Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 Pergunta 1 a) Quais são os quatro principais tipos de moléculas biológicas discutidas na palestra? Cite uma função importante para cada tipo de molécula biológica da célula. Fosfolipídeos: formam bicamadas que são as membranas celulares. Carboidratos: açúcares simples fornecem energia para os processos celulares, o polímero celulose age como um componente estrutural e o polímero glicogênio age como um estoque de energia. Proteínas: São responsáveis por praticamente todas as funções celulares; enzimas para as vias metabólicas, proteínas estruturais para estrutura das células, proteínas de membrana para a regulação celular, reconhecimento celular e transporte de moléculas para dentro e fora das células. Ácidos Nucléicos: armazenamento e transferência de material genético. b) Responda rapidamente as perguntas a seguir: i) Quais são as duas principais diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas? Células procarióticas não possuem núcleo, enquanto células eucarióticas possuem núcleo. Células procarióticas são mais antigas na escala evolucionária do que as células eucarióticas. Células eucarióticas possuem organelas e membranas internas, células procarióticas, não. ii) Qual é a diferença entre organismos unicelulares e multicelulares? Organismos unicelulares vivem e se reproduzem como células únicas. Cada célula possui o mesmo DNA e a mesma aparência. Organismos multicelulares são compostos de diversas células. Cada célula em um organismo multicelular possui o mesmo DNA, porém as células possuem aparências diferentes. iii) Procariotos são uni ou multicelulares? Eucariotos são uni ou multicelulares? Procariotos são unicelulares. Eucariotos podem ser organismos uni ou multicelulares. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 1
Pergunta 1, continuação c) Circule as cadeias laterais de cada par de aminoácidos abaixo. Cite o tipo de interação mais forte presente entre os grupos das cadeias laterais de cada par. Aminoácidos Interação d) Desenhe a estrutura química do polipeptídio a seguir em ph 7. cisteína-alanina-tirosina-fenilalanina e) Circule a ligação peptídica na estrutura que você desenhou acima. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 2
Pergunta 2 A droga Minoxidil é usada via oral como um agente contra a hipertensão e topicamemte como um estimulante para o crescimento de cabelos. O estrutura do Minoxidil está ilustrada abaixo a) abaixo temos um esquema do sítio de ligação do Minoxidil em um proteína hipotética. i) Desenhe as cadeias laterais nas posições dos aminoácidos 51, 129, 134 e 167. ii) Represente o Minoxidil conforme mostrado acima ligando-se ao sítio. Certifique-se de considerar as interações entre o Minoxidil e as cadeias laterais ao orientar o Minoxidil dentro do sítio de ligação. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 3
Pergunta 2, continuação b) Relacione todas as interações que podem ocorrer entre aminoácidos específicos e o Minoxidil no modelo proposto ao preencher a tabela abaixo. Aminoácidos Glu 51 Val 129 Leu 134 Asn 167 Interações com o Minoxidil ligação hidrogênio, van der Waals van der Waals, hidrofóbico van der Waals, hidrofóbico ligação hidrogênio, van der Waals c) Para saber se seu modelo está correto, construa algumas versões alteradas dessa proteína e teste se o Minoxidil ainda se liga à ela. Assuma que os demais aminoácidos permanecem inalterados. Os resultados são os seguintes: Proteína Posição 51 Posição 129 Posição 134 Posição 167 Liga-se? normal Glu 51 Val 129 Leu 134 Asn 167 sim variante 1 Asp 51 Val 129 Leu 134 Asn 167 sim variante 2 Gly 51 Val 129 Leu 134 Asn 167 sim variante 3 Gly 51 Val 129 Leu 134 Ala 167 não variante 4 Glu 51 Lys 129 Leu 134 Ala 167 não variante 5 Glu 51 Phe 129 Leu 134 Asn 167 sim De todas as orientações do Minoxidil no sítio de ligação, apenas uma orientação está consistente com os resultados acima. Verifique cuidadosamente seu modelo, revise-o caso julgue necessário e respondas às seguintes perguntas. No modelo proposto, as características importantes são as ligações de hidrogênio do Minoxidil com Glu51 e Asn167, e a posição do anel hidrofóbico do Minoxidil no bolso hidrofóbico próximo de Val129 and Leu134. Se você orientou o Minoxidil em qualquer outra direção, apenas as forças de Van der Waals estarão presentes entre os resíduos e o Minoxidil e as alterações acima ainda permitirão essas forças. Nos termos do seu modelo e das prováveis ligações, explique por que... i) a variante 2 irá ligar-se com o Minoxidil, mas a variante 3 não irá se ligar ao Minoxidil. Na variante 2, uma das 2 ligações de hidrogênio não foi perdida, assim como a bolsa hidrofóbica, e de acordo com as informações tal fato é suficiente para permitir a ligação. Na variante 3, ambas as ligações de hidrogênio foram perdidas, fato esse que rompe a ligação. ii) a variante 5 irá se ligar ao Minoxidil, mas a variante 4 não irá se ligar ao Minoxidil. Na variante 4, um aminoácido hidrofóbico é substituído por um ácido carregado que rompe a bolsa hidrofóbica. A substituição na variante 5 não rompe as interações hidrofóbicas. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 4
