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Proteínas

& Enzimas

São polímeros cujas unidades constituintes fundamentais são os L-aminoácidos.

Os aminoácidos são unidos covalentemente uns aos outros por uma ligação: denominada de ligação peptídica.

Reação de condensação entre o grupo amina de um aminoácido e um grupo carboxílico de outro aminoácido, com a eliminação de moléculas de água.

Definição

Sentido de crescimento da cadeia polipeptídica H2O H2O H2O H2O

Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples:

Repetições de 20 unidades básicas: os aminoácidos

Correspondem a cerca de 50% ou mais do peso seco de uma célula.

As proteínas são polipeptídios que resultam na condensação de milhares de moléculas de aminoácidos. As suas macromoléculas possuem pesos moleculares variados desde alguns milhares até vários milhões.

1. Ordem dos aminoácidos: Definidas pelo DNA;

2. Tipo de aminoácidos: 20 diferentes (dependem do radical);

3. Número de aminoácidos: de milhares a milhões.

As proteínas diferem umas das outras:

Fontes

As principais fontes de proteína animal são: Carnes, Ovos e Laticínios. Já as melhores fontes de proteína vegetal são: Feijões, Lentilhas,Soja e Amendoim.

Importância

A importância das proteínas, entretanto, está relacionada com suas funções no organismo, e não com sua quantidade.

Todas as enzimas conhecidas, por exemplo, são proteínas.

Muitas vezes, as enzimas existem em porções muito pequenas.

Funções

Funções: as proteínas podem ser agrupadas em várias categorias de acordo com a sua função. 1) Função estrutural - participam da estrutura dos tecidos.

Exemplos: - Colágeno: pele, nas cartilagens, nos ossos e tendões.

- Actina e Miosina: abundantes nos músculos (contração muscular).

- Queratina: na pele, no cabelo e nas unhas.

- Albumina: proteína mais abundante do sangue, relacionada com a regulação osmótica e com a viscosidade do plasma (porção líquida do sangue).

2) Função enzimática - toda enzima é uma proteína. As enzimas são fundamentais como moléculas reguladoras das reações biológicas.

3) Função hormonal - muitos hormônios de nosso organismo são de natureza protéica.

4) Função de defesa - existem células no organismo capazes de "reconhecer" proteínas "estranhas" que são chamadas de antígenos. Na presença dos antígenos o organismo produz proteínas de defesa, denominados anticorpos. Reação altamente específica.

5) Função nutritiva - as proteínas servem como fontes de aminoácidos. Ex: vitelo, do ovo, altamente rico em proteínas.

6) Coagulação sangüínea - vários são os fatores da coagulação que possuem natureza protéica, como por exemplo: fibrinogênio, globulina anti-hemofílica, etc...

7) Transporte e armazenamento- pode-se citar como exemplo a hemoglobina, proteína responsável pelo transporte de oxigênio no sangue.

8) Movimento coordenado – São proteínas capazes de contraírem-se, mudarem de forma ou de se deslocarem no meio ambiente. Proteínas musculares responsáveis pela contração e relaxamento muscular são denominadas de actina e a miosina.

Propriedades Físico-Químicas das Proteínas Refletem a composição e nível de organização dos aminoácidos

1)NATUREZA ANFOTÉRICA- (ácido ou base) - transporte iônico;

2) CAPACIDADE TAMPÃO - envolve o grupo imidizol da HIS (pK = 6.1)

3) SOLUBILIDADE - várias, mas característica para cada proteína - no ponto isoelétrico (pI), carga 0

- mais baixa polaridade

-)mais baixo potencial para interagir com água

-) precipitação máxima

- pode transportar cátions 1)a 3) não trabalham independentemente um do outro.

4) FORMA - muito importante - ex: a enzima reconhece o substrato específico

Classificação

Existem diferentes tipos de proteínas e nenhum sistema verdadeiramente satisfatório.

As proteínas podem ser classificadas de acordo com, a função que exercem no interior de um organismo vivo, como a forma (conformação) que apresentam, de acordo com a composição ou produto de hidrólise e quanto ao número de cadeias polipeptídicas.

Classificação

Proteínas Simples - constituídas unicamente por aminoácidos.

Proteínas Conjugadas – apresentam além de aminoácidos, uma porção denominada de grupo prostético (íons metálicos ou coenzimas). Glicoproteínas, lipoproteínas.

Globulares -colágeno, queratina, miosina Fibrosas - enzimas, hemoglobina, anticorpos

Forma

Composição ou produto de hidrólise

Proteínas Monoméricas - Formadas por apenas uma cadeia polipeptídica.

Proteínas Oligoméricas - Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica; São as proteínas de estrutura e função mais complexas.

Quanto ao Número de Cadeias Polipeptídicas:

A organização estrutural das proteínas refere-se à sua organização tridimensional que é observada desde a sequência de aminoácidos, seu enovelamento, até a associação das cadeias polipeptídicas. Estes níveis organizacionais das proteínas são descritos em quatro níveis estruturais de complexidade crescente:

Estruturas primária, secundária, terciária e quaternária.

