser ligada tanto ao nitrogênio, quanto ao átomo de carbono. A resultante estrutura cíclica influencia fortemente na arquitetura das proteínas. A prolina é sintetizada a partir do ácido glutâmico, antes de sua incorporação em prócolágeno, durante a tradução do RNA-mensageiro. Após a síntese da proteína pró-colágeno, ela é convertida em hidroxiprolina por uma modificação póstradução. A prolina representa cerca de 4% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 16) Serina (C 3 H 7 NO 3 ): a lateral metil da serina contém um grupo hidroxila, caracterizando este aminoácido como um dos dois que também são álcoois. Pode ser considerada como um derivado hidroxilado da alanina. A serina possui um papel importante em uma variedade de caminhos biossintéticos, incluído os que envolvem pirimidinas, purinas, creatina e profirinas. A serina é encontrada também na porção ativa de uma importante classe de enzimas chamada de proteases de serina, que incluem a tripsina e a quimotripsina. Estas enzimas catalisam a hidrólise das ligações peptídicas em polipeptídios e proteínas, uma das principais funções do processo digestivo. A serina representa cerca de 4% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 17) Treonina (C 4 H 9 NO 3 ): é outro aminoácido contendo álcool que não pode ser produzido pelo organismo e precisa ser consumido na dieta. Este aminoácido desempenha um papel importante, junto com a glicina e a serina,

8 7 / no metabolismo de porfirina. A treonina representa cerca de 4% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. 18) Triptofano (C 11 H 12 N 2 O 2 ): é um aminoácido aromático, essencial, que precisa ser obtido através da alimentação. Possui um anel indólico ligado à um grupamento metileno. A cadeia lateral indol incomum do triptofano é também o núcleo do importante neurotransmissor serotonina, que é biossintetizado a partir do triptofano. A porção aromática do triptofano serve como um marcador ultravioleta para a detecção deste aminoácido tanto de forma separada, ou incorporada em proteínas e enzimas, através de espectro-fotometria ultravioleta. O triptofano representa cerca de 1% dos aminoácidos das proteínas de nosso organismo: é o mais raro dos aminoácidos na seqüência primária de nossas proteínas. 19) Tirosina (C 9 H 11 NO 3 ): é metabolicamente sintetizada a partir da fenilalanina para virar o derivado para-hidróxi deste importante aminoácido. O anel aromático da tirosina contém uma hidroxila, o que torna a tirosina menos hidrófoba do que a fenilalanina. Este aminoácido hidroxilado participa da síntese de diversas substâncias bioquímicas importantes, incluindo os hormônios da tireóide, os pigmentos biológicos da melanina, e as catecolaminas, uma categoria importante de reguladores biológicos. As trocas de hidrogênio com o núcleo fenol ocorrem facilmente à tirosina, é um radical freqüentemente encontrado nas partes catalíticas das enzimas. Muitas reações químicas que colocam em evidencia a função fenol das tirosinas servem para dosar as proteínas nos líquidos biológicos. A tirosina representa cerca de 3% dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo. ) Valina (C H 11 NO 2 ): é um aminoácido alifático primo da leucina e da isoleucina, tanto em estrutura, como em função. Estes aminoácidos são extremamente hidrofóbicos e são quase sempre encontrados no interior de proteínas. Eles raramente são úteis em reações bioquímicas normais, mas estão relegados à função de determinar a estrutura tridimensional das proteínas devido à sua natureza hidrofóbica. A valina representa cerca de % dos aminoácidos das proteínas do nosso organismo.

9 8 / Interações entre aminoácidos Os tipos de aminoácidos naturais encontrados nas proteínas se apresentam em qualquer ordem ao longo da cadeia polipeptídica. A ordem de aminoácidos que forma uma cadeia unida por ligações peptídicas é denominada estrutura primária ou simplesmente seqüência de aminoácidos. Os aminoácidos diferem entre si apenas pela cadeia lateral. Excluídas as cadeias laterais, o restante da cadeia é denominado esqueleto ou cadeia principal. A ligação peptídica tem característica de uma ligação dupla parcial, resultando em rigidez nas unidades peptídicas. Conseqüentemente, a unidade peptídica é efetivamente planar e o ângulo diedral associado ω (definido pela posição dos átomos Cα(i), C(i), N(i+1) e Cα(i+1), onde i refere-se a qualquer aminoácido da cadeia peptídica e Cα é o carbono-alfa, é fixado em cerca de 180º ou, mais raramente, 0º. Dessa forma, as únicas ligações simples livres para rotação da cadeia principal do polipeptídeo são as ligações covalentes entre o nitrogênio de qualquer dos aminoácidos e seu carbono alfa (Cα) e entre Cα e o carbono da carbonila. Os ângulos diedrais associados a essas duas ligações são denominados φ e ψ, respectivamente, e apenas algumas combinações desses são permitidas estereoquimicamente. Se a combinação de φ e ψ é repetida regularmente ao longo da cadeia polipeptídica, a estrutura resultante será uma hélice. As hélices mais importantes são a hélice-α e a fita de folha β (ou simplesmente fita-β) embora outras hélices, como colágeno e poliprolina hélices, a hélice 3 e π similares a hélice-α, também sejam conhecidas. No caso da hélice-α as pontes de hidrogênio são internas, formadas entre oxigênio da carbonila do resíduo i e o grupo amino do resíduo i+4. Na hélice 3 as pontes de hidrogênio são formadas entre i e i+3, enquanto na hélice π se dá entre i e i+. Nas fitas-β as pontes de hidrogênio não são internas às fitas, sendo formadas entre duas fitas. Duas ou mais fitas-β unidas por pontes de

