Bioquímica (1º Semestre) - Notas de Aula PDF

Luanq = 4 5 de novembro - frequência teórica/ prática 7 de janeiro - frequência teórica / pratica avaliação feita de forma continua = Aula 2 n Introdução à Bioquímica A Bioquímica é a ci...

Luanq = 4 5 de novembro - frequência teórica/ prática 7 de janeiro - frequência teórica / pratica avaliação feita de forma continua = Aula 2 n Introdução à Bioquímica A Bioquímica é a ciência que descreve, em termos moleculares, as estruturas, mecanismos e processos químicos que são comuns a todos os organismos vivos. Ao estudar as interações das biomoléculas, como proteínas, lipídios, carboidratos e ácidos nucleicos, a bioquímica oferece uma compreensão aprofundada dos princípios que organizam e sustentam a vida nas suas diversas formas. Assim, ela revela como os processos químicos, essenciais para a vida, são compartilhados entre os diferentes seres vivos, fornecendo uma base para entender a complexidade da biologia a nível molecular. Breve história do álcool 7 A história do álcool começa no Neolítico, com o surgimento da agricultura e cerâmica, permitindo a fermentação de bebidas. Referências bíblicas como a embriaguez de Noé em Gênesis ilustram o consumo antigo. Egípcios avançaram na produção de álcool, enquanto gregos e romanos eram conhecidos tanto pelo consumo moderado quanto pelo abuso. Na Idade Média, o comércio de álcool foi regulamentado e seu consumo frequentemente demonizado. Durante a Revolução Francesa, as tabernas tornaram-se centros de socialização e debate. No século XX, surgiram as primeiras regulamentações etárias, e cientistas como Pasteur e Buchner avançaram na compreensão da fermentação. Entre 1960 e 1985, o debate sobre o álcool e suas consequências sociais continuou. Os fundamentos químicos tratam de conceitos essenciais como: 1. Átomos e moléculas: Elementos básicos da matéria, que se unem para formar substâncias por meio de ligações químicas (como as covalentes e iônicas). 2. Ligações químicas: Interações entre átomos para formar moléculas, envolvendo o compartilhamento ou transferência de eletrões 3. Reações químicas: Transformações que ocorrem quando substâncias interagem, alterando a composição e criando novos produtos. 4. Ácidos e bases: Substâncias que doam (ácidos) ou aceitam (bases) iões H+, medido pelo pH. 5. Energia química: A energia armazenada nas ligações químicas, que pode ser liberada ou absorvida durante reações. 6. Termodinâmica: Estudo da energia e sua relação com as reações, determinando se elas ocorrem espontaneamente. Esses princípios explicam como as substâncias interagem e se transformam em nível molecular. Fundamentos Químicos 1. Hidrogênio e Oxigênio: Essenciais para a vida, geralmente combinados na forma de água, uma substância básica e condicionante para a existência na Terra. 1. Carbono: Embora seja menos abundante na crosta terrestre e no universo em comparação ao silício (146 vezes menos), o carbono foi selecionado pela sua versatilidade química. ( refere-se à capacidade de um elemento ou molécula de formar diferentes tipos de ligações e estruturas químicas.). Ele forma ligações simples, duplas e triplas consigo e com outros elementos (H, O, N), criando longas cadeias e estruturas cíclicas. Além disso, o dióxido de carbono (CO₂) é mais solúvel em água do que o óxido de silício (SiO₂), sendo mais acessível aos seres vivos. 3. Metais (Cálcio, Potássio, Sódio, Magnésio): Na forma iônica (Ca²⁺, K⁺, Na⁺, Mg²⁺), desempenham papéis cruciais, como transmissão de estímulos nas células nervosas (perda de K⁺ e ganho de Na⁺), contração muscular (níveis de Ca²⁺ e Mg²⁺), estabilização de soluções coloidais e manutenção da eletroneutralidade biológica. 4. Fósforo, Enxofre, Cloro e Azoto: Essenciais na constituição de moléculas biológicas (aminoácidos, açúcares, ácidos nucleicos). Fosfatos (PO₄³⁻) e sulfatos (SO₄²⁻) mantêm a eletroneutralidade dos uidos biológicos, enquanto o cloro aparece na forma iônica (Cl⁻).  5. Oligoelementos: Presentes em concentrações muito baixas, são necessários para o funcionamento de enzimas, proteínas de transporte e armazenamento (como hemoglobina) e processos hormonais. 6. Ligações Covalentes: O carbono forma até quatro ligações covalentes estáveis com outros elementos, dando origem a estruturas lineares, rami cadas e cíclicas, o que proporciona versatilidade para a formação de macromoléculas biológicas 7. Ligações Não Covalentes: Essas interações (como pontes de hidrogênio, interações iônicas, ligações de van der Waals e interações hidrofóbicas) são importantes para manter a estrutura tridimensional das biomoléculas e permitir a dinâmica molecular essencial para a vida. Pontes de Hidrogênio: Ligação eletrostática entre um átomo de hidrogênio ligado a um elemento eletronegativo (como O ou N) e outro átomo eletronegativo. Interações Iônicas: Atração entre grupos carregados ou entre uma carga e um dipolo. Ligações de Van der Waals: Forças fracas causadas por utuações na distribuição de carga elétrica, importantes no interior de proteínas e ácidos nucleicos. Esses fundamentos químicos são essenciais para entender os processos que sustentam a vida e a organização das biomoléculas. A Água e seu Papel nos Processos Biológicos A água é fundamental para a vida e está envolvida em quase todos os processos biológicos. Representa entre 50% e 70% do peso do corpo humano e é a molécula mais abundante nos organismos vivos. A sua estrutura e propriedades químicas únicas fazem com que a água tenha um papel crucial em diversas funções vitais. têm uma região positiva e uma Estrutura da Água negativa A molécula de água tem uma forma angular, com um ângulo de 105º entre os dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. Isso cria uma distribuição de carga desigual, tornando a água uma molécula polar, ou seja, com um lado parcialmente positivo (os hidrogênios) e outro lado parcialmente negativo (o oxigênio). Essa polaridade é responsável por muitas das propriedades da água. (- (t) (t) fi fl Propriedades da Água Pontes de Hidrogênio: As moléculas de água formam pontes de hidrogênio entre si, o que confere coesão e permite que a água tenha propriedades únicas como: · adesão : tendem a unir-se com outras moléculas polares Elevado ponto de fusão e ebulição: A água tem um ponto de fusão (0ºC) e um ponto de ebulição (100ºC) Elevada tensão super cial: Isso permite, por exemplo, que alguns insetos caminhem sobre a superfície da água. Elevada constante dielétrica: A água é capaz de separar iões opostos e dissolver substâncias iônicas, tornando-se um excelente solvente. No estado líquido, cada molécula de água forma em média 3,4 pontes de hidrogênio. No estado sólido (gelo), cada molécula forma 4 pontes de hidrogênio, criando uma rede cristalina que resulta em uma expansão do volume e menor densidade Por causa da atração entre as cargas elétricas opostas, cada molécula de água tende a se unir a outras -FIFMar) quatro, de modo que um átomo de H de um molécula sempre se ligue ao átomo de O de outra molécula. Essas H-ploxigenial interações são denominadas ligações de hidrogênio ou ponte de hidrogênio. Papel na Regulação da Temperatura ↓ N Initrogele acontece nestas 3 Ligações A água tem a capacidade de absorver e liberar grandes quantidades de calor com pequenas variações de temperatura. Isso signi ca que a água aquece e esfria lentamente, o que ajuda a manter a temperatura corporal estável. Calor de vaporização: o resfriamento do corpo é feito através da evaporação da água pela transpiração, o que permite dissipar calor de forma e ciente. Condutividade térmica: A água também tem uma