bioquímica aplicada à nanotoxicologia

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Curso de Extensão Universitária Atualização de conhecimentos em NANOTOXICOLOGIA

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Page 1: Bioquímica aplicada à Nanotoxicologia

Curso de Extensão Universitária

Atualização de conhecimentos emNANOTOXICOLOGIA

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Módulo:Bioquímica aplicada à Nanotoxicologia

Responsáveis:Prof. Dr. José M. Monserrat

Profa. Dra. Juliane Ventura-Lima

Instituto de Ciências BiológicasUniversidade Federal do Rio Grande

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Tópicos abordados no módulo

Estrutura e funções das proteínas

Enzimas

Lipídios

Ciclo de Krebs

Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa

Estrutura e função dos ácidos nucléicos

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ProteínasMacromoléculas compostas de uma ou mais cadeias polipeptídicas, cada uma possuindo uma sequência

característica de aminoácidos (AA) unidos por LIGAÇÕES PEPTÍDICAS

Muitas conformações diferentes são possíveis para as proteínas. Entretanto, somente a conformação NATIVA possui atividade biológica

O tamanho das cadeias polipeptídicas é muito variável. Assim como a composição dos AA. Cada proteína possui uma estrutura precisa que está vinculada com o seu funcionamento.

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ProteínasAs proteínas podem ser classificadas de acordo com a sua composição

SIMPLES: compostas APENAS por aminoácidos A ribonuclease é um exemplo de proteínas simples.

ribonuclease

CONJUGADAS: composta por uma parte protéica (apoproteína) e uma parte não protéica (grupo prostético).

Proteína Grupo prostéticoGlicoproteínas CarboidratosLipoproteínas Lípidos:

- Ácidos graxos

- Colesterol

- Triglicéridos

- FosfolípidosFosfoproteína Grupos fosfatoHemeproteínas HemeMetaloproteínas Fe, Cu, Mn, Mo, Zn

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Estrutura das proteínas

É a ordem na qual os aminoácidos estão ligados.

A estrutura primária é a primeira etapa unidimensional na especificação da

estrutura tridimensional de uma proteína que por sua vez determina as suas

propriedades.

Lys Lys Gly Gly Leu Val Ala His

Estrutura primária

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Estrutura das proteínas

Estrutura secundária

Folha -pregueada

Subunidadesde aminoácidos

-hélice

A estrutura secundária leva em consideração apenas o esqueleto de carbono, ou seja, as cadeias laterais não são levadas em consideração nesta estrutura.

Pode ser de dois tipos: -hélice e folha -pregueada

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-hélice

folha -pregueada

Em uma mesma proteína podemos encontrar os dois tipos de estrutura secundária

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É o arranjo tridimensional de todos os átomos da molécula

Inclui: cadeias laterais, posições de qualquer grupo prostético, arranjo de seções helicoidais e folha -pregueada

A estrutura primária depende de ligações covalentes

As estruturas secundárias e terciárias dependem de interações

não covalentes

As forças estabilizadoras não-covalentes contribuem para que uma dada proteína adote uma estrutura

estável, com baixa energia

Estrutura das proteínas

Estrutura terciária

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Estrutura das proteínas

Forças estabilizadoras da estrutura terciária

Iônicas

Interaçõeshidrofóbicas

As interações fracas são de fundamental importância para a estrutura da proteína, de modo que qualquer situação que interfira nestas interações pode afetar a estrutura e consequentemente na função da proteína.

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Estrutura das proteínas

Estrutura quaternária

É uma propriedade de proteínas constituídas por MAIS de uma cadeia polipeptídica

O número de cadeias polipeptídicas pode variar. E as subunidades podem

ser iguais ou diferentes;

Podem formar dímeros, trímeros, tetrâmeros;

As cadeias interagem entre si por interações não covalentes. Estrutura quaternária composta por 4

subunidades diferentes: TETRAMERO

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Algumas condições, ou até mesmo exposição a certas substâncias pode induzir ao rompimento da estrutura terciária das proteínas→ DESNATURAÇÃO → ALTERANDO A FUNÇÃO DA PROTEÍNA.

AGENTES:- calor – rompimento de interações fracas- extremos de pH – alteração da carga líquida da proteína- solventes orgânicos, uréia e detergentes – ruptura de interações

hidrofóbicas

É importante ter em mente que a desnaturação ocorre sem a quebra das ligações peptídicas.A desnaturação pode ser reversível → RENATURAÇÃO

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Funções das proteínasEnzimas – atividade catalítica. Grupo mais variado e mais altamente especializado. Especificidade (enzima-reação catalisada)

Ciclode

Krebs

Exemplos:

Citrato sintase -

Aconitase -

Isocitrato desidrogenase -

-cetoglutarato desidrogenase -

Nutrientes e Armazenamento : fonte energética ou estocagem de nutrientes

Ovoalbumina Ferritina

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Metabolismo de Açúcares- Insulina

Transportadoras – ligação a íons ou moléculas específicas e transporte a outros compartimentos.

Apoproteína

Fosfolípidio

Colesterol

TriacilglicerolEsteres de colesterol

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Contráteis ou Motilidade- contração, mudança de forma e deslocamento.

Colágeno(cartilagens,

tendões, couro)

Estruturais – suporte, proteção, resistência de estruturas biológicas.

Quaratina(cabelo)

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Tópicos abordados no módulo

Estrutura e funções das proteínas

Enzimas

Lipídios

Ciclo de Krebs

Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa

Estrutura e função dos ácidos nucléicos

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Enzimas

A maior parte das enzimas são proteínas

A atividade catalítica depende da integridade da conformação nativa da proteína

Se houver alteração na estrutura da enzima sua atividade é afetada

As estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias são essenciais para atividade catalítica

O que são as enzimas?