10 9 / 28 hidrogênio formam uma folha-β, sendo que a de duas fitas é também 1 2 conhecida como escada-β. A estrutura tridimensional completa de uma cadeia polipeptídica, descrita pelas coordenadas de cada um de seus átomos componentes, é denominada de estrutura terciária. Quando a proteína possui mais de uma cadeia polipeptídica, o arranjo das cadeias é denominado estrutura quaternária, sendo a proteína chamada de oligomérica. Nessa breve explanação fica óbvia a complexidade dos compostos orgânicos. Assim, o estudo de biomoléculas é normalmente realizado com o auxílio de ilustrações, modelos computacionais e modelos físicos, construídos basicamente com esferas, representando átomos, e bastões, representando as ligações químicas. Para as moléculas de maior interesse, normalmente proteínas, utiliza-se modelos que representam sua estrutura tridimensional e, em alguns casos, os sítios ativos são representados através de modelos esculpidos de diversas formas para permitir a visualização da estrutura de interesse. Diversas propostas de representação tridimensional de biomoléculas têm sido propostas ao longo do tempo. A presente invenção compreende um conjunto de unidades representativas que permitem representar os aminoácidos principais e/ou que permitem construir estruturas de proteínas. Adicionalmente, a presente invenção compreende unidades representativas do carbono alfa, do grupo amina, do grupo carboxila, do hidrogênio, das cadeias laterais dos aminoácidos e elementos de conexão (ligações peptídicas, pontes de hidrogênio e ligações dissulfeto). Os modelos possuem dimensões e encaixes adequados à montagem das estruturas de cada aminoácido e pinos de conexão para a montagem de cadeias de aminoácidos, ou seja, permitem representar estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias de proteínas. A empresa inglesa Cochranes comercializa uma série de sistemas para a construção de moléculas que também representam todos os átomos sendo mais flexíveis em termos de escala. Esses modelos apresentam a

11 / desvantagem de resultar em construções grandes, incômodas e muito complexas para a maioria das aplicações. Modelos utilizando fios são descritos por Ruben e Richardson (Bioploymers III, ). Construído pela dobra do fio em cada átomo Cα são uma forma simples de representação da estrutura protéica, mas apresentam a desvantagem de requerer equipamento especial para a dobra dos fios. Podem ser encontrados ainda sistemas similares para construção de modelos baseados na posição de Cα, comercializados por uma empresa inglesa, onde os resíduos são identificados por cores de acordo com suas propriedades físicas e a escala está estabelecida em 1cm=2Å. No âmbito patentário, diversos documentos versam sobre modelos representativos de aminoácidos e estruturas tridimensionais. O documento US 4,622,014 descreve um modelo de estrutura tridimensional compreendendo módulos plásticos e interconectores, sendo que esses e os pontos de conexão entre eles são feitos de material contrastante para raio-x. Quando submetido ao raio-x, a configuração espacial origina uma imagem da cadeia principal, que está inserida nos módulos plásticos. A presente invenção difere desse documento por não tratar de materiais contrastantes e configurações dependentes de qualquer tipo de radiação. O documento US 4,378,218 apresenta o conceito de bastões e esferas modificado. Esse modelo de representação de proteínas permite a montagem de segmentos de proteínas com precisão nos ângulos de ligação. Os modelos são construídos para permitir a rotação das ligações interatômicas em ângulos exatos, através de uma escala graduada e elementos de fixação que garantem a rigidez da estrutura montada. A presente invenção difere desse documento por permitir que haja a representação entre as interações das cadeias laterais e o meio. O documento US 3,841,001 também explora o conceito de bastões e esferas para representar as estruturas tridimensionais de proteínas e reivindica a inovação de unidades representativas de átomos numa configuração esférica

12 11 / com um soquete cilíndrico central e apêndices que se projetam radialmente. O número de apêndices é uma unidade menor que o número de valência do átomo representado, e os apêndices e soquete estão orientados de forma a possuírem os ângulos corretos de valência. A presente invenção difere desse documento por permitir a identificação rápida de cada aminoácido devido à representação da forma tridimensional das cadeias laterais dos mesmos. Adicionalmente, a presente invenção possui a representação de polaridade, neutralidade e hidrofilia, não citadas no referido documento. O documento US 02/ descreve kits de construção de modelos de alfa-hélices e folhas-beta. Os modelos compreendem uma ou mais fitas tubulares representando os carbonos-alfa e a interação entre os mesmos. Os kits de construção da alfa-hélice e folha-beta incluem cada unidade da cadeia principal dos aminoácidos, da cadeia lateral e pontes de hidrogênio. A presente invenção difere desse documento por não compreender fitas para representar os carbonos alfa e suas interações, mas, sim, modelos do carbono-alfa com pinos de conexão e encaixes para a montagem dos aminoácidos, juntamente com outros elementos de montagem aqui apresentados. Garratt e Abel, no documento PI006-7, resolvem as questões relacionadas ao tamanho dos modelos tridimensionais ao reunir os vários grupos funcionais e átomos representados em unidades cujos contornos lembram as representações dos livros didáticos das principais estruturas hélice-α e fitas-β. Não existe uma escala definida e a construção do modelo completo se faz unindo diversas unidades entre si por meio de conectores e fios de diversas cores. Apesar de muito adequado para a construção de moléculas maiores e mesmo de sítios ativos, perde-se a possibilidade de visualização das interações que ocorrem entre as cadeias laterais dos aminoácidos e mesmo as restrições estereoquímicas que dão origem as estruturas secundárias.

13 12 / A presente invenção difere desse documento por não utilizar contornos representando estruturas secundárias, mas, sim, formas geométricas representando a cadeia lateral de cada aminoácido. Adicionalmente, a presente invenção permite visualizar as interações e/ou ligações que ocorrem entre os aminoácidos, como ligações peptídicas, pontes de hidrogênio e ligações dissulfeto, assim como as restrições estereoquímicas que dão origem as estruturas secundárias. Portanto, pode-se ver que a literatura não contém nenhum documento que antecipe ou sequer sugira as particularidades da presente invenção. Objeto da Invenção É um objeto da presente invenção, unidades representativas tridimensionais de aminoácidos compreendendo a representação em formas tridimensionais dos seguintes elementos: a) cadeia lateral de um aminoácido; b) carbono alfa; c) grupo amina; d) grupo carboxila; e) átomo de hidrogênio; onde as conexões entre os elementos são realizadas a partir de encaixes e/ou entalhes presentes no próprio elemento ou a partir de elementos de conexão independentes. Em uma realização preferencial, as cadeias laterais de a) apresentam-se em vinte tipos de acordo com o aminoácido que elas representam: metionina, aspartato, glutamato, histidina, treonina, serina, cisteína, triptofano, fenilalanina, glutamina, arginina, isoleucina, asparagina, valina, tirosina, lisina, leucina, prolina, alanina, glicina. Em uma realização preferencial, as ligações atômicas de e) compreendem pontes de hidrogênio ou ligações peptídicas ou ligações dissulfeto.