boa capacidade de conduzir calor, o que ajuda a distribuir o calor de maneira uniforme pelo corpo. Principais funções da água : solvente universal (permite a ocorrência das reações químicas, transpate de substâncias (as moleculas difundem-se na agua e são assim transportadas ; equilibrio termico (ex sua) ; : lubrificante (diminui o atrito entre Função da Água como Reagente os ossos , está presente na saliva para umedecer os alimentos... etc A água participa diretamente de várias reações químicas no organismo. Por exemplo: Hidrólise: A água quebra as ligações entre monômeros em macromoléculas, como proteínas (ligações peptídicas), açúcares (ligações glicosídicas) e lipídios (ligações éster). Reações redox: Em algumas reações de oxidação-redução, a água pode atuar como reagente ou produto. Função da Água como Solvente A água é conhecida como o solvente universal porque dissolve uma vasta gama de substâncias, especialmente as polares e iônicas. Isso é possível devido à sua polaridade, que permite interagir com iões e moléculas polares de forma e caz. fi fi fi OSMOSE de semipermeável água membrana : passagem por uma ↓ [] · Hipotônia - · Isotônica e [In = [J - · Hipatônica + ↑ [T Transpate passivo e sem gasto de energia Ocorre sempre Hipotónica Hipatânica d com o objetivo de tornar os dois mais Isotónicas (equilibrio de concentraçõe Fonização da Água 7 é capaz de famar 2iãs H e OH - 04 + Had H + ex : [H ] + > [OH'] => acido [H + ] = [OH] => neutro [H +J < [OH'] = básico Sistema Tampas consegue resistir - Ph a pequenas mudanças de  B I O QU Í M I C A I A N O L E T I V O 2 0 2 4 / 2 0 2 5 P R Á T I C A - L A B O R A TO R I A L 1 MEDIÇÃO DE VOLUMES COM MICROPIPETAS - CORREÇÃO Regente: Professor Doutor António Mata Assistente convidada: Doutora Susana Beatriz Dias 1 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I CÁLCULOS E DISCUSSÃO 1. Construa uma tabela com os resultados obtidos. Inclua também uma coluna com os valores medidos expressos nas unidades SI. 2. Calcule a média e o desvio padrão da média e o valor percentual do desvio padrão. 3. Classifique as micropipetas quanto à exatidão e precisão das medidas. 4. Há variações para os diferentes volumes medidos com a mesma micropipeta? 5. Calcule o erro absoluto e relativo associado à micropipeta usada. 2 1  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I CÁLCULOS E DISCUSSÃO P1000 P100 Medição 1000µl – 1ml – 1g 100µl – 0,1ml – 0,1g 1. 0,99g 0,09g 2. 0,96g 0,09g 3. 0,99g 0,10g 3 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I CÁLCULOS E DISCUSSÃO Quadrado da Quadrado da P1000 distância P100 distância Medição 1000µl – 1ml SI (kg) entre cada 100µl – 0,1ml SI (kg) entre cada – 1g ponto e a – 0,1g ponto e a média média 1. 0,99g 9,9x10-4 1x10-4 0,09g 9x10-5 9x10-6 2. 0,96g 9,6x10-4 4x10-4 0,09g 9x10-5 9x10-6 3. 0,99g 9,9x10-4 1x10-4 0,10g 1x10-4 4,9x10-5 Soma: Soma: Média 0,98 0,09(3) 6x10-4 6,7x10-5 DP 0,017 0,00579 EA = 0,02 EA = 0,007 DPR 1,7% 6,2% ERP = 2% ERP = 7% 4 2  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I CÁLCULOS E DISCUSSÃO 1. Construa uma tabela com os resultados obtidos. Inclua também uma coluna com os valores medidos expressos nas unidades SI. 2. Calcule a média e o desvio padrão da média e o valor percentual do desvio padrão. A média e o desvio padrão são usados para encontrar o desvio percentual. Divida o desvio padrão pela média e multiplique por 100. 3. Classifique as micropipetas quanto à exatidão e precisão das medidas. Precisão? Sim - Conjunto de dados razoavelmente homogéneo quando DPR for menor ou igual a 25% Exata? Sim - Conjunto de dados razoavelmente homogéneo quando ERP for menor ou igual a 25% 4. Há variações para os diferentes volumes medidos com a mesma micropipeta? Sim 5. Calcule o erro absoluto e relativo associado à micropipeta usada. EA = lx – Xl (x – média; X – valor exato) ERP = (EA / X) * 100 5 B I O QU Í M I C A I A N O L E T I V O 2 0 2 4 / 2 0 2 5 P R Á T I C A - L A B O R A TO R I A L 2 EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE. IONIZAÇÃO DA ÁGUA, ÁCIDOS FRACOS E BASES FRACAS Regente: Professor Doutor António Mata Assistente convidada: Doutora Susana Beatriz Dias 6 3  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I equilíbrio ácido-base - água Dissociação da água: H2O + H2O H3O+ + OH-. A água tem uma ligeira tendência a dissociar-se: Kw: Produto iônico da água a 25°C = 1 x 10⁻¹⁴ M². Em equilíbrio: [H+] = [OH-] = 1 x 10⁻⁷ M (solução neutra). H2O + H2O H3O+ + OH- Equilíbrio é dado por Kw, produto iónico água pura a 25ºC: Kw = [H+][OH-] = 1 x 10-14 M2 No equilíbrio a solução é neutra [H+] = [OH-] [H+] = [OH-] = 1 x 10-7 M *O [H+] na neutralidade é dependente da temperatura. A 37ºC o valor é ≈ 10-6.8 mol.l-1 7 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I ~ 3 O que são Ácidos e Bases Arrhenius A teoria de Arrhenius para ácidos e bases foi proposta originalmente pelo químico sueco Svante Arrhenius em 1884. Ácidos ou Bases com base nos iões formados quando adicionados à água. Um ácido de Arrhenius é qualquer composto que aumenta a concentração do H+ em solução aquosa. Uma base de Arrhenius é qualquer composto que aumenta a concentração do OH- em solução aquosa. Em solução aquosa, os iões H+ reagem instantaneamente com a água para formar iões hidrónio H3O+. Reação ácido-base, ou neutralização, um ácido e uma base de Arrhenius geralmente reagem para formar água e um sal. A maior limitação da Teoria de Arrhenius é que o comportamento ácido-base só pode ser analisado em água. Teoria de Arrhenius: Ácidos aumentam [H+], bases aumentam [OH-] em água. Limitações: Só funciona em soluções aquosas. G Neutralização: Reação entre ácido e base forma água e sal. 8 4  HC + NHb NAnt + 1- T. Técnica de identificação de base base ácidos e bases em equagor acido - acido nIdentifica espécies parecidas 20 que tives. maiso será o Acid Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Boa H+ Recebe H O que são Ácidos e Bases Ácido de Brønsted-Lowry: Doa protões(H+). Base de Brønsted-Lowry: Aceita protões Brønsted-Lowry A água é anfotérica: Pode atuar como ácido e base. Um ácido de Brønsted-Lowry é uma espécie capaz de doar um protão H+. Uma base de Brønsted-Lowry é qualquer espécie capaz de aceitar um protão, o que requer um par de eletrões livres para formar a ligação com o H+. A água é anfotérica, o que significa que ela pode atuar tanto como um ácido quanto como uma base. Ácidos e bases fortes ionizam completamente em solução aquosa, enquanto ácidos e bases fracos ionizam apenas parcialmente. A base conjugada de um ácido de Brønsted-Lowry é a espécie formada desse ácido doar um protão. O ácido conjugado de uma base de Brønsted-Lowry é a espécie formada depois dessa base aceitar um protão. As duas espécies num par ácido-base conjugado têm a mesma fórmula molecular, exceto pelo fato de que o ácido possui um H + extra se comparado com a base conjugada. + Nesta + tecria devemos escrever H30 invés de H e coloca invis de 9 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I O que são Ácidos e Bases Ácidos são dadores de [H+] ([H3O+]) Bases são aceitadores de [H+] pH - É a medida da concentração de H+ em uma dada solução pH = 7 : neutra pH < 7 : ácida pH > 7 : alcalina 10 5  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I O que são Ácidos e Bases Ácidos fortes - dissociam completamente quando adicionados a uma solução neutra (ex: HCl): HCl → Cl- + H+ Ácidos fracos - dissociam parcialmente quando a [H+] está perto de 10-7 mol.l-1 (ex: CH3COOH): CH3COOH CH3COO- + H+ pKa =4,8 Quandoo pla é acético/acetato elevado o ácido conside Ácidos fortes: Dissociam completamente (ex: HCl → H+ + Cl⁻). ra-se fraco porque Ácidos fracos: Dissociam parcialmente (ex: CH3COOH CH3COO⁻ + H+). pKa: Valor que indica a força de um ácido. a tendência para doal He + maio 11 L seralmente varia de valoresnegativos acima de 50. até valores Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I equilíbrio ácido-base No equilíbrio, a razão entre ácido e base conjugada e produtos é A água tem uma ligeira tendência a dissociar-se: constante e depende da tendência H2O + H2O H3O+ + OH- do ácido para libertar o protão (Ka) Equilíbrio é dado por Kw, produto iónico água pura a 25ºC: Kw = [H+][OH-] = 1 x 10-14 M2 SOLUÇÃO ÁCIDA [H+] > 10-7 mol.l-1 (M) No equilíbrio a solução é neutra [H+] = [OH-] [H+] = [OH-] = 1 x 10-7 M SOLUÇÃO BÁSICA [H+] < 10-7 mol.l-1 (M) 12 6  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I equilíbrio ácido-base - [H+] na maioria das soluções é muito - pequena pH = - log [H+] com [H+] em mol.l-1 Para a água pura a 25ºC: pH = - log [10-7] = 7,0 pH normal do meio extracelular humano 7.4 pH normal do meio intracelular humano 7.0- 7.2 (7.35-7.45) e no sangue 13 F a c u l d a d e d e M e d i c i n a D e n t a r i a d a U n i v e r s i d a d e d e L i s b o a 2 0Solução 2 4 / 2 5 tampão: | U. Resiste C. a mudanças de pH com a Bioquímica I a adição de ácidos ou bases em pequenas quantidades Formadas por ácido/base fraco e a sua base/ácido conjugado. Equação de Henderson-Hasselbalch: Relaciona o Solução tampão pH com o pKa e as concentrações do ácido e base conjugada. - Uma solução-tampão é uma é uma solução aquosa capaz de resistir a mudanças de pH ou pOH quando são adicionados ácidos e/ou bases fortes em pequenas quantidades. tam Os tampões são formados pela mistura de ácidos/bases fracos e suas base/ácidos conjugada/os numa solução de valormaio pH próximo ao pKa do ácido. A Equação de Henderson-Hassdelbalch relaciona matematicamente o pH de uma solução tampão, o logaritmo negativo da constante de acidez, representada por pKa e as concentrações da forma ácida e da sua ou base conjugada. 14 Como são formados os tampões ? - acido fraco + sal doacido fraco significa a (rad) [ mesma 7 coisa - acido fraco + base conjugada como atuam os tampões ? base OH H20 consul 1 O CHz COOH acido ~C bas conjugada Hacido  + - ex : HA H + m ha = E [H ) + = wa x [HAY -- [A J (-log [H" : - log(kaxA) 10g [H ] lo + ( - = - logka - &+ = pr Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I equilíbrio ácido-base ) Henderson-Hasselbach Para pares conjugados ácido-base, a constante de acidez Ka e a constante de dissociação básica Kb são relacionadas através das equações a seguir: Ka x Kb = Kw onde Kw é a constante de autoionização pKa + pKb = 14 a 25∘C a e produtos antes -os - Relação entre as constantes de dissociação ácida (Ka) e básica (Kb): Ka x Kb = Kw (produto da autoionização da água). pKa + pKb = 14 a 25ºC. 15 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Equação de Henderson-hasselbalch Para o ácido fraco HA e o seu sal A-: !! + #" ↔ !# Onde k1 e k2 são taxas constantes: Pela lei de ação em massa, em equilíbrio: !# %1 !∗ #^ − = %2 !# ,- !! =. #" onde. = %2/%1 é a constante de dissociação do ácido. Usando os logaritmos (base 10), temos: $( $( $( log!" $ # = log!" & + log!" ou − log!" $ # = −log!" & − log!" ,- log!" $ # = log!" & + log!" ($ ($ ($ onde 0. = − log$%.. pH pha : + a 18 16 8  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Equação de Henderson-hasselbalch Num sistema fechado (um sem transferência de reagentes para o exterior), a quantidade total de tampão presente, B, é constante: !" + ". = % Como tal a equação pode ser reescrita como: ". 1 &! = &' + log/0 ou pH = pK + log/0 % − ". 1−1 1% Onde 1 = é a fração do tampão presente na sua forma básica ".. O pH iguala o valor de pK para o 2 / tampão quando 1 = (ex: quando metade do tampão está na forma ". e a outra metade na forma !". 3 17 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Equação de Henderson-hasselbalch capacidade ax e 18 9  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Equação de Henderson-hasselbalch Curva de titulação de um ácido fraco (exemplo ácido acético), mostrando a zona de tamponamento em torno do pKa. No ponto de inflexão da curva, temos metade do ácido na sua forma dissociada e metade na forma não dissociada. Este é o ponto em que o pH é exatamente igual ao pKa (4,76). * Faixa de tamponamento, o pH não é alterado bruscamente. O ácido acético pode ser considerado uma solução tampão na faixa de pH de 4 a 5,7. Uma regra geral é que ácidos ou bases fracas costumam ser bons tampões em um intervalo de pH entre uma unidade abaixo e uma unidade acima de seu valor de pK. 19 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Importância da regulação do pH Os fluídos corporais tem uma determinada concentração de iões H+. As concentrações que determinam o pH dos fluídos corporais são extremamente baixas. meio extracelular Faixa de pH Fisiológico: 7,35 ↔ 7,45 & sangue e o O metabolismo gera ácidos e bases, influenciando no pH dos fluidos corporais. Alterações no pH do meio modificam a estrutura de proteínas. 21 10  B I O QU Í M I C A I A N O L E T I V O 2 0 2 4 / 2 0 2 5 P r á t i c a - l a b o r a to r i a l 3 SISTEMAS TAMPÃO FISIOLÓGICOS Regente: Professor Doutor António Mata Assistente convidada: Doutora Susana Beatriz Dias 22 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Importância da regulação do pH O organismo utiliza três mecanismos para manter o equilíbrio ácido-básico: Sistemas tampão intra e extracelulares Ventilação alveolar (controla PCO2) pH: 7,35 – 7,45 Excreção renal (controla HCO3-, H+,NH4+...) 23 11  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I SISTEMAS TAMPÃO As soluções de bases ou ácidos fracos e seus conjugados apresentam capacidade de tamponamento Dissociação parcial - Ao ser atingido o equilíbrio químico ácido-base, qualquer alteração no sistema é contrariada até ser atingido novo estado de equilíbrio - Princípio de Le Chatelier A capacidade tampão é determinada pela constante de equilíbrio, pK e pela concentração do ácido fraco e da sua base conjugada. Principais tampões químicos: Bicarbonato + importante Proteínas Hemoglobina Fosfato 24 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I https://www.youtube.com/watch?v=VzEEs00v-JU 25 12  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Tampal Principa Bicabanato DESEQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE Alterações patológicas: Da pressão parcial de dióxido de carbono (Pco2) → Valores de pH arterial anormais Bicarbonato sérico (HCO3−) Acidemia ocorre quando o pH plasmático é < 7,35. (Acidose) Alcalemia ocorre quando o pH plasmático > 7,45. (Alcalose) Acidose: refere-se ao processo fisiológico que causa acumulação de ácidos ou perda de bases. Alcalose: refere-se ao processo fisiológico que causa acumulação alcalina ou perda de ácidos. 26 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I DESEQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE A acidose e a alcalose são categorizadas de acordo com sua causa primária como Metabólicas Respiratórias A acidose metabólica e a alcalose metabólica são causadas por um desequilíbrio na produção de ácidos ou bases e desequilíbrio na excreção renal. A acidose respiratória e a alcalose respiratória são provocadas por alterações na ventilação de CO2 devido a distúrbios pulmonares ou respiratórios. Cada alteração do equilíbrio ácido-base provoca mecanismos compensatórios automáticos que fazem com que o pH do sangue retorne ao normal. Em geral, o sistema respiratório compensa os distúrbios metabólicos, e os mecanismos metabólicos compensam os distúrbios respiratórios. 