Estrutura primária

Resíduos de a’s

Estrutura secudária α-hélice

Estrutura terciária

Dobramento da cadeia polipeptídica

Estrutura quaternária

Diferentes cadeias polipeptídicas Mais simples;

Mais importante; Determina a estrutura terciária.

Estrutura é dada pela forma como os aminoácidos da seqüência peptídica se organizam em seu arranjo espacial

Arranjo tridimensional de todos os a. Manutenção da estrutura: Interação dos radicais dos a e pelas interações com os grupos prostéticos

Compostas por duas ou mais cadeias polipeptídicas, entrelaçadas em estrutura terciária

Estrutura PrimáriaEstrutura Secundária

Estrutura TerciáriaEstrutura Quaternária α-hélice Folha-β

As ligações estabilizantes da estrutura secundária são:

1.Ligação ou Ponte de Hidrogênio: interação ou atração entre: - O da carboxila de um a e H do grupo amino de outro/ - O da carboxila de um a e H do grupo carboxila de outro. 2.Ligação Iônica: atração entre as cadeias laterais dos a ácidos e a básicos. 3.Ligação hidrófobica ou apolar: interação de radicais apolares como: metil, etil, metileno, etc; dos a constituintes da molécula. 4.Ligação ou ponte dissulfeto: união de grupos –SH dos a chamados de cisteína.

OBS: - As ligações estabilizantes em maior número são as pontes de H.

- A ligação estabilizante mais forte é a ligação dissulfeto S-S.

Estrutura Terciária

•O que determina a estrutura terciária são as cadeias laterais dos aminoácidos

▫Algumas cadeias são tão longas e hidrofóbicas que perturbam a estrutura secundária helicoidal, provocando a dobra ou looping da proteína.

•Muitas vezes, as partes hidrofóbicas da proteína agrupam-se no interior da proteína dobrada

•Regiões como "sítio ativos", "sítios regulatórios“ são propriedades da estrutura terciária

Estrutura Quaternária As forças que mantém este tipo de ligação podem ser pontes de H, atrações eletrostáticas, interações hidrofóbicas, pontes S-S entre cisteínas de cadeias diferentes.

Ocorre quando a proteínas perde a sua forma original, ocasionada principalmente pela ruptura de ligações internas entre os aminoácidos, responsáveis por manter as estruturas secundária e terciária da cadeia.

Dessa forma, a função biológica da proteína pode ser prejudicada.

Destrói a natureza colóide da proteína;

Torna as proteínas incapazes de interagir com a água; Forma precipitados;

Insolubilidade (permanente, temporária)

Aumento de temperatura;

Alteração da acidez (pH) do meio; Substituição de um aminoácido;

Agentes desnaturantes são os que provocam a desorganização.

São eles: - agentes físicos (calor, radiações Ultra Violeta, alta pressão e ultra som)

- agentes químicos (ácidos fortes, bases fortes, metais pesados e uréia)

A proteína desnaturada apresenta as seguintes alterações:

a)Físicas: aumento da viscosidade; não podem ser cristalizadas ou auto-organizadas.

b)Químicas: maior reatividade: devido a exposição de grupos químicos que estavam encobertos por estruturas; diminuição da solubilidade do PHi e, conseqüente precipitação.

c)Biológicas: perda de suas propriedades enzimáticas, antigênicas e hormonais; facilmente digeridas por enzimas hidrolíticas.

1.Cristalografia de raios-X (experimental) modelo estático. 2. Ressonância magnética nuclear – RMN (experimental) modelo dinâmico.

3. modelagem molecular por homologia (teórico) baseado em conhecimento prévio

4. ab initio (teórico) totalmente teórico com algumas restrições.

Um programa que seja capaz de predizer a estrutura terciária de uma proteína, tendo como informação apenas a seqüência dos resíduos de aminoácidos e suas interações fisico-químicas, entre si e com o meio.

Métodos para a determinação da estrutura de proteínas

Enzimas

Conceito Clássico: Catalisadores que participam de todas as reações bioquímicas nos organismos vivos regulando suas rotas metabólicas.

Conceito moderno: Catalisadores biológicos

(maioria protéica) de alta enantioseletividade capazes de realizar reações sob condições reacionais brandas.

Atuam como catalisadores celulares extremamente poderosos.

Aceleram a velocidade de uma reação, sem no entanto participar dela como reagente ou produto.

As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações.

São consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.

Principais funções: viabilizar a atividade das células, clivando moléculas ou ligando-as para formar novos compostos.

Todas as enzimas são proteínas, com exceção de um pequeno grupo de RNA que possui propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS.

As enzimas devem manter sua estrutura íntegra para que sua atividade não seja perdida.

Fatores que afetam as proteínas também são capazes de afetar a estrutura das enzimas.

Apresentam como características: alto grau de especificidade, acelerando a velocidade das reações (108 a 1011 + rápida), são econômicas e reduzem a energia de ativação, não apresentam toxicidade e funcionam em condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica.