14 13 / Em uma realização preferencial, as unidades representativas tridimensionais são produzidas em plástico flexível pelo processo de injeção termoplástica ou outro material que venha possuir as mesmas características de flexibilidade. Em uma realização opcional da presente invenção, outros tipos de aminoácidos podem ser construídos tais como aminoácidos com diferentes cadeias laterais. É um objeto adicional da presente invenção, kits educacionais compreendendo uma pluralidade de unidades representativas tridimensionais de aminoácidos compreendendo a representação em formas tridimensionais dos seguintes elementos: a) cadeia lateral de um aminoácido; b) carbono alfa; c) grupo amina; d) grupo carboxila; e) átomo de hidrogênio; onde as conexões entre os elementos são realizadas a partir de encaixes e/ou entalhes presentes no próprio elemento ou a partir de elementos de conexão independentes. Descrição das Figuras A figura 1 apresenta as unidades representativas de 16 cadeias laterais. Tratam-se das unidades com geometria mais simples e todas apresentam espessura regular e um pino de conexão integrado, como pode ser visto em 1a. Cada item da figura 1 representa uma cadeia lateral com as seguintes definições: (i1) metionina; (i2) - aspartato, onde 2a representa a eletronegatividade do grupo funcional; (i3) - glutamato, onde 3a representa a eletronegatividade do grupo funcional; (i4) - histidina, onde 4a representa um grupo positivamente carregado; (i) - treonina, onde a é um identificador do grupo polar não carregado; (i6) - serina, onde 6a é um identificador do grupo polar não carregado; (i7) - cisteína, onde 7a é um identificador do grupo polar

15 14 / não carregado e 7b um furo para conectar a representação da ligação dissulfeto, componente (vc) na figura ; (i8) triptofano; (i9) - fenilalanina; (i) glutamina; (i11) - arginina, onde 11a representa um grupo positivamente carregado; (i12) isoleucina; (i13) asparagina; (i14) valina; (i1) tirosina; (i16) - lisina, onde 16a representa um grupo positivamente carregado. A figura 2 apresenta a unidade representativa da cadeia lateral da leucina, componente (i17). A inclinação apresentada em 17a tem o objetivo de representar o grupo de átomos que se deslocam do plano principal dessa cadeia lateral. A figura 3 apresenta o componente (i18), a cadeia lateral da prolina. A inclinação do pino 18a, a região de encaixe 18b e o pino 18c permitem uma montagem rígida com o componente (iiib) da figura 9, a unidade representativa da amina da prolina, na região de encaixe 24a e 24b. Esse encaixe rígido em posição muito bem definida representa a estrutura em anel da pirrolidina. A figura 4 apresenta a cadeia lateral do aminoácido grupo alanina, que possui um grupo de 3 hidrogênios (i19). A figura apresenta a unidade representativa do hidrogênio, presente em todos os aminoácidos e que também é a cadeia lateral da glicina, o mais simples deles. A figura 6 traz a unidade representativa do carbono alfa, componente (ii). Os detalhes 21a e 21b são reforços estruturais necessários para manter a estabilidade da unidade após montagem. O detalhe 21c define os pinos de conexão que em conjunto com o furo 21d define os ângulos de um tetraedro. Tanto os pinos 21c quanto o furo 21d permitem um encaixe rígido o bastante para manter a estrutura montada e estável, ao mesmo tempo em que permite a livre rotação com um leve esforço representando assim a liberdade rotacional dos grupos funcionais ligados ao carbono alfa. A figura 7 apresenta a unidade representativa do grupo amina, componente (iiia), presente em todos os aminoácidos. O furo 22a permite a conexão com o conector (va) da figura, necessário para manter as estruturas secundárias estáveis, representando pontes de hidrogênio. O furo

16 1 / b é conectado ao pino 21c do componente (ii) enquanto o furo 22c, com perfil quadrado, permite a ligação do conector (vb) da figura. O perfil desse furo e do conector correspondente impede a rotação e permite alinhamento com a unidade (iv) de forma a representar corretamente o ângulo de ligação de 180º entre esses grupos funcionais na ligação peptídica. A figura 8 apresenta a unidade representativa do grupo carboxila, componente (iv) do kit, presente em todos os aminoácidos. O furo 23a permite a conexão com o conector (va) da figura, necessário para manter as estruturas secundárias estáveis, representando pontes de hidrogênio. O furo 23b é conectado ao pino 21c do componente (ii) enquanto o furo 23c, com perfil quadrado, permite a ligação do conector (vb) da figura. O perfil desse furo e do conector correspondente impede a rotação e permite alinhamento com as unidades (iiia) e (iiib) de forma a representar corretamente o ângulo de ligação de 180º entre esses grupos funcionais na ligação peptídica. A figura 9 apresenta a unidade representativa do grupo amina da prolina, componente (iiib) do kit. O furo 24a e o encaixe 24b permitem uma conexão rígida com o componente (i18). O furo 24c é conectado ao pino 21c do componente (ii) enquanto o furo 24d, com perfil quadrado, permite a ligação do conector (vb) da figura. O perfil desse furo e do conector correspondente impede a rotação e permite alinhamento com a unidade (iv) de forma a representar corretamente o ângulo de ligação de 180º entre esses grupos funcionais na ligação peptídica. A figura apresenta as unidades de conexão: (va) - apresenta sempre o mesmo diâmetro, mas pode ter comprimento variável. Encaixa-se nos furos 22a e 23a dos itens (iiia) e (iv) e representa pontes de hidrogênio que são responsáveis por manter as estruturas secundárias estáveis; (vb) - representa a ligação peptídica que se conecta aos furos quadrados 22c, 23c e 24d das unidades (iiia), (iv) e (iiib), respectivamente. Seu formato impede a rotação e permite alinhamento da unidade (iv) com as unidades (iiia) e (iiib) de forma a representar corretamente o ângulo de ligação de 180º entre esses grupos