27 muito abaixo do 7 , 35 ou muito acidma dos 7 45 o individua entre , em come 13  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I SISTEMAS TAMPÃO Sangue: Plasma: ácidos-base fracos nas proteínas; bicarbonato; fosfato inorgânico Eritrócitos: hemoglobina; bicarbonato; fosfato (orgânico e inorgânico) No fluído extracelular: Como o plasma mas sem proteínas. O volume do fluído extracelular é quase três vezes o do sangue, mas apenas tem um poder de tampão semelhante ao sangue pela falta de proteínas. No fluído intracelular: -agua - sais minerais > têm - carbono Proteínas; bicarbonato; fosfato (inorgânico e orgânico). a formar cadeias Não tem cabono - carboidratos Na urina: exceto (H2(O) a cabonico e lipídos Fosfato inorgânico; amónia; bicarbonato. -proteinasse > - vitaminas eccidos nucleicos 28 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Tampões fisiologicamente importantes Tampão bicarbonato 1 - Proteínas (cadeias lateral com grupos NH3+ e COO- - grupos funcionais que funcionam 3 como ácidos ou bases fracas) 4. Hemoglobina O Fosfato ↳ fi intracula 29 ↓ 14  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I bicarbonato O CO2 é constantemente produzido nos tecidos: Uma pequena parte mantem-se dissolvido - 10% dissolvido no plasma; Outra parte, combina-se com a amina dos aminoácidos nas proteínas (incluindo a hemoglobina) formando compostos carbaminados - 20% ligado à hemoglobina; A maioria (70%) é convertido em iões bicarbonato nos eritrócitos (HCO3-). A enzima anidrase carbónica (eritrócitos) catalisa a formação de ácido carbónico (H2CO3). CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- Produção do ácido carbónico é a maior fonte de H+ do organismo. 30 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I bicarbonato [CO2] está diretamente relacionada com a pressão parcial (0,03 x PaCO2) - Este tampão é eficaz porque é possível controlar a PaCO2 por alterações na ventilação. pH determinado pela concentração de HCO3- na fase aquosa e pela pressão parcial de CO2 na fase gasosa. = 7 4 , 31 15  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I bicarbonato O sistema tampão do bicarbonato é um sistema aberto. Há remoção do CO2 pela expiração e remoção de H+ e reposição de HCO3- pelos rins. 32 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I https://www.youtube.com/watch?v=fJZL9CzD2M8 33 16  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I bicarbonato O sistema tampão do bicarbonato é efetivo a pH 7,4 devido ao controlo respiratório. Este é sensível a variações no pH. Depende muito da função integrada dos rins e pulmões. 34 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Proteínas como tampão: hemoglobina É um tampão porque a sua molécula contém um número de grupos ácido-base com valores de pK próximos do intervalo fisiológico. A hemoglobina possui uma afinidade muito grande por ligação ao O2 mas H+ compete - efeito de Bohr - afinidade da molécula de hemoglobina pelo oxigénio em função do pH do meio. À medida que a concentração de H+ diminui, o pH aumenta, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio aumenta, pois existem menos H+ a competir pela ligação. 35 17  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Proteínas como tampão Proteínas: Ligam iões hidrogénio de forma semelhante à hemoglobina. O grupamento carboxila pode dissociar e liberar um protão (doador de protões) enquanto o grupo amino pode receber um protão (aceitador de protões) em função do pH do meio. R - NH3+ grupos carboxilo grupos amino terminais grupos sulfidril da cisteína grupo imidazole da histidina 36 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I FOSFATO Age de forma semelhante ao bicarbonato Menor papel no sangue mas importante nos líquidos intracelulares, visto que a concentração de fosfato nesses líquidos é maior que a dos líquidos extracelulares e o pH do líquido intracelular (pH ± 7) estar geralmente mais próximo ao pK do sistema (pH = 6,9) Mais do que 1 H+, ou passar por mais de uma ionização - ácidos polipróticos As curvas de titulação de tais moléculas possui pKs múltiplos Princípio isoídrico 37 18  Tampão renal......O rim desempenha um papel importante para o equilíbrio ácido-básico através da regulação do HC0 3 plasmático. Isto se faz por duas maneiras: Reabsorção do íon HC0 3 filtrado que evita a perda urinaria e Excreção de 50 a 100 mEq de H + em 24 horas. Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Controlo renal Secreção do H+ e Reabsorção do bicarbonato filtrado (secreção do H+ > filtração do NaHCO3) Excreção do Bicarbonato (secreção de H+ < filtração do NaHCO3) Rins absorvem ou libertam H+ e HCO3 Muito do excesso de ácido deixa o corpo na urina, que normalmente tem pH de 5 a 7 38 rins atuam na eliminação de H+ presente na circulação. Os pulmões controlam a eliminação de H+ do organismo, utilizando o íon bicarbonato na produção de CO2 e H2O. Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Controlo renal REABSORÇÃO TUBULAR é o movimento de água e solutos do lúmen tubular para o sangue SECREÇÃO pode ser definida como a movimentação de solutos do sangue para o lúmen tubular ou, de substâncias produzidas nas células tubulares, do interior destas para o lúmen tubular Balanço renal do bicarbonato, fosfato e amónia 39 19  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Ajuste respiratório do PCO2 Adição de ácido: Formação de H2CO3 adicional → ↑PCO2 Elevação do pH sanguíneo e ↑PCO2 → estímulo à ventilação CO2 expirado → ↓PCO2 = ↓H2CO3 → ↓HCO3- Adição de bases ao sangue ou perda de H+: Retenção de CO2 → ↑ PCO2 → H2CO3 Relação de base p/ ácido volta ao normal, mas as quantidades deles são subnormais Restabelecimento destas quantidades → ação renal Ajuste da PCO2 é compensatório 40 Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Ajuste respiratório do PCO2 Controlo neural da respiração Quimiorrecetores neurais e periféricos 41 20  Faculdade de Medicina Dentaria da Universidade de Lisboa 2024/25 | U. C. Bioquímica I Tampões fisiologicamente importantes 42 relembrar Concentração Molar = M = mol/L = mol/dm3 = mol.dm-3 Nº de moles = m (g) / Mmolar (g/mol) Diluição CiVi = CfVf Densidade vs. Concentração pH e pOH Ka e Kb pKa e pKb 43 21 44 Valores para cálculos - EXERCÍCIOS 1 1.1. Mmolar(NaCl) = 23 + 35,45 = 58,45 g/mol 1.3. Solução-mãe 37g de HCl em 100g de solução. Mmolar(HCl) = 36,45g/mol. Solução 1L é o Vf. Densidade é da solução, portanto 100g de solução têm 1,19g/ml de densidade. 2. Considerar 25ºC 2.3. Ka = 1,75x10-5 (x de dissociação pode ser desprezível devido à diferença entre a ordem de grandeza do Ka e da concentração inicial do ácido é >2, neste caso não será necessária a aplicação da fórmula resolvente). Autoprotólise da água é desprezível exceto em soluções ácidas ou básicas extremamente diluídas. 