Bioquímica: Aminoácidos e Proteínas - PDF

Bioquímica Aminoácidos e Proteínas Licenciatura em Enfermagem 2024/2025 1 2 1 3 4 2  Proteínas são macromoléculas (polímeros complexos) constituídas por moléculas lineares compostas por quantidades variáveis de 20...

Bioquímica Aminoácidos e Proteínas Licenciatura em Enfermagem 2024/2025 1 2 1 3 4 2  Proteínas são macromoléculas (polímeros complexos) constituídas por moléculas lineares compostas por quantidades variáveis de 20 monómeros (aminoácidos) ligados entre si por ligações peptídicas Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 5 Composição corporal média Homem Mulher Água 63 54 Minerais 6 5 Lípidos 15 27 Ácidos Nucleícos >1 >1 Glícidos 1 1 Proteínas 15 13 Das 4 classes principais de macromoléculas, as proteínas e os lípidos são dominantes. Aminoácidos são a unidade básica estrutural das proteínas Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 6 3  As proteínas encontram-se em todas as partes da célula (papel fundamental nos sistemas biológicos) compondo ≥ 50% do respectivo peso seco. Estrutura/Função Composição complexa inúmeras funções gera muitas formas de biológicas estrutura tridimensional 7 Composição elementar de proteínas: Elemento Quantidade (%) Carbono 50-55 Oxigénio 20-23 Nitrogénio 12-19 Hidrogénio 6-7 Enxofre 0.2-3 P, Fe, Zn, Cu Vestígios 8 4  Classificação: composição organização estrutural função biológica 9 Homoproteínas ou proteínas simples – são sintetizadas nos ribossomas e não sofrem qualquer modificação no citoplasma. Heteroproteínas ou proteínas conjugadas - são sintetizadas nos ribossomas e sofrem modificação no citoplasma. Alguns amino ácidos são substituídos por outros grupos. Grupo prostético orgânico inorgânico 10 5  Exemplos: Tipo Proteínas Nucleoproteinas ribossomas Glicoproteinas ovoalbumina, κ -caseína Fosfoproteinas αeβ-caseinas, cinases, fosforilases Lipoproteinas proteinas da gema do ovo, proteinas plasmáticas, rodopsina Metaloproteinas hemoglobina, mioglobina, catalase, peroxidase 11 Em função da sua organização estrutural: Proteínas globulares – formas esféricas ou elipsoidais resultantes do enovelamento da cadeia polipeptídica sobre si mesma. Solúveis em sistemas aquosos. Proteínas fibrosas – formas em bastão formadas por cadeias polipeptídicas lineares organizadas ao longo de um único eixo. Podem também formar-se pela agregação linear de pequenas proteínas globulares, como sucede com actina e fibrina. Insolúveis em água ou soluções diluídas de sais. 12 6  Em função da sua função biológica: Proteínas estruturais – contribuem para a estrutura da célula ex. tropomiosina, colagénio, queratina, elastina. Proteínas contracteis – convertem energia química em energia mecânica ex. miosina, actina, tubulina. Proteínas transportadoras – transportam elementos diferentes ex. seroalbumina, transferrina, hemoglobina. Proteínas de reserva - actuam como fontes de azoto e aa para sementes e geração dos embriões ex. glicidina, ovoalbumina. Proteínas protetoras – formam parte do mecanismo de defesa para a sobrevivência de certos organismos e animais ex. toxinas, alergénios. Hormonas - função de controlo do metabolismo ex. insulina, hormona do crescimento. Anticorpos – função de defesa ex. imunoglobulinas. Catalizadores enzimáticos – permitem que a reacção ocorra à temperatura do organismo por diminuição da energia da activação ex. cinases, oxigenases, hidrolases etc. 13 Tipos de Proteínas Tipo Exemplos Estrutural tendões, cartilagem, cabelo, unhas Contrátil músculos Transporte hemoglobina Armazenamento leite Hormonal insulina, hormona de crescimento Enzima reações celulares Proteção anticorpos 14 7  FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS 15 FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS Crescimento, manutenção e reparação Formação de compostos essenciais para o organismo Regulação do equílibrio H2O Manutenção da neutralidade do organismo Estimulação da formação de anticorpos Capacidade de desintoxicação Transporte de nutrientes 16 8  USO DE AMINOÁCIDOS NAS CÉLULAS Síntese proteíca Fornecer glucose Fornecer azoto para a síntese de aminoácidos não essenciais Fornecer energia Aumentar as reservas lípidicas 17 18 9  Síntese proteíca 19 Aminoácidos Unidade constituinte simples das proteínas Grupo ácido carboxilico Grupo amínico Cadeia lateral R atribui características únicas 20 10  Estrutura Química de Aminoácidos Grupo R corresponde a 1 de 20 tipos de cadeia lateral. A cadeia principal é invariável – mas tem propriedades importantes de pH, atividade óptica, formação de ligação peptídica e reatividade química. 