Pergunta 3 Receptores do fator de crescimento (mostrados abaixo) são proteínas transmembrana encontradas na superfície celular. a) A maioria das moléculas que constituem a membrana acima pertencem a que classe de macromoléculas? fosfolipídeos Explique as qualidades/propriedades importantes dessas moléculas que permitem que elas formem membranas. Os fosfolipídeos possuem cabeças hidrofílicas e caudas hidrofóbicas que permitem sua disposição em uma bicamada contendo um núcleo hidrofóbico quando em um ambiente aquoso. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 5
Pergunta 3, continuação Um esquema menor do receptor do fator de crescimento é mostrado a seguir. b) Quais aminoácidos na seqüência acima fazem parte da região transmembrana do receptor? Circule esses aminoácidos e explique brevemente seu raciocínio. Esses aminoácidos são não polares ou hidrofóbicos, fato esse que permite a ocorrência dos mesmos no meio hidrofóbico da membrana. Quando o fator de crescimento liga-se ao domínio extracelular do receptor, ocorre uma variação na conformação desse receptor. A ligação do fator de crescimento causa a dimerização dos dois receptores adjacentes na membrana celular. Durante a dimerização, os domínios intracelulares dos receptores são ativados. Veja o esquema a seguir. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 6
Pergunta 3, continuação c) As regiões dos dois receptores que interagem durante a dimerização estão ilustradas abaixo. Nas partes (i -iv) a seguir, nomeie o tipo de interação mais forte (ligação de hidrogênio, iônica, covalente, van der Waals)que ocorre entre as cadeias laterais dos aminoácidos indicados. Cadeias Laterais de Interação i) Phe50 : Val98 van der Waals ii) Asp68 : Lys65 iônica iii) Cys75 : Cys82 covalente iv) Ser53 : Gln12 hidrogênio Tipo de interação d) Explique como Gln12 e Val98, que estão distantes na seqüência primária da proteína, podem estar próximos um ao outro na região da proteína diagramada acima. Quando uma proteína dobra-se em sua forma final, os resíduos de aminoácidos que estão distantes na estrutura primária podem ser alinhados próximos uns aos outros. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 7
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Pergunta 3, continuação e) Interações moleculares entre os dois receptores são importantes para a dimerização. Portanto, a substituição de certos aminoácidos na proteína pode afetar a dimerização do receptor. Analise se os receptores poderão ou não ser dimerizados após as substituições (i - iv) a seguir. EXPLIQUE seu raciocínio. i) Asp68 fi Arg: Os receptores não poderão realizar a dimerização já que aminoácidos de carga negativa são substituídos por aminoácidos de carga positiva. A ligação iônica entre Asp68 e Lys65 é rompida e ocorre a repulsão. ii) Ser53 fi Thr: Os receptores poderão realizar a dimerização já que um aminoácido que pode participar de ligações de hidrogênio é substituído por outro aminoácido do mesmo tipo. iii) Phe50 fi Asn: Os receptores poderão realizar a dimerização mesmo que um ácido hidrofóbico seja substituído por um aminoácido polar pois as forças de van der Waals ainda estarão presentes. (Dentro da região diagramada, a proximidade das espécies carregadas torna improvável que as interações hidrofóbicas sejam a principal força nas interações entre dois receptores.) iv) Val98 fi Ile: Os receptores poderão realizar a dimerização já que há que o ácido hidrofóbico é substituído por outro aminoácido hidrofóbico e não há perda as forças de van der Waals. e) A substituição de um aminoácidos, Cys75 fi Gly, leva à dimerização dos receptores com ou sem o fator de crescimento. Explique sucintamente essa observação. Essa substituição coloca duas moléculas de cisteína em locais opostos. Esses dois resíduos podem formar uma ligação de dissulfeto e, portanto, ligar de forma covalente os dois receptores. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 9
Pergunta 4 A reação a seguir é o décimo e último passo da glicólise: a) Calcule K eq para essa reação sob condições normais a 25 o C e circule a afirmação correta abaixo. G = Go + RT ln ([produtos]/[reagentes]) em equilíbrio, G = 0, e K eq = ([produtos]/[reagentes]) então Go = -RT ln (K eq ) Portanto: -7,5 kcal/mol = -0,59 kcal/mol ln (K eq ) 12,7 = ln (K eq ) Keq = e 12,7 Keq = 3,3 x 10 5 Em equilíbrio, [fosfoenolpiruvato] > [piruvato] Em equilíbrio, [fosfoenolpiruvato] < [piruvato] b) As concentrações a seguir foram encontradas nos glóbulos vermelhos. Calcule?G para a reação a 37 o C. Em qual direção essa reação seguirá de forma espontânea? [ADP] = 10 mm [ATP] = 81 mm [fosfoenolpiruvato] = 10 mm [piruvato] = 500 mm G = Go + RT ln ([produtos]/[reagentes]) G = -7,5 kcal/mol + 0,61 kcal/mol x ln (500 x 81)/(10 x 10) G = -3,84 kcal/mol A reação é espontânea da esquerda para a direita: Fosfoenolpiruvato + ADP -------------> piruvato + ATP Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 10
Pergunta 4, continuação c) Trace o perfil de energia para essa reação em condições fisiológicas. No diagrama, certifique-se de: 1) ilustrar os níveis relativos de energia dos reagentes e produtos. 2) identificar os eixos 3) identificar os reagentes e produtos 4) indicar a energia de ativação 5) indicar?g d) Como a piruvatoquinase (a energia que catalisa essa reação) altera o perfil energético? A enzima reduz apenas a energia de ativação. Ela não altera a energia livre dos reagentes, produtos ou da reação como um todo. Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 11
ESTRUTURAS DOS AMINOÁCIDOS em ph 7.0 Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 12
Para a reação: Cinética Enzimática: onde: S = substrato E = enzima P = produto Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1 13