45 22  Moléculas hidrofílicas (solutos polares): A água forma camadas de hidratação ao redor dos solutos polares, dissolvendo-os. Moléculas hidrofóbicas (solutos não polares): As moléculas não polares tendem a se agrupar em soluções aquosas, formando agregados que minimizam o contato com a água, um fenômeno conhecido como interação hidrofóbica. Osmolaridade, pH e Tampões Fisiológicos A água também desempenha um papel crucial no equilíbrio osmótico e na regulação do pH dos uidos corporais. Osmolaridade: Refere-se à concentração total de solutos em uma solução. O equilíbrio osmótico é essencial para a regulação da pressão e volume dos uidos dentro e fora das células. pH: A água tem uma tendência leve a se dissociar em íons H₃O⁺ (hidroniônio) e OH⁻ (hidróxido), e o produto dessas concentrações é representado por Kw, que a 25ºC é 1x10⁻¹⁴ M². Em soluções neutras, [H⁺] = [OH⁻] = 1x10⁻⁷ M. Ácidos fortes dissociam se completamente na água, liberando H⁺. Já os ácidos fracos se dissociam parcialmente, estabelecendo um equilíbrio. A equação de Henderson-Hasselbalch ajuda a calcular o pH de soluções tamponadas, que são soluções que resistem a mudanças no pH. Sistemas de Tampão no Organismo Para manter o pH dos uidos corporais dentro de uma faixa estreita (7,0 no citosol e 7,35-7,45 no sangue), o corpo utiliza sistemas tampão, ventilação alveolar e excreção renal. Sistema tampão: São formados por ácidos e pelas suas bases conjugadas. Eles atuam libertando ou capturando iões H⁺ para resistir às variações no pH. Um exemplo é o sistema de bicarbonato (HCO₃⁻), que é um dos mais importantes tampões siológicos, que ajuda a manter o pH do sangue em 7,4 fi fl fl  Distúrbios no pH: Acidose e Alcalose. ' Acidose: Ocorre quando o pH do sangue cai abaixo de 7,35, tornando o sangue mais ácido. Pode ser fatal se o pH atingir 6,8 ou menos. Alcalose: Ocorre quando o pH do sangue sobe acima de 7,45, tornando o sangue mais básico. Níveis de pH acima de 7,8 também podem ser fatais. O corpo controla o pH de maneira precisa através dos sistemas tampão, da respiração (controlando os níveis de CO₂ no sangue) e da excreção renal (regulação de bicarbonato e íons H⁺). Conclusão A água é vital para quase todos os processos biológicos. As suas propriedades químicas, como a formação de pontes de hidrogênio, permitem que ela atue como regulador térmico, solvente, reagente e participante em reações bioquímicas. Além disso, a capacidade da água de dissociar e de formar sistemas tampão é essencial para a manutenção do pH adequado nos uidos corporais, garantindo o bom funcionamento das células e dos processos vitais. Aula n°3 O que é um aminoácido e como ele é composto ? Aminoácidos são moléculas orgânicas que constituem a base das proteínas, sendo essenciais para o funcionamento biológico dos organismos vivos. Eles possuem uma estrutura básica composta por: Os aminoàcidos são os compostos básicos das proteínas. 1. Grupo aminos (–NH₂) 2. Grupo carboxila (–COOH) 3. Radical (R), que é a parte que varia entre os diferentes aminoácidos, determinando suas características únicas. os aminoácidos ligam se através de ligações peptídicas Nota: o radical mais simples que se pode ligar é o hidrogénio dando origem à glicina (aminoácido + pequeno) Os aminoácidos podem existir numa forma zwiteriónica a pH 7. O grupo amina encontra-se protonado (pKa ~9.4) e o grupo carboxilo desprotonado (pKa ~2.2) fl Funções dos aminoácidos 1. Síntese de proteínas: A principal função dos aminoácidos é formar proteínas, que são necessárias para a estrutura e função das células, como enzimas, hormônios, hemoglobina, etc. 1. Função estrutural: As proteínas formadas pelos aminoácidos constituem tecidos, como músculos, pele e ossos. 1. Função enzimática: Alguns aminoácidos ajudam na produção de enzimas, que catalisam( gastam energia )reações bioquímicas vitais. enzimas são proteínas formadas por cadeias polipeptídicas compostas por aminoácidos. A sequência de aminoácidos determina a estrutura tridimensional da enzima, o que é crucial para sua função catalítica. 1. Transporte e armazenamento de nutrientes: Aminoácidos são fundamentais para o transporte de moléculas, como o oxigênio pela hemoglobina ( proteína presente nos glóbulos vermelhos ) , e para o armazenamento de nutrientes. O transporte de oxigênio é vital para a respiração celular, processo pelo qual as células utilizam oxigênio para produzir energia (na forma de ATP). A hemoglobina permite que o oxigênio seja distribuído eficientemente pelo corpo, garantindo que todas as células recebam a quantidade necessária para suas atividades metabólicas. 1. Produção de neurotransmissores: Aminoácidos, como o triptofano, são precursores de neurotransmissores (como serotonina), que regulam o humor e o sono. 1. Síntese de hormonas : Certos aminoácidos participam da produção de hormonas , como a tirosina, que é essencial para a síntese das hormonas da tireoide. 1. Regeneração e crescimento celular: Aminoácidos, como a arginina e a glutamina, são vitais na regeneração de tecidos, especialmente após lesões ou cirurgias. 1. Regulação do equilíbrio ácido-base: Eles ajudam a manter o equilíbrio do pH no corpo, prevenindo variações bruscas que poderiam ser prejudiciais. Assim, os aminoácidos desempenham funções fundamentais que vão além da formação de proteínas, sendo essenciais para o metabolismo, o funcionamento do sistema nervoso, e a manutenção da homeostase no corpo. Um indivíduo que se encontre caquético significa que está a haver uma degracao proteica e acontece por exemplo em casos avançados de doença  Os aminoácidos são agrupados de acordo com as propriedades da cadeia lateral ou grupamento R. Sendo as classes: 1. Grupos R apolares, alifáticos: os grupos R nesta classe de aminoácidos são apolares e hidrofóbicos; 2. Grupo R aromático: relativamente apolares e hidrofóbicos; 3. Grupo R polares, não carregados: mais hidrofílicos, contém grupos polares que formam ligações de hidrogênio com a água; 4. Grupo R carregados positivamente (básicos): hidrofílicos, possui carga liquida positiva em pH neutro; 5. Grupo R carregado negativamente (ácido): hidrofílico, possuem dois grupos carboxila. Hidrofobicos Hidrofobicos Hidrofilicos Hidrofilicos Hidrofilicos Os 20 aminoácidos podem ser divididos em hidrofílicos e hidrofobicos , de acordo com as propriedades e com os seus radicais (grupo R). - São 20 os aminoácidos incluídos no código genético e distinguem-se pela cadeia lateral Aminoácidos Hidrofóbicos (não polares) Esses aminoácidos possuem radicais apolares que evitam interagir com a água e preferem estar em ambientes lipofílicos, como o interior das proteínas. 1. Alanina (Ala, A) 2. Valina (Val, V) 3. Leucina (Leu, L) 4. Isoleucina (Ile, I) 5. Prolina (Pro, P) 6. Fenilalanina (Phe, F) 7. Metionina (Met, M) 8. Triptofano (Trp, W) 9.Tirosina Aminoácidos Hidrofílicos (polares) Esses aminoácidos possuem radicais que interagem bem com a água, muitas vezes contendo grupos polares ou carregados, o que os torna solúveis em ambientes aquosos. 1. Serina (Ser, S) Confirmar 2. Treonina (Thr, T) 3. Asparagina (Asn, N) 4. Glutamina (Gln, Q) 5. Tirosina (Tyr, Y) 6. Ácido Aspártico (Asp, D) 7. Ácido Glutâmico (Glu, E) 8. Lisina (Lys, K) 9. Arginina (Arg, Estereosómeros dos aminoácidos Ou seja os mesmos átomos mas estão dispostos de forma diferente Estereoisómeros – mesma fórmula molecular, mas diferente arranjo espacial dos átomos * L-aminoácido: grupo funcional amina á esquerda (left) (mais comum) * D-aminoácido: grupo funcional amina á direita (dextro) - Nas proteínas humanas todos os aminoácidos estão na forma L - Bactérias e plantas produzem aminoácidos na forma D o que pode ter efeitos bené cos ou nefastos para a saúde - Muitas bactérias produzem peptídeos que contêm tanto D quanto L-aminoácidos, incluindo os antibióticos bacitracina e gramicidina A e o agente antitumoral bleomicina - A ingestão de certos aminoácidos presentes em sementes de leguminosas do gênero Lathyrus resulta em latirismo, uma trágica doença irreversível em que indivíduos perdem o controle dos seus membros Nota: os aminoácidos são substâncias anfotéricas dado que se comportam tanto como bases como ácidos - Ou seja ela tem a capacidade de aceitar protões como uma base e doar protões como um àcido. É exemplo o grupo carboxilo, o grupo amina, a àgua …: Aminoácidos essenciais - Existem 20+1 aminoácidos sendo 10 deles essenciais (não os produzimos e como tal têm de ser ingeridos na dieta) Valina; Leucina; Isoleucina; Treonina; Metionina; Fenilalanina; Triptofano; Histidina; Lisina e Arginina - O 21º aminoácido é o selénio-cisteína, presente em muitas proteínas (mamíferos) como oxido-redutases, selénio proteína P, iodotironina deiodinase t4 em t3 A sua estrutura química é semelhante à cisteína, mas com um átomo de selénio (que é incorporado diretamente na cadeia crescente durante a tradução e não como forma pós translacional) no lugar do enxofre A seleniocisteína é conhecida como o 21º aminoácido (C₃H₇NO₂Se) porque, embora os livros de biologia geralmente mencionem 20 aminoácidos padrão, a seleniocisteína é reconhecida como um aminoácido incorporado diretamente na síntese proteica, de forma semelhante aos outros aminoácidos codi cados.. A seleniocisteína é considerada o 21º aminoácido, devido à sua incorporação especial nas proteínas através de um mecanismo específico e raro. fi PÉPTIDOS O que é uma ligação peptídica? É a ligação que conecta aminoácidos em cadeias lineares, formada entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxilo de outro, libertando uma molécula de água (reação de condensação). Quais são os ângulos de rotação permitidos nas cadeias peptídicas? A rotação é permitida entre: Carbono alfa e carbono carbonilo – ângulo Psi (ψ). Carbono alfa e nitrogênio – ângulo Phi (φ). O que in uencia os valores angulares psi e phi na cadeia peptídica? Diferentes aminoácidos na cadeia induzem diferentes valores angulares psi e phi, o que afeta a conformação da proteína. Como a organização da estrutura secundária é induzida? Zonas com vários ângulos psi e phi similares induzem a organização da estrutura secundária, formando estruturas como alfa-hélices ou folhas-beta. Qual é a relação entre a formação de ligações peptídicas e energia? A formação das ligações peptídicas requer energia, enquanto a hidrólise dessas ligações é termodinamicamente favorável, mas ocorre de forma lenta sem enzimas. A hidrólise de ligações peptídicas é o processo pelo qual as ligações que unem os aminoácidos em uma cadeia polipeptídica (ligações peptídicas) são quebradas pela adição de água. Esse processo é catalisado por enzimas chamadas proteases ou peptidases. O que são peptidases? Peptidases são enzimas que catalisam a hidrólise de ligações peptídicas. Elas podem ser classi cadas em: Exopeptidases:Dividem ligações peptídicas nas extremidades da cadeia, libertando aminoácidos ou dipeptídeos. Exemplo: aminopeptidases e carboxilopeptidases. Endopeptidases:Dividem ligações peptídicas dentro da cadeia polipeptídica. ,: fl PROTEÍNAS quando suas regiões têm uma distribuição desigual de cargas elétricas Grupo amina a esquerda 1. O que são proteínas? Proteínas são biopolímeros lineares formados por L-aminoácidos ligados por ligações peptídicas. Elas têm polaridade e desempenham diversas funções no organismo. A proteína tem uma conformação própria e pode ser modi cada depois da tradução 2. Quais são os níveis de estrutura das proteínas? Estrutura primária: sequência linear de aminoácidos determinada pela transcrição e tradução do DNA. Estrutura secundária: arranjos espaciais regulares da cadeia polipeptídica, como alfa-hélices e folhas beta- pregueadas. Estrutura terciária: organização tridimensional completa de uma cadeia polipeptídica, resultante de interações entre diferentes estruturas secundárias. Estrutura quaternária: associação de múltiplas cadeias polipeptídicas em complexos, podendo ser homodímeros ou Homodímeros: são formados por duas heterodímeros. subunidades idênticas. Por exemplo, uma proteína que se liga a si mesma para funcionar como um dimer. Heterodímeros: são compostos por duas subunidades diferentes. Esses tipos de dímeros podem ter funções variadas e são comuns em muitas proteínas que realizam tarefas específicas Estrutura Primária no organismo. Processamento Pós-Tradução das Proteínas 1. O que é o processamento pós-tradução? O processamento pós-tradução refere-se às modi cações que ocorrem nas proteínas depois de serem sintetizadas (traduzidas a partir do RNA), para que se tornem funcionalmente ativas. 2. Quais são os principais tipos de modi cações pós-traducionais? Fosforilação: adição de grupos fosfato a aminoácidos como serina, treonina ou tirosina. Isso regula a atividade da proteína. Glicosilação: adição de cadeias de carboidratos a aminoácidos especí cos, importante para a função de proteínas de membrana e proteínas secretadas. Miristoilação: adição de ácidos gordos à proteína, o que afeta a localização da proteína, geralmente ancorando-a à membrana celular. fi fi  A clivagem remove as partes desnecessárias ou inativas da proteína, permitindo que ela adquira a forma correta (conformação) necessária para desempenhar sua função 3. Por que algumas proteínas precisam ser divididas para se tornarem funcionais? Algumas proteínas são sintetizadas em formas inativas (pré-proteínas ou pró-enzimas) e precisam ser clivadas em pontos especí cos para se tornarem ativas. A clivagem permite que a proteína adote sua conformação ativa e funcional. 4. O que é a forma nativa de uma proteína? A forma nativa é a conformação tridimensional nal que uma proteína adota para desempenhar sua função biológica. Nessa forma, a proteína apresenta atividade máxima e estabilidade. 5. Quais são as consequências de modi cações pós-traducionais nas proteínas? As modi cações pós-traducionais podem: Alterar a atividade enzimática da proteína. Modi car a localização subcelular. As modificações pós-traducionais são essenciais para a função adequada das proteínas In uenciar a estabilidade e o tempo de meia-vida da proteína. Regular interações proteína-proteína. Afetar a sinalização celular. 6. Como a fosforilação afeta as proteínas? A fosforilação é uma modi cação regulatória comum que pode ativar ou inativar proteínas, alterar as suas interações com outras moléculas e modi car sua localização dentro da célula. Estrutura secundária ( forma como a cadeia peptídica começa a apresentar arranjos espaciais (forma como se enrola/ dispõe)) 1. O que são alfa-hélices e folhas beta-pregueadas? Alfa-hélices: estruturas helicoidais estabilizadas por pontes de hidrogênio entre os grupos NH e CO de ligações peptídicas. Os grupos R dos aminoácidos cam orientados para fora da hélice. - Ângulo Phi - 57º - Ângulo Psi - 47º - Cada ligação peptídica está ligada por pontes de hidrogénio - Os grupos R dos aminoácidos estão orientados para o exterior da hélice - Forças de Van Der Walls favorecem a termodinâmica do enrolamento - Confere às proteínas estabilidade e uma forma alongada, sendo por isso designadas proteínas brosas www fl fi fi fi fi fi fi fi fi fi  Folhas beta-pregueadas: estruturas em zigzag onde segmentos de polipeptídeos estão alinhados. Podem ser paralelas ou antiparalelas e são estabilizadas por pontes de hidrogênio entre segmentos da cadeia. - Os grupos R dos aminoácidos adjacentes projetam-se em direções opostas construindo uma conformação em zigzag estendida - A estabilidade da estrutura é dada pelas pontes de hidrogénio entre grupos carbonilo e amina de diversas ligações peptídicas em segmentos alinhados - Pode ser: *Antiparalela: segmentos adjacentes orientados em direções opostas *Paralela: segmentos adjacentes orientados na mesma direção - Voltas/Loops: conectam os segmentos de hélices alfa e folhas beta - Voltas reversas β: ligam o nal de dois segmentos adjacentes de folhas β antiparalelas Alfa hélice Folha beta Estrutura Supersecundária ou Motivos 1. O que são estruturas supersecundárias ou motivos nas proteínas? As estruturas supersecundárias, ou motivos, são aglomerados de estruturas secundárias com funcionalidade própria. Essas estruturas são combinações de folhas β-pregueadas e alfa-hélices, formando padrões estruturais intermediários entre as estruturas secundárias e terciárias. Elas desempenham funções importantes na estabilização e organização das proteínas. 