17 16 / 28 1 funcionais na ligação peptídica; (vc) - representa a ligação dissulfeto, onde os pontos 27a e 27b permitem o encaixe em 7b de duas unidades de cisteína. A figura 11 representa um exemplo de uma ligação dissulfeto com o componente (vc) ligando duas unidades de cisteína. A figura 12 apresenta um exemplo de montagem, o aminoácido alanina. A figura 13 apresenta um exemplo de montagem, o aminoácido asparagina. A figura 14 apresenta um exemplo de montagem, a montagem de tripeptídio. Na seqüência se apresentam os aminoácidos cisteína, aspartato e prolina. Nessa figura é possível visualizar a ligação peptídica, componente (vb), e o encaixe rígido da unidade da prolina, componente (i18), com a unidade do carbono alfa, componente (ii) e com a unidade da amina da prolina componente (iiib). A figura 1 apresenta um segmento de uma estrutura secundária (héliceα) onde é evidenciada a ligação de hidrogênio, componente (va) que mantém a estrutura estável. 2 Descrição Detalhada da Invenção Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma. Modelos Na presente invenção, os modelos são representações das cadeias laterais, dos grupos (hidrogênio, carbono alfa, grupo amina, grupo carboxila) e dos elementos de conexão (ligações peptídicas, pontes de hidrogênio, ligações dissulfeto). Os pinos de conexão da presente invenção apresentam-se como parte dos modelos, como nas cadeias laterais ou podem ser modelos independentes, como os elementos de conexão. Unidade Representativa Na presente invenção, alguns modelos compreendem pinos de conexão e/ou entalhes de indentificação e/ou entalhes de encaixes utilizados para a

18 17 / conexão entre os mesmos. Em uma realização preferencial, a unidade representativa de cada uma das cadeias laterais dos aminoácidos compreendem um modelo de forma tridimensional similar à cadeia lateral do aminoácido e pelo menos um pino de conexão e/ou pelo menos um entalhe de encaixe. Em uma realização preferencial, a unidade representativa do carbono alfa compreende um modelo de forma tridimensional similar ao carbono alfa e pelo menos um pino de conexão e/ou pelo menos um encaixe. Em uma realização preferencial, a unidade representativa de cada um dos grupos amina, tanto da prolina como de todos os outros aminoácidos, compreende um modelo de forma tridimensional similar ao grupo amina e pelo menos dois encaixes. Em uma realização preferencial, a unidade representativa de cada um dos grupos carboxila compreende um modelo de forma geométrica similar ao grupo carboxila e pelo menos dois encaixes. Em uma realização preferencial, a unidade representativa de cada um dos elementos de conexão (pontes de hidrogênio, ligações peptídicas e/ou ligações dissulfídicas) compreende um modelo de forma geométrica similar às ligações atômicas. A montagem das unidades representativas permitirá a representação dos aminoácidos isoladamente, bem como das seqüências primárias, secundárias, terciárias e/ou quaternárias de proteínas. Em uma opcional construção da presente invenção, as unidades representativas podem ser distinguíveis entre si através do uso de cores diferentes ou do uso de materiais de texturas diferentes. Em uma realização adicional, as cadeias laterais de a) compreendem a identificação pelo código de três letras que representa cada aminoácido: Met para metionina, Asp para aspartato, Glu para glutamato, His para histidina, Thr para treonina, Ser para serina, Cys para cisteína, Trp para triptofano, Phe para fenilalanina, Gln para glutamina, Arg para arginina, Ile para isoleucina, Asn para asparagina, Val para valina, Tyr para tirosina e Lys para lisina. Adicionalmente, as formas tridimensionais das cadeias laterais dos aminoácidos de a) compreendem informações sobre a carga do respectivo aminoácido, onde (+) representa aminoácidos carregados positivamente, como

19 18 / 28 histidina, arginina e lisina e (-) representa aminoácidos carregado negativamente, como aspartato e glutamato. Além disso, as formas geométricas das cadeias laterais dos aminoácidos treonina, serina e cisteína de a) compreendem entalhes em alto relevo ou em baixo relevo que representam que elas possuem um grupo polar não-carregado, quando conveniente. Adicionalmente, as formas geométricas da cadeia lateral da cadeia lateral do aminoácido cisteína de a) compreendem pelo menos um entalhe de encaixe simulando a ligação dissulfeto. Em uma realização preferencial, o grupo amina de c) compreende duas representações, uma para o grupo amina pertencente à prolina e outra para o grupo amina dos outros aminoácidos, com exceção da prolina. 1 2 Pinos de conexão Na presente invenção, pinos de conexão são hastes que permitem a conexão com os encaixes e/ou entalhes. Os pinos de conexão da presente invenção podem ser parte dos modelos, como parte das cadeias laterais ou podem ser modelos em si, como elementos de conexão. Em uma realização preferencial da presente invenção, as hastes são encontradas no carbono alfa e/ou como parte da cadeia lateral dos aminoácidos e/ou como representantes das ligações peptídicas e/ou das pontes de hidrogênio e/ou ligações dissulfídicas. Em uma realização preferencial, os pinos de conexão da cadeia lateral dos aminoácidos se conectarão no encaixe do carbono alfa. Em uma realização preferencial, para o aminoácido prolina, haverá mais um pino de conexão preferencialmente em relevo na parte central da peça que se poderá se conectar ao entalhe do grupo amina da prolina. Em uma realização preferencial, os pinos de conexão das pontes de hidrogênio se conectarão aos encaixes dos grupos amina e/ou carboxila e/ou no átomo de hidrogênio. Em uma realização preferencial, os pinos de conexão das ligações peptídicas se conectarão com encaixes dos grupos amina e/ou carboxila.