21 Aminoácidos Cadeia lateral Carbono α Grupo amino Grupo carboxílico 22 11  α-Aminoácidos  α-Aminoácidos são designados por códigos de: - uma letra: em geral, primeira letra do nome (G para Glicina ou A para Alanina) ou convenção adotada; - três letras: 3 primeiras letras do nome, com exceção de Asn (Asparagina), Gln (Glutamina), Trp (Triptofano) e Ile (Isoleucina). alanina prolina lisina Ala ou A Pro ou P Lys ou K Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 23 α-Aminoácidos 24 12  Aminoácidos Não Polares Existem 8 AA não polares (hidrofóbicos): Alanina Valina Leucina Isoleucina Prolina Não formam pontes de hidrogénio com a água Metionina Fenilalanina Triptofano 25 Aminoácidos Polares Sem Carga Existem 7 AA polares não carregados (hidrofilicos): Glicina Serina Treonina Cisteína Formam pontes de hidrogénio com a água Glutamina Tirosina Asparagina 26 13  Aminoácidos Polares Com Carga Existem 5 AA polares carregados (hidrofilicos): Carga positiva Histidina Lisina Arginina Formam pontes Carga negativa de hidrogénio com a água Ácido glutâmico Ácido aspártico 27 Aminoácidos não encontrados em Proteínas Outros amino ácidos não comuns e seus derivados são bioquimicamente importantes. Por exemplo, sintomas de alergia são causados pela libertação de histamina pelos mastócitos. Histamina dilata vasos sanguíneos, aumenta a permeabilidade dos capilares (permitindo passagem dos anticorpos dos capilares para tecidos circundantes), e contrai vias brônquicas. Ligação específica a uma proteína designada receptor H1 para a histamina. Serotonina, derivado do triptofano, funciona como neurotransmissor e regulador. Ornitina e Citrulina envolvidos na biossíntese da arginina e ciclo de ureia 28 14  Aminoácidos Essenciais Os 20 α-aminoácidos são necessários para síntese proteíca, mas o corpo humano apenas consegue sintetizar 10 AA. Os outros 10 (aminoácidos essenciais) têm que ser obtidos via dieta. Os aminoácidos essenciais incluem isoleucina, leucina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina, arginina, histidina, e lisina. Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 29 Zwitterião Um Zwitterião é um ião dipolar. Uma vez que os AA contêm um grupo ácido e um grupo base, uma reacção ácido-base interna forma um zwitterião. amino ácido zwitterião Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 30 15  Zwitterião Aminoácidos existem essencialmente como zwitteriões (a pH fisiológico). pH 1 pH 7 pH 11 Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 31 Zwitterião Os zwitteriões dos AA são anfotéricos. Podem reagir como ácidos ou bases. Em meio ácido zwitterião protonado Em meio alcalino zwitterião desprotonado Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved. 32 16  Nº de proteínas existentes na natureza é enorme. Proteínas com a mesma função biológica têm estruturas proteicas diferentes em espécies diferentes Distinguem-se umas das outras na base de: - composição em aminoácidos - comportamento electroforético e cromatográfico - reações com antigénios específicos preparados contra as diferentes proteínas. 33 34 17  O que é que faz uma proteína ser uma enzima, uma hormona, uma proteína estrutural, um anticorpo etc.? 35 36 18  https://www.youtube.com/watch?v=lijQ3a8yUYQ&feature=emb_title https://www.youtube.com/watch?v=wvTv8TqWC48 37 Estrutura e Organização Papel funcional da proteína é determinada pela respetiva estrutura básica e organização Estruturas Primária, Secundária e Terciária de proteínas ilustram 3 níveis de organização Outras proteínas têm nível adicional de estrutura, quaternária 38 19 39 Estrutura Primária Sequenciação e ligação covalente entre aa na cadeia polipeptídica é feita nos ribossomas coluna polipeptídica não difere entre cadeias polipeptídicas cadeias laterais responsáveis pelas diferenças entre proteínas afectam o enovelamento da proteína sobre si própria determina a funcionalidade biológica da proteína (prop. FQ, estruturais, biológicas e funcionais) 40 20  Estrutura Primária 41 Anemia falciforme é causada pela alteração num único aminoácido! 