2. Qual a importância das estruturas supersecundárias para a conformação tridimensional das proteínas? As estruturas supersecundárias são fundamentais para a conformação tridimensional (estrutura terciária) das proteínas, pois organizam os diversos segmentos de estruturas secundárias. A conformação tridimensional resulta da interação de forças como ligações de Van der Waals, pontes de hidrogênio, pontes dissulfeto, ligações iônicas, e interações hidrofóbicas. Essas interações são essenciais para a funcionalidade da proteína, incluindo o reconhecimento molecular e a catálise. fi 3. O que determina a localização das partes hidrofílicas e hidrofóbicas nas proteínas? A conformação nal das proteínas, determinada pela estrutura terciária, organiza as partes hidrofílicas (polares) na superfície da proteína, em contato com o ambiente aquoso, e as partes hidrofóbicas (apolares) no interior da proteína, afastadas da água. Isso é essencial para a estabilidade estrutural e a função biológica da proteína. O que são Domínios Proteicos? ' Definição: São partes de uma proteína que têm uma estrutura e função específicas. Função: Cada domínio pode fazer algo diferente, como se ligar a outras moléculas ou ajudar em reações químicas. Importância: Os domínios permitem que uma única proteína execute várias funções diferentes. Eles também ajudam na criação de proteínas complexas, combinando domínios de várias proteínas. 4. Como as estruturas secundárias se integram na formação de domínios proteicos? Exemplo: Pense em uma proteína como um carro. Os domínios são como diferentes partes do carro (motor, rodas, etc.), cada um com sua própria função, mas todos juntos fazem o carro funcionar. As estruturas como hélices alfa, folhas beta, loops e voltas organizam se para formar domínios proteicos, que são seções funcionais dentro das proteínas. Esses domínios podem desempenhar diversas funções especí cas, como ligação a moléculas ou catálise. Uma única proteína pode conter um ou mais domínios, e a maneira como eles se relacionam espacialmente é fundamental para sua atividade biológica. Os domínios proteicos são partes dentro da estrutura terciária de uma proteína, que têm funções específicas e independentes. Estrutura Quaternária 5. O que é a estrutura quaternária de uma proteína? A estrutura quaternária refere-se à associação de múltiplas cadeias polipeptídicas (subunidades) para formar uma proteína funcional completa. Essas subunidades são mantidas unidas por interações não covalentes, como ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas e forças de Van der Waals. 6. Quais são os tipos de proteínas com estrutura quaternária? As proteínas quaternárias podem ser classi cadas como homodímeros (duas cadeias polipeptídicas idênticas) ou heterodímeros (duas cadeias polipeptídicas diferentes). Elas também podem formar estruturas mais complexas, como trímeros (três cadeias) e oligômeros (várias cadeias), que podem conter peptídeos iguais ou diferentes. 7. Como as proteínas oligoméricas são nomeadas? As cadeias polipeptídicas em proteínas oligoméricas são nomeadas com letras do alfabeto grego, indicando a ordem e o tipo das subunidades envolvidas. fi fi Tamanho e Organização das Proteínas 8. Qual é o número típico de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica? O número de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica pode variar entre 50 e 5000. 9. Qual é a massa molecular típica das proteínas? A massa molecular das proteínas pode variar entre 6 kDa e 550 kDa, sendo que 1 Dalton é a massa de um átomo de hidrogênio. 10. Como as proteínas são organizadas quanto ao número de cadeias? As proteínas podem conter uma única cadeia polipeptídica ou podem ser multiméricas, contendo duas ou mais cadeias idênticas ou diferentes. Essas formas oligoméricas podem variar nas suas funções biológicas. Funções das Proteínas 11. Quais são as principais funções das proteínas? Catálise: Enzimas que aceleram reações químicas (ex: hexocinase, tripsina, amilase). Transporte: Movimentação de nutrientes (ex: hemoglobina, lipoproteína β). Nutrição e armazenamento: Armazenamento de nutrientes (ex: caseína, ferritina). Contração e mobilidade: Movimento muscular (ex: actina, miosina). Estrutura: Elementos estruturais (ex: queratina, colágeno). Defesa: Proteínas de defesa imune (ex: brinogênio, imunoglobulinas, toxinas bacterianas). Regulação genética e hormonal: Controle de processos biológicos (ex: insulina, hormônio do crescimento, repressores). Tamponamento: Manutenção do equilíbrio ácido-base (ex: albumina, hemoglobina). Comunicação celular: Participação em sinalizações celulares diversas. fi 3. O que são alfa-hélices e folhas beta-pregueadas? Alfa-hélices: estruturas helicoidais estabilizadas por pontes de hidrogênio entre os grupos NH e CO de ligações peptídicas. Os grupos R dos aminoácidos cam orientados para fora da hélice. Folhas beta-pregueadas: estruturas em zigzag onde segmentos de polipeptídeos estão alinhados. Podem ser paralelas ou antiparalelas e são estabilizadas por pontes de hidrogênio entre segmentos da cadeia. 4. O que é a estrutura terciária de uma proteína? A estrutura terciária é a conformação tridimensional completa de um polipeptídeo, resultante da interação entre diferentes partes da cadeia. Estas interações podem ser pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas e pontes dissulfeto. Domínios são seções da estrutura terciária de uma proteína que possuem uma função especí ca, como ligação a moléculas ou catálise. Uma proteína pode ter um ou mais domínios. 6. O que é a estrutura quaternária das proteínas? A estrutura quaternária refere-se à associação de várias cadeias polipeptídicas (subunidades) para formar uma proteína funcional. Estas subunidades podem ser idênticas (homodímeros) ou diferentes (heterodímeros). 7. Quais são algumas das funções das proteínas? Catálise: enzimas aceleram reações químicas (ex: hexocinase, tripsina). Transporte: proteínas transportam moléculas (ex: hemoglobina). Nutrição e armazenamento: armazenamento de nutrientes (ex: caseína, ferritina). Contração e mobilidade: proteínas musculares (ex: actina, miosina). Estrutural: proteínas dão suporte estrutural (ex: queratina, colágeno). Defesa: participação no sistema imunológico (ex: imunoglobulinas). Regulação genética e hormonal: regulação de processos biológicos (ex: insulina). fi 8. Como as proteínas são classi cadas quanto ao número de subunidades? As proteínas podem ser monoméricas (uma única cadeia polipeptídica) ou multiméricas (várias cadeias polipeptídicas). As multiméricas podem conter subunidades iguais ou diferentes. 9. Qual é a relação entre a estrutura de uma proteína e sua função? A função de uma proteína depende de sua conformação, que é determinada pela sequência de aminoácidos (estrutura primária). Mudanças na estrutura tridimensional (estrutura terciária ou quaternária) podem alterar ou inativar sua função. 10. Quais são os exemplos de modi cações pós-traducionais nas proteínas? Modi cações pós-traducionais incluem fosforilação, glicosilação e miristoilação. Essas modi cações afetam a função, localização e atividade das proteínas dentro da célula. Estruturas Secundárias Especí cas 11. O que são voltas beta (ou voltas reversas)? Voltas beta são elementos de estrutura secundária que conectam segmentos de folhas beta antiparalelas, permitindo que a cadeia polipeptídica mude de direção. 