20 19 / 28 Especificamente, os pinos de conexão podem apresentar seção transversa circular, elipsóide, triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, dentre outras possíveis bem como a mistura das mesmas. O tipo de seção transversa utilizado é o que define o grau de liberdade da ligação, se a ligação é fixa ou não. Em especial, na presente invenção os pinos de conexão possuem seção transversa circular ou quadrada. 1 2 Entalhes Na presente invenção, entalhes são cortes na parte lateral ou central dos modelos que permitem a identificação (entalhe de identificação) e/ou o encaixe (entalhe de encaixe). Os entalhes de encaixe se conectam a determinados pinos de conexão. Em uma realização preferencial da presente invenção, os aminoácidos serina e treonina possuem entalhes de informação, identificando suas polaridades. Em uma realização preferencial, o aminoácido cisteína possui um entalhe que pode servir tanto para identificação da polaridade do mesmo, quanto para encaixe. Em uma realização preferencial da presente invenção, os entalhes de encaixe podem ser encontrados na cadeia lateral da cisteína e/ou na parte central do grupo amina e/ou na parte central do grupo carboxila. Em uma realização preferencial, o entalhe de encaixe da cadeia lateral da cisteína conecta o pino de conexão que representa ligações dissulfídicas. Em uma realização preferencial, na parte central dos grupos amina e/ou carboxila, os pinos de conexão que se encaixam são aqueles que representam as pontes de hidrogênio. Numa construção opcional da presente invenção, os entalhes de informação possuem cores específicas que definem o tipo de informação transmitida. Encaixes Encaixes são superfícies talhadas que permitem a união de duas peças, como encaixes do tipo macho e fêmea. Em uma realização preferencial da

21 / 28 presente invenção, os encaixes podem ser encontrados no carbono alfa, no grupo amina, no grupo carboxila e no átomo de hidrogênio. Em uma realização preferencial, o encaixe do carbono alfa (fêmea) permite a conexão com os pinos da cadeia lateral dos aminoácidos (macho). Em uma realização preferencial, o grupo amina possui dois encaixes do tipo fêmea que possuem seções transversas distintas podendo ser quadrada e circular ou quadrada e retangular ou circular e triangular, dentre várias outras combinações possíveis. Numa delas, se conectará o pino de conexão da ligação peptídica (macho) e na outra se conectará o pino de conexão com o carbono alfa. Em uma realização preferencial, o encaixe no qual se conectará o pino de conexão de uma ligação peptídica é quadrado e da outra, circular. Em uma outra realização preferencial, o encaixe do átomo de hidrogênio permite a conexão com pinos de conexão das pontes de hidrogênio. 1 2 Exemplo 1 Representação dos Aminoácidos A presente invenção compreende unidades representativas tridimensionais para representação dos aminoácidos principais e suas interações. Os componentes (i) são as cadeias laterais dos aminoácidos, representando: i1) a cadeia lateral da metionina; i2) a cadeia lateral do aspartato; i3) a cadeia lateral do glutamato; i4) a cadeia lateral da histidina; i) a cadeia lateral da treonina; i6) a cadeia lateral da serina; i7) a cadeia lateral da cisteína; i8) a cadeia lateral do triptofano; i9) a cadeia lateral da fenilalanina; i) a cadeia lateral da glutamina; i11) a cadeia lateral da arginina; i12) a cadeia lateral da isoleucina;

22 21 / i13) a cadeia lateral da asparagina; i14) a cadeia lateral da valina; i1) a cadeia lateral da tirosina; i16) a cadeia lateral da lisina; i17) a cadeia lateral da leucina; i18) a cadeia lateral da prolina; i19) a cadeia lateral da alanina; i) a cadeia lateral da glicina. Nesses componentes representando os aminoácidos (i), cada cadeia lateral pode ser identificada tanto pela sua forma específica quanto por letras, conforme pode ser verificado na figura 1 nas posições de (i1) a (i16). Cada uma possui as respectivas letras de identificação: (i1) Met para metionina, (i2) Asp para aspártico, (i3) Glu para glutâmico, (i4) His para histidina, (i) Thr para treonina, (i6) Ser para serina, (i7) Cys para cisteína, (i8) Trp para triptofano, (i9) Phe para fenilalanina, (i) Gln para glutamina, (i11) Arg para arginina, (i12) Ile para isoleucina, (i13) Asn para asparagina, (i14) Val para valina, (i1) Tyr para tirosina, (i16) Lys para lisina. Todas essas unidades apresentam a geometria similar ao esqueleto da cadeia lateral que representam e são substancialmente planas. Cada uma dessas unidades apresenta espessura média igual ao diâmetro do pino de conexão (posição 1a, como exemplo). Todas as unidades representativas dos aminoácidos ((i1) a (i16) da figura 1) podem ser produzidas em plástico maleável em moldes de injeção. Os aminoácidos podem compreender um indicador em relevo da carga do aminoácido. Para indicar eletronegatividade, utiliza-se um símbolo de - gravado nas extremidades que, similarmente à molécula real, apresentam tal caráter de carga negativa, como pode ser exemplificado para o aspártico e o glutâmico (unidades (i2) e (i3) da figura 1, nas posições 2a e 3a, respectivamente). Na figura 1, nas posições (4a), (11a), e (16a), das unidades da histidina (i4), da arginina (i11) e da lisina (i16), respectivamente, são