Para exercer sua função catalisadora, a enzima depende da estrutura terciária (ou quaternária) para interagir com as moléculas dos substratos e assim convertê-las nos produtos, com a diminuição da energia necessária para levar estes substratos ao estado de ativação energética caracterizado por uma molécula em transição entre o substrato e o produto.

Enzimas – Proteína Classificação proteínas

Proteínas globularesProteínas fibrosas

Estrutura das proteínas

PrimáriaSecundária Terciária Quaternária

Proteínas globulares Estrutura terciária

Proteínas com alto peso molecular, maioria entre 15 a 1000 Kilo Daltons Unit (KD)

Cofatores: Componentes químicos adicionais requeridos para ativar algumas enzimas, que podem ser um ou mais íons inorgânicos. Ex.: Sais minerais, íons, vitaminas.

Coenzimas: Moléculas orgânicas complexas que possuem a mesma função de um cofator. Ex.: NAD, FAD, ATP.

Grupo Prostético: Coenzima ou íon metálico que está covalentemente ligado à parte protéica da enzima.

Holoenzima: Enzima completa, cataliticamente ativa, unida à sua coenzima e/ou cofator.

Apoenzima ou Apoproteína: É a parte exclusivamente protéica da enzima.

Zimogênios - são precursores inativos de proteínas que precisam ser clivados em um ponto específico para dar origem a proteínas funcionais.

Conceitos Importantes

Conceitos Importantes

Sítio Catalítico ou Sítio ativo - Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato.

Energia livre de ativação: é a energia que deve ser quebrada para que as reações ocorram (passem do estado de transição).

Estado de transição do Substrato: Alto conteúdo energético, instável e tende a voltar ao estado inicial ou ser transformado em produto. É o substrato ligado à enzima – complexo ES.

Velocidade de reação: Quantidade de substrato transformado por unidade de tempo.

Estrutura Enzimática

Ribozimas

Se covalente

Apoenzima ou Apoproteína

Grupo Prostético

Holoenzima Cofator

Coenzima

Proteína

Pode ser: • íon inorgânico

• molécula orgânica

Enzimas - Estrutura

Características Gerais

* Alto grau de especificidade pelo substrato; * São produtos naturais biológicos;

* Reações baratas e seguras;

* Não são consumidas na reação;

* São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (108 a 1011 + rápida); * São econômicas, reduzindo a energia de ativação;

* Não são tóxicas;

* Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica;

* Agem em baixas concentrações;

* Funcionam em soluções aquosas.

Comparação das enzimas com catalisadores químicos Característica Enzimas Catalisadores Químicos

Especificidade ao substratoaltabaixa Natureza da estruturacomplexasimples Sensibilidade à T e pHaltabaixa Condições de reação (T, P e pH)suavesdrástica (geralmente)

Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado

Natureza do processobateladacontínuo Consumo de energiabaixoalto Formação de subprodutosbaixaalta Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples

Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa

Presença de cofatoressimnão Estabilidade do preparadobaixaalta Energia de Ativaçãobaixaalta Velocidade de reaçãoaltabaixa

Nomenclatura

1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de Bioquímica (IUB) → nomear e classificar.

Cada enzima → código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada: ex.:

IUB - ATP:glicose fosfotransferase E.C. 2.7.1.1

ADP + D-Glicose-6-fosfatoATP + D-Glicose

Nome trivial - Hexoquinase

2 - classe - Transferase 7 - subclasse - Fosfotransferases (quinase) 1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor 1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato

1 ° dígito – classe 2 ° dígito - subclasse 3 ° dígito – sub-subclasse 4 ° dígito - indica o substrato

Classificação

1.1.atuando em CH-OH
1.2.atuando em C=O
1.3.atuando em C=O-
1.4.atuando em CH-NH2
1.5.atuando em CH-NH-

1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 1.6.atuando em NADH, NADPH

2.1.grupos com um carbono
2.3.grupos acil
2.7.grupos fosfatos

2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas) 2.2.grupos aldeído ou cetona 2.4.grupos glicosil 2.8.grupos contendo enxofre

3.1.ésteres
3.4.ligações peptídicas

3.Hidrolases (reações de hidrólise) 3.2.ligações glicosídicas 3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos

Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.

Classificação

4.1. =C=C=
4.2. =C=O

4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico) 4.3. =C=N-

5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros)

5.1.racemases

6.1. C-O
6.3. C-N

6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia) 6.2. C-S 6.4. C-C

Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.

Não alteram o estado de equilíbrio

•Abaixam a energia de ativação (a energia empregada para para que as reações ocorram )

•Keq não é afetada pela enzima.

Não apresenta efeito termodinâmico global. •∆G não é afetada pela enzima.

Diferença entre a energia livre de S e P

Caminho da Reação

Energia de ativação com enzima

Energia de ativação sem enzima

Catalisadores

Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima

Enzimas - Componentes da reação

Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato.

Pode possuir componentes não protéicos: cofatores. Possui aminoácidos auxiliares e de contato.

Porção protéica APOENZIMA

Grupamento prostético

Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+Cofator

Coenzima: molécula orgânica complexa.NAD+

Porção protéica APOENZIMA

Grupamento prostético

Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+Cofator cofator faz parte da enzima

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