12. O que são motivos ou estruturas supersecundárias? Motivos são combinações de alfa-hélices e folhas beta que formam aglomerados com funcionalidades especí cas. Eles são intermediários entre estruturas secundárias e terciárias. fi fi fi fi Aula n°4 Estudo Proteico: Estrutura e Funções das Proteínas Natureza das Proteínas Estrutura: As proteínas são biopolímeros lineares compostos por L-aminoácidos, que são ligados por ligações peptídicas. Apresentam uma conformação própria e podem sofrer modi cações após a tradução. Tamanho: O número de aminoácidos varia entre 50 e 5000, e a massa molecular pode ir de 6 kDa a 550 kDa. Organização: Proteínas podem ter uma única cadeia polipeptídica ou várias cadeias idênticas ou diferentes. Quando possuem múltiplas cadeias, são chamadas de proteínas multiméricas ou oligoméricas. Funções das Proteínas Catálise (Enzimas): Exemplos incluem hexocinase, tripsina, e amilase. Transporte: Como a hemoglobina e a lipoproteína β. Nutrição e Armazenamento: Caseína e ferritina. Contração e Mobilidade: Actina e miosina. Elementos Estruturais: Queratina e colágeno. Mecanismos de Defesa: Fibrinogênio, imunoglobulinas e toxinas bacterianas. Regulação Genética e Hormonal: Insulina, hormônio do crescimento e repressores. Tamponamento: Albumina e hemoglobina. Estrutura Primária das Proteínas Composição e Sequência de Aminoácidos: A estrutura primária é essencial para as propriedades químicas e a conformação da proteína. Cada aminoácido in uencia a estrutura tridimensional da proteína e, consequentemente, sua função no organismo. fi  Variações da Estrutura Primária: A estrutura primária pode variar entre espécies, indivíduos (polimor smos), tecidos e em diferentes fases de desenvolvimento.. Processamento Pós-Tradução das Proteínas Após a tradução, muitas proteínas passam por modi cações essenciais para sua função. O processo de maturação envolve mudanças estruturais e químicas que permitem à proteína assumir sua conformação nativa e exercer suas funções. Abaixo estão os principais tipos de modi cações pós-traducionais mencionados: 1. Fosforilação: Adição de grupos fosfato a resíduos de serina, treonina ou tirosina, geralmente por meio da ação de quinases. A fosforilação é crítica para regular processos como a sinalização celular, ativação ou inibição de enzimas e controle do ciclo celular. Um exemplo comum é a ativação de receptores de tirosina quinase. 2. Glicosilação: Adição de cadeias de carboidratos a asparagina (N-glicosilação) ou serina/treonina (O-glicosilação). Isso é fundamental para proteínas que são secretadas ou fazem parte das membranas celulares, afetando sua estabilidade, solubilidade e reconhecimento celular. Por exemplo, muitas proteínas da superfície celular, como os anticorpos, são glicosiladas. 3. Miristoilação: Ligação de ácidos graxos, como o ácido mirístico, a resíduos de glicina. Este processo auxilia na ancoragem da proteína à membrana celular, facilitando a interação com lipídeos e a inserção de proteínas em membranas. 4. Clivagem Proteolítica: Algumas proteínas são sintetizadas como precursores inativos (pré-proteínas ou pró-enzimas) e precisam ser clivadas para se tornarem ativas. Exemplo: a tripsinogênio é ativado pela clivagem em tripsina no intestino, um passo essencial para a digestão de proteínas. 5. Modi cação de Aminoácidos: Algumas proteínas podem sofrer outras modi cações especí cas em certos aminoácidos, como a acetilação e fi fi fi fi fi fi metilação, que regulam a expressão gênica e a função de histonas. Cisteína e Pontes Dissulfeto A cisteína desempenha um papel crucial na estabilização da estrutura tridimensional das proteínas. Suas principais características incluem: Pontes de Enxofre (ligações dissulfeto): A cisteína contém um grupo sul drila (-SH), que pode oxidar e formar ligações covalentes entre dois resíduos de cisteína em uma proteína. Essas ligações dissulfeto são essenciais para a estabilização de proteínas, especialmente em ambientes extracelulares, onde ajudam a manter a conformação da proteína. A cisteína oxidada forma a cistina, que é composta por duas cisteínas unidas por uma ligação dissulfeto. Estrutura e Processamento das Proteínas (Slides 7, 9, e 10) : Conformação da Proteína Estruturas Secundária, Terciária e Quaternária: A proteína adquire sua conformação nativa passando por um dobramento ordenado. Este processo é mediado por interações entre os aminoácidos (como pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, e ligações dissulfeto). Forma Nativa: É a forma funcional na qual a proteína realiza suas atividades com máxima e ciência dentro da célula. Ligação Peptídica As ligações peptídicas são coplanares, o que signi ca que todos os átomos envolvidos na ligação estão em um mesmo plano. A rigidez da ligação C-N devido ao seu caráter parcial de dupla ligação restringe a rotação, permitindo apenas rotação em torno dos ângulos Phi e Psi. Essa rigidez é importante para a formação das estruturas secundárias, como hélices alfa e folhas beta. fi fi Rotação nas Ligações Peptídicas A estrutura de uma proteína pode ser alterada devido à rotação dos ângulos Phi (alfa-carbono-carbonilo) e Psi (alfa- carbono-azoto). A orientação desses ângulos é fundamental para determinar as estruturas secundárias da proteína, como as hélices alfa e as folhas beta. Estrutura Secundária das Proteínas A estrutura secundária refere-se ao enrolamento ou dobra de segmentos curtos da cadeia polipeptídica, que normalmente envolvem de 13 a 30 aminoácidos. Esses segmentos formam unidades geométricas ordenadas, conhecidas como alfa- hélices e folhas β pregueadas. 1. Alfa Hélice (Slides 11 e 12): A alfa-hélice é uma estrutura helicoidal formada por ligações de hidrogênio entre o grupo N-H e o grupo C=O da cadeia polipeptídica. Características principais: Ângulo Phi: 57º; Ângulo Psi: 47º. Resíduos por volta: 3,6 aminoácidos por volta. Comprimento por volta: 0,54 nm. Os grupos R dos aminoácidos estão orientados para fora da hélice, o que permite interações adicionais com outras moléculas. As hélices alfa também podem ser an páticas, contendo tanto grupos R hidrofílicos quanto hidrofóbicos, permitindo a criação de canais ou poros através das membranas celulares. 2. Folha Beta Pregueada (Slide 15): As folhas beta são formadas quando segmentos da cadeia polipeptídica são organizados de forma paralela ou antiparalela. Paralela: Os segmentos adjacentes seguem na mesma direção (N-terminal para C-terminal). Antiparalela: Os segmentos seguem em direções opostas. As folhas β formam uma estrutura zigzag estabilizada por ligações de hidrogênio entre o grupo carbonila e o grupo fi amina das cadeias peptídicas. Folhas beta tendem a ter uma torção para a direita e podem formar estruturas mais complexas, como barris β. Voltas e Loops (Slide 16) As voltas e loops desempenham um papel fundamental na estrutura tridimensional das proteínas: Voltas conectam segmentos de alfa-hélices e folhas beta, alterando a direção da cadeia polipeptídica. Voltas reversas β: São voltas que conectam dois segmentos adjacentes de folhas β antiparalelas, geralmente envolvendo quatro aminoácidos, com ligações de hidrogênio entre o primeiro e o quarto resíduo. Loops: São regiões mais longas e irregulares que ligam segmentos de estruturas secundárias e, frequentemente, estão envolvidas na interação com ligantes ou no reconhecimento