23 22 / apresentados os indicadores de eletropositividade, como um símbolo de + que, similarmente à molécula real, apresentam tal caráter de carga positiva. Os aminoácidos também podem compreender um entalhe indicador da polaridade do aminoácido. Um entalhe pode ser utilizado para identificar a polaridade dos aminoácidos, como treonina, serina e cisteína (unidades (i), (i6) e (i7) da figura 1 que apresentam o entalhe nas posições a, 6a, e 7a, respectivamente). Esses aminoácidos têm em comum o fato de pertencerem a um grupo polar não carregado. Todas as unidades representativas dos aminoácidos possuem um pino de conexão com inclinação e posição definidas em relação ao corpo principal de cada componente, cumprindo o objetivo de posicionar essa unidade de forma similar ao que ocorre nas moléculas reais que se busca representar quando da montagem de cada aminoácido. Ainda na figura 1 na posição (7b) é apresentado o furo para encaixe justo com o componente (vc) nas posições 27a e 27b, que permite simular a ligação dissulfeto no aminoácido cisteína. Exemplo 1.1 Exemplos de unidades representativas de aminoácidos Os componentes dos aminoácidos e suas cadeias laterais podem ser exemplificados pela figura 2, na qual é apresentada a unidade que representa a cadeia lateral da leucina (i17) com a respectiva gravação de identificação Leu. Nessa unidade é evidenciada a posição (17a), que corresponde à interpretação dessa invenção para agrupamento de átomos que se desloca do plano principal. A espessura média tem a mesma dimensão do pino de conexão. O pino de conexão, com inclinação e posição definidas em relação ao corpo principal do componente cumpre o objetivo de posicionar essa unidade de forma similar ao que ocorre nas moléculas reais que se busca representar. Na figura 3 é apresentada a unidade que representa a cadeia lateral da Prolina (i18), com a gravação de identificação Pro. O modelo é substancialmente plano, com espessura média igual ao diâmetro do pino de conexão (18a). Detalhe importante nessa unidade é a posição (18a), um pino inclinado, que em conjunto com as posições (18b) e (18c) permitem o encaixe rígido com a unidade que representa a amina da prolina. O pino e o encaixe

24 23 / 28 1 citados, quando da montagem do modelo completo do aminoácido prolina, cumprem o papel definido por essa invenção de representar a estrutura em anel da pirrolidina. Os componentes dos aminoácidos e suas cadeias laterais, também podem ser exemplificados pela figura 4, na qual é apresentada a unidade que representa a cadeia lateral da alanina (i19), com a gravação de identificação Ala. O modelo apresenta uma geometria tetraedral com um pino de conexão em um dos vértices. O pino de conexão, com a posição definida em relação ao corpo principal do componente, cumpre o objetivo de posicionar essa unidade de forma similar ao que ocorre nas moléculas reais que se busca representar. Os componentes dos aminoácidos e suas cadeias laterais, também podem ser exemplificados pela unidade que representa a cadeia lateral da glicina (i), como pode ser visto na figura. Tal componente, que representa um átomo de hidrogênio, também é utilizado para compor a estrutura básica de todos os aminoácidos, tal como ocorre nas moléculas reais. 2 Exemplo 2 - Representação dos átomos, grupos e ligações atômicas A presente invenção também compreende unidades representativas tridimensionais para representação de carbono alfa, grupo amino, grupo carboxila e ligações atômicas. Os componentes do grupo amino são de 2 tipos: a) componente para representar o grupo amina quando pertencente a estrutura de todos os aminoácidos com exceção da prolina; b) componente para representar o grupo amina quando pertencente a prolina; Os componentes do grupo carboxila são de 3 tipos: a) componente para representar as pontes de hidrogênio; b) componente para representar as ligações peptídicas; c) componente para representar as ligações dissulfeto; Todos os componentes são diferenciados por pelo menos uma característica como, por exemplo, forma, tamanho, cor, material ou

25 24 / identificação por letras ou marcas, ou uma combinação destas, a fim de possibilitar a visualização de seu processo de formação, restrições estéricas, interações como hidrofobicidade, hidrofilia, entre outras. Todos os ditos componentes não apresentam uma escala definida em relação às moléculas reais. Exemplo Carbono alfa O carbono alfa (Cα), também denominado carbono assimétrico ou centro quiral, é encontrado em todos os aminoácidos, com exceção da glicina. Ele determina diferentes configurações espaciais das moléculas estereoisômeras e a ele estão ligados os grupamentos amina, carboxila, um átomo de hidrogênio e um radical nos aminoácidos. Nas moléculas reais, o carbono alfa conecta uma ligação central a três outras ligações em um ângulo de 9,º e cada uma dessas três ligações está a 1º de distância uma da outra. Podemos visualizar as unidades representativas de carbono alfa (Cα) na figura 6. O ângulo entre os pinos de conexão (21c) e o eixo do furo (21d) perfazem entre si um ângulo aproximado de 9,º, tal como ocorre nas moléculas reais. O furo 21d é a fêmea de encaixe dos pinos dos componentes das cadeias laterais dos aminoácidos (exemplificado na posição (1a) da figura 1) e demonstrado nos exemplos de montagem da figura 11, figura 12, figura 13 e figura 14. Tal encaixe entre o furo (21d) do componente (ii) e os pinos dos componentes (i) e de tal forma ajustado que permite a montagem e desmontagem com relativa facilidade, ao mesmo tempo em que também permite a livre rotação dos componente (i) ao redor do eixo do furo 21d do componente (ii), dessa forma essa concepção cumpre o papel de representar movimento livre de rotação das cadeias laterais dos aminoácido reais. Exemplo 2.2 Grupo Amina O grupo amina, juntamente com o grupo carboxila, são encontrados em qualquer aminoácido. Esse grupo pode ser encontrado nos aminoácidos em sua forma neutra ou desprotonada (-NH 2 ) ou na sua forma ionizada ou protonada (-NH + 3 ).