42 21  Estrutura Secundária Ligações fracas recorrentes entre aa vizinhos responsáveis por este 2º nível de organização alpha-hélice formada pelo enrolar da cadeia polipeptidica sobre si própria - interacções de 4 em 4 pontos de ligação (carbonilo C=O1 a amida N- H4) estabilizada por lig. H2 // ao eixo Conformação β ou folha pregueada cadeia polipetidica esticada com cadeias laterais localizadas acima ou abaixo Ambas estruturas fornecem força e rigidez abundantes no colagénio, queratina, elastina (proteínas estruturais) 43 ESTRUTURA SECUNDÁRIA: α-HÉLICE Disposição de resíduos AA: Heptetos do tipo P-N-P-P-N-N-P favorecem formação de α-hélice Excepção qd. interacção inter- ou intramolecular favorece a α-hélice ex. tropomiosina (N-P-P-N-P-P-P) 44 22  ESTRUTURA SECUNDÁRIA: FOLHA-β Phi,Psi Rede concertada de pontes de -119,113 H2 Phi,Psi -139,135 - Cadeia β tem 5-10 AA - projecção alternada das cadeias laterais 45 ESTRUTURA SECUNDÁRIA: FOLHA-β Disposição de resíduos AA: Conjuntos do tipo N-P-N-P-N-P-N favorecem formação de folha-β Segmentos ricos em AA com cadeias laterais hidrofóbicas volumosas tb. formam folhas -β 46 23  ESTRUTURA SECUNDÁRIA: FOLHA-β Disposição de resíduos AA: folha-β mais estável que α-hélice ex: proteínas ricas em estruturas folha-β => temp. desnaturação + elevada Proteína %, tipo Temp. desnat. (ºC) β-lactoglobulina 51,β 75.6 globulina 11S da soja 64,β 84.5 BSA 64,α 64 47 Estrutura terciária: conformação tridimensional 48 24 Ligações contribuem para a Estrutura Terciária 49 Ligações contribuem para a Estrutura Terciária 50 25  Estrutura quaternária Associações entre várias cadeias polipeptidicas idênticas ou diferentes Cada cadeia apresenta estruturas, primária, secundária e terciária. Associações por ligações fracas 51 Estrutura Quaternária 52 26  Revisão Configuração Proteica 53 54 27  Importância Clínica Hipoproteinémia Hiperproteinémia 55 Gama de referência: 6.0-8.0 g/dL Hipoproteinémia - < 6.0 g/dL Balanço de azoto negativo Causas principais: Perda excessiva Ingestão diminuída Síntese limitada Catabolismo acelerado 56 28  Perda excessiva: - Excreção na urina – doença renal (síndrome nefrótica) - Inflamação do sistema digestivo origina perdas para o intestino - Perda de sangue em feridas abertas ou hemorragias internas 57 Ingestão diminuída: -Carência de proteína na dieta -Mal absorção intestinal Ingestão diminuída ⇒ deficiência em aminoácidos essenciais ⇒ síntese proteica comprometida. danos hepáticos doenças por imunodeficiência hereditárias 58 29  Catabolismo acelerado - Queimaduras - Trauma - Outras feridas 59 Gama de referência: 6.0-8.0 g/dL Hiperproteinémia - > 8.0 g/dL Balanço de azoto positivo Não é tão comum quanto a hipoproteinémia Causas principais: Desidratação Produção excessiva 60 30  Desidratação - Perda excessiva de água do sistema vascular - Proteínas, pela sua dimensão, permanecem - Quantidade absoluta é a mesma, mas a concentração é mais elevada Causas: vomitar, diarreia, e acidose diabética 61 Produção excessiva Principalmente das gama globulinas Mieloma múltiplo Proteína Bence Jones (colheita de urina ao longo de 24 horas) 62 31  Enzimas 63 Enzimas – uma função especializada catalisadores biológicos Terminação em -ase. Afetam a velocidade de reação mas não alteram a sua configuração. São complementares ao substrato no qual atuam. 64 32  Enzyme Enzyme- Enzyme + Substrate + Substrate Complex Product dissacharide + hydrolyase + H2O 2 monosaccharides + hydrolyase sucrose + sucrase + H2O glucose + fructose + sucrase 65 Coenzimas e co-fatores 66 33  Nomenclatura Pouco específico desidrogenase hidrolase Oxidase Moderadamente específica lipase Carbohidrolase Muito específica sucrase Anidrase carbónica 67 Locais de ligação – controlo alostérico 68 34 69 Controlo Enzimático Inibição por feedback 70 35  Controlo Enzimático Inibição competitiva 71 Controlo Enzimático Inibição não competitiva 72 36  Fatores que afetam a atividade 1. Quantidade de enzima 2. Quantidade de substrato 3. Temperatura 4. pH 5. Força iónica 73 Fatores que afetam a atividade 74 37 75 Importância Clínica 76 38 77 78 39 79 80 40 81 82 41 83 84 42 85 86 43