26 2 / Nas interações realizadas entre aminoácidos, o grupo amina pode se ligar ao carbono alfa e à ligação peptídica, que será formada com o grupo carboxila. Também há a possibilidade desse grupo amina realizar pontes de hidrogênio. Demonstramos a unidade representativa do grupo amina da presente invenção através do componente (iii) na figura 7, que apresenta a unidade que representa o grupo amina (iiia). Na posição (22a) se destaca o furo que permite o encaixe justo com o componente (va), permitindo assim, simular as pontes de hidrogênio que mantém as estruturas secundárias estáveis. Na posição (22b) é apresentado o furo com diâmetro adequado ao encaixe no pino (21c) do componente (ii). Tal encaixe é ajustado de forma a manter a montagem entre os componentes (ii) e (iiia) estável, mas também permite a rotação do componente (iiia) ao redor do eixo do pino (21c), cumprindo o papel de representar a liberdade de rotação da amina em relação ao carbono alfa das moléculas reais. Na posição (22c) é apresentado o encaixe com perfil quadrado que se ajusta firmemente ao elemento de conexão (vb). Esse encaixe tem a função explícita de simular a rigidez da ligação peptídica quando montado em conjunto com o elemento (iv), mantendo entre (iv) e (iiia) um ângulo de 180º em relação às superfícies mais extensas desses dois componentes, tal como pode ser verificado na figura 14. O eixo da posição 22b perfaz um ângulo aproximado de 123º com o eixo da posição 22c, simulando o ângulo existente entre a ligação peptídica e o ângulo de ligação da amina com o carbono alfa. O grupo amina da prolina, representada pelo componente (iii) da figura 9 apresenta a unidade que representa o grupo amina (iiib). Na posição 24a se destaca o furo que permite o encaixe justo com o componente (va, fig ), permitindo assim, simular as pontes de hidrogênio que mantém as estruturas secundárias estáveis. Na posição 24c é apresentado o furo com diâmetro adequado ao encaixe no pino 21c do componente (ii). Tal encaixe é ajustado de forma a manter a montagem entre os componentes (ii) e (iiib) estável, mas também permite a rotação do componente (iiia) ao redor do eixo do pino 21c, cumprindo o papel de representar a liberdade de rotação da amina em relação

27 26 / ao carbono alfa das moléculas reais. Na posição 24d é apresentado o encaixe com perfil quadrado que se ajusta firmemente ao elemento de conexão (vb, fig ). Esse encaixe tem a função explicita de simular a rigidez da ligação peptídica quando montado em conjunto com o elemento (iv), mantendo entre (iv) e (iiib) um ângulo de 180º em relação às superfícies mais extensas desses dois componentes. Na posição 24a e 24b da figura 9 é apresentado o sistema de encaixe desse componente (iiib) com o componente (i18), tal sistema de encaixe em conjunto com o pino 18a da figura 3 permite simular a participação do grupo amina quando faz parte anel da pirrolidina das moléculas reais de prolina, tal como pode ser verificado na figura 14. O eixo da posição 24c perfaz um ângulo aproximado de 123º com o eixo da posição 24d, simulando o ângulo existente entre a ligação peptídica e o ângulo de ligação da amina com o carbono alfa. Exemplo 2.3- Grupo Carboxila O grupo carboxila, juntamente com o grupo amina, são encontrados em qualquer aminoácido. Esse grupo pode ser encontrado nos aminoácidos em sua forma neutra ou desprotonada (-COOH) ou na sua forma ionizada ou protonada (R-COOH). Em realização mais particular ainda dessa invenção no componente (iv), na figura 8 é apresentada a unidade que representa o grupo carboxila. Na posição 23a se destaca o furo que permite o encaixe justo com o componente (va, fig ), permitindo assim, simular as pontes de hidrogênio que mantém as estrutura secundárias estáveis. Na posição 23b é apresentado o furo com diâmetro adequado ao encaixe no pino 21c do componente (ii). Tal encaixe é ajustado de forma a manter a montagem entre os componentes (ii) e (iv) estável, mas também permite a rotação do componente (iv) ao redor do eixo do pino 21c, cumprindo o papel de representar a liberdade de rotação da carboxila em relação ao carbono alfa das moléculas reais. Na posição 23c é apresentado o encaixe com perfil quadrado que se ajusta firmemente ao elemento de conexão (vb, fig ). Esse encaixe tem a função explicita de simular a rigidez da ligação peptídica quando montado em conjunto com os componentes (iiia) e

28 27 / (iiib), mantendo entre (iv) e (iiia) e (iiib) um ângulo de 180º em relação às superfícies mais extensas desses componentes, tal como pode ser verificado na figura 14. O eixo da posição 23b perfaz um ângulo aproximado de 113º com o eixo da posição 23c, simulando o ângulo existente entre a ligação peptídica e o ângulo de ligação da carboxila com o carbono alfa. Exemplo 2.4 Pontes de Hidrogênio, Ligação Peptídica e Pontes Dissulfeto Em realização mais particular ainda dessa invenção nos componentes (v), na figura é apresentado o componente (va, fig ) que possui o diâmetro para encaixe justo com as posições 22a, 23a e 24a dos componentes (iiia), (iv) e (iiib), respectivamente. O comprimento do componente (va, fig ) é variável e se adequa a cada situação de montagem das estruturas secundárias representando as pontes de hidrogênio que garantem a estabilidade das estruturas secundárias. Em realização mais particular ainda dessa invenção nos componentes (v), ainda na figura, é apresentado o componente (vb, fig ) que permite simular a ligação peptídica. A geometria de sua secção transversal, com formato quadrado, se ajusta perfeitamente aos componentes (iiia), (iv) e (iiib) nas posições respectivas 22a, 23a e 24a. O comprimento do componente (vb, fig ) é de tal ordem que permite simular a distância interatômica da ligação peptídica na mesma escala aproximada dos demais componentes. Em realização mais particular ainda dessa invenção nos componentes (v), ainda na figura, é apresentado o componente (vc, fig ) que permite simular a ligação dissulfeto que ocorre quando duas cadeias de cisteína, componente (i7), se aproximam. As posições 27a e 27b do componente (vc, fig ) se encaixa adequadamente na posição 7b do componente (i7) da figura 1. Um exemplo da utilização do componente (vc, fig ) pode ser encontrado na figura 11. Exemplo 3 Kits Educacionais Kits Educacionais

29 28 / 28 1 Kits educacionais são desenhados para ajudar iniciantes e estudantes que estão interessados em aprender sobre determinado tema. A presente invenção compreende as unidades representativas apresentadas na presente invenção com a finalidade de utilizar tais unidades para ensinar principalmente sobre moléculas biológicas, como aminoácidos e estruturas primárias, secundárias, terciárias e/ou quaternárias. Em especial, o kit educacional da presente invenção é recomendado para todas as idades, mas será melhor apreciado por estudantes do ensino médio e universitários. Uma realização preferencial do kit educacional da presente invenção compreende, mas não se limita a, pelo menos componentes da cadeia lateral dos aminoácidos, pelo menos componentes do carbono alfa, pelo menos um componente do grupo amina da prolina, pelo menos componentes do grupo amina dos outros aminoácidos, pelo menos componentes do grupo carboxila, pelo menos componentes das pontes de hidrogênio, pelo menos componentes das ligações peptídicas, pelo menos um componente da ligação dissulfídica, pelo menos componentes dos átomos de hidrogênio. De acordo com realização preferencial os componentes apresentam características semelhantes ou diferenciadas, dependendo da estrutura a ser representada e sua particularidade de interesse. O técnico no assunto saberá avaliar que a presente invenção poderá ser realizada de diferentes maneiras á luz das informações aqui descritas.

30 1 / 3 Reivindicações UNIDADES REPRESENTATIVAS DE AMINOÁCIDOS E KIT EDUCACIONAL COMPREENDENDO AS MESMAS. 1. Unidade representativa tridimensional de aminoácido caracterizada por compreender a representação em formas tridimensionais dos seguintes elementos: a) cadeia lateral de um aminoácido; b) carbono alfa; c) grupo amina; d) grupo carboxila; e e) átomo de hidrogênio; onde as conexões entre os elementos são realizadas a partir de encaixes e/ou entalhes presentes no próprio elemento ou a partir de elementos de conexão independentes. 2. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela cadeia lateral representar a cadeia lateral dos aminoácidos metionina, aspartato, glutamato, histidina, treonina, serina, cisteína, triptofano, fenilalanina, glutamina, arginina, isoleucina, asparagina, valina, tirosina, lisina, leucina, prolina, alanina e/ou glicina. 3. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela cadeia lateral compreender a identificação de cada aminoácido. 4. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela identificação de cada aminoácido ser feita a partir do código de uma letra e/ou do código de três letras.. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela cadeia lateral compreender informações sobre a carga da respectiva cadeia lateral. 6. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos pinos de conexão apresentarem uma seção transversa

31 2 / 3 escolhida do grupo que compreende seção transversa circular, elipsóide, triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, bem como a mistura das mesmas. 7. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pela seção transversa ser circular ou quadrangular. 8. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser produzida em plástico flexível. 9. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo plástico flexível ser produzido por injeção termoplástica.. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por pelo menos dois elementos possuírem cores diferentes. 11. Unidade representativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por pelo menos dois elementos possuírem texturas diferentes. 12. Kit educacional caracterizado por compreender uma pluralidade de unidades representativas tridimensionais de aminoácidos compreendendo a representação em formas tridimensionais de pelo menos um dos seguintes elementos: a) cadeia lateral de um aminoácido; b) carbono alfa; c) grupo amina; d) grupo carboxila; e) átomo de hidrogênio; onde as conexões entre os elementos são realizadas a partir de encaixes e/ou entalhes presentes no próprio elemento ou a partir de elementos de conexão independentes. 13. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pela cadeia lateral representar a cadeia lateral dos aminoácidos metionina, aspartato, glutamato, histidina, treonina, serina, cisteína, triptofano, fenilalanina, glutamina, arginina, isoleucina, asparagina, valina, tirosina, lisina, leucina, prolina, alanina e/ou glicina.

32 3 / Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pela cadeia lateral compreender a identificação de cada aminoácido. 1. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pela identificação de cada aminoácido ser feita a partir do código de uma letra e/ou do código de três letras. 16. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pela cadeia lateral compreender informações sobre a carga da respectiva cadeia lateral. 17. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelos pinos de conexão apresentarem uma seção transversa escolhida do grupo que compreende seção transversa circular, elipsóide, triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, bem como a mistura das mesmas. 18. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pela seção transversa ser circular ou quadrangular. 19. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por ser produzida em plástico flexível.. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo plástico flexível ser produzido por injeção termoplástica. 21. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por pelo menos dois elementos possuírem cores diferentes. 22. Kit educacional, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por pelo menos dois elementos possuírem texturas diferentes.

33 1 / 1 Resumo UNIDADES REPRESENTATIVAS DE AMINOÁCIDOS E KIT EDUCACIONAL COMPREENDENDO AS MESMAS. A presente invenção compreende um conjunto de unidades representativas para os aminoácidos principais. Adicionalmente, a presente invenção compreende unidades representativas do carbono alfa, do grupo amina, do grupo carboxila, do hidrogênio e elementos de conexão (ligações peptídicas, pontes de hidrogênio e ligações dissulfeto). Adicionalmente, a presente invenção compreende a representação da polaridade, eletronegatividade e hidrofilia das cadeias laterais desses aminoácidos. Os modelos possuem dimensões e encaixes adequados à montagem das estruturas de cada aminoácido e pinos de conexão para a montagem de cadeias de aminoácidos, ou seja, permitem representar estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias de proteínas. A presente invenção se situa no campo da biologia e educação.

34 1 / 8 FIGURAS Figura 1

35 2 / 8 Figura 2 (i17) 17a 18a Figura 3 18c (i18) 18b Figura 4 (i19)

36 3 / 8 Figura (i) Figura 6 (ii) 21a 21d 21b 21c Figura 7 (iiia) 22a 22b 22c

37 4 / 8 Figura 8 (iv) 23a 23b 23c Figura 9 (iiib) 24a 24b 24c 24d Figura (va) (vb) (vc) 27a 27b

38 / 8 Figura 11 (iiia) (i7) (vc) (i7) (ii) (ii) (iiia) (i) (i) (iv) (iv) Figura 12 (i19) (ii) (iiia) (i) (iv)

39 6 / 8 Figura 13 (i13) (ii) (iiia) (i) (iv)

40 7 / 8 Figura 14 (ii) (i) (iv) (vb) (iv) (i18) (iiib) (i) (i2) (iiia) (ii) (vb) (iiia) (iv) (ii) (i7) (i)

41 8 / 8 (i) (ii) (iv) (va) (ii) (ii) (ii) (va) (i) (i) Figura 1