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METABOLISMO: é o somatório de todas as reações químicas dos organismos. Reações enzimaticamente catalisadas - Vias metabólicas.

Nutrientes ricos

em energia

Macromoléculascelulares

CATABOLISMO

ANABOLISMO

Produtos finais pobres em energia

CO2, H2O, NH3

Moléculas precursorasAminoácidos, açúcares,

ácidos graxos, bases nitrogenadas

ATPNADPHNADH

ADP + PiNADP+

NAD+

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O quê fazem as enzimas?

Perceba que a presença de uma enzima diminui a barreira energética, acelerando a velocidade da reação

Aceleram a velocidade das reações bioquímicas. Mas de que maneira isso acontece?

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Entendendo como as enzimas trabalham

As enzimas oferecem um ambiente para que as reações aconteçam rapidamente

Sítio ativo

Revestido de AA

com grupos

substituíntes que

ligam o substrato e

facilitam a reação

Substrato

Liga no sítio ativo e

age sobre a enzima

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E + S ES EP E + P

Enzima

Substrato

Complexo Enzima-substrato

Complexo Enzima-produto

Produto

Enzima

Enzima e substrato disponíveis

ComplexoEnzima-substrato

Liberação de produtos

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Algumas enzimas NÃO necessitam de nenhum componente químico adicional além de AA para a sua atividade catalítica. Enquanto outras requerem um componente adicional a cadeia polipeptídica.

Coenzimas: moléculas orgânicas (geralmente derivadas de vitaminas).

Cofatores: moléculas inorgânicas.

Enzimas que necessitam tanto de coenzimas como cofatores só exercem a sua atividade na presença destes.

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Classificação das enzimasSão classificadas de acordo com as reações que elas catalisam

Ligases

Classificação Reação catalisada

Transferases Transferências de grupos

Oxidoredutases Transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos de H)

Hidrolases Hidrólise (transferência de grupos funcionais para a água)

Liases Adição de grupos nas ligações duplas ou formação de ligações duplas pela remoção de grupos

Isomerases Transferência de grupos dentro da molécula formando isômeros

Ligases Formação de ligações C-C, C-S, C-O, e C-N acopladas a quebra de ATP.

Fonte: Lehninger

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A atividade das enzimas pode ser medida em laboratório. Existem duas maneira de medir a atividade enzimática:

1) Pelo consumo de substrato 2) Pelo aparecimento do produto.

Atividade da Catalase (CAT)

Beutler, 1975

U CAT = a quantidade da enzima que hidrolisa 1 mol de H2O2 por minuto e

por miligrama de proteína

Abs

tempo

240 nm

H2O2 H2O + O2CAT

Perceba que neste exemplo, houve o consumo do substrato (H2O2).

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Atividade da glutationa S-transferase (GST)

U GST = a quantidade de enzima que conjuga 1 mol de CDNB por minuto e

por miligrama de proteína

Abs

tempo

340 nm

CDNB + GSH CDNB-GSHGST

Neste caso, pode-se medir a atividade da enzima pelo aparecimento do produto (CDNB-GSH)

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Inibição enzimáticaOs inibidores enzimáticos são agentes moleculares que interferem na catálise diminuindo ou parando as reações catalisadas por enzimas.

INIBIÇÃO COMPETITIVA: compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima, impedindo a catálise. Perceba a semelhança do substrato com o inibidor.

SEM inibidor

COM inibidor

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Inibição reversívelINIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA: o inibidor liga-se a um sítio diferente do sítio ativo do substrato

INIBIDORES IRREVERSÍVEIS

Ligam de forma covalente a um grupo funcional da enzima Destruir o grupos funcional Formação de ligação não covalente estáveis → afetando a atividade da enzima

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Tópicos abordados no módulo

Estrutura e funções das proteínas

Enzimas

Lipídios

Ciclo de Krebs

cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa

Estrutura e função dos ácidos nucléicos

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Definição de lipídeosEmbora possuam os diferentes tipos de lipídeos possuam variadas funções a característica mais importante dos lipídeos é sua natureza apolar, o que levaa sua insolubilidade em água.

São componentes de membrana de plantas, animais e micróbios;

Insolúveis em água, solúveis em solventes orgânicos.

Os lipídeos poderão ser classificados em 2 grupos:

(1) os de cadeia aberta com cabeças polares e caudas apolares: por exemplo, ácidos graxos, triacilgliceróis (2) cadeia cíclica, exemplo colesterol.

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ÁCIDOS GRAXOS

Os ácidos graxos que aparecem nos organismos vivos geralmente contêm um número par de átomos de carbono Usualmente a cadeia de hidrocarbonetos não é ramificada Altamente reduzido →oxidação altamente exergônica

Por isso, sãoANFIPÁTICOS

Cadeia de hidrocarboneto longa Grupo carboxílico

Características comuns dos ácido graxos

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A natureza química dos lipídeosPodem ser: Saturados ou Insaturados

Ácidos graxos de ocorrência natural estão na configuração cis

Configuração trans ocorre em gorduras derivadas de leite e da carne (ruminantes)→ Aumento de LDL e diminuição de HDL

Grupo carboxil

Cadeia de hidrocarboneto

Saturados Mistura de AG saturados e insaturados

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A nomenclatura para ácidos graxos indica o número de carbonos e o número de ligações duplas. O primeiro número indicia o número de carbonos e o segundo o número de ligações duplas.

Palmitoléico

Linoléico

16:0

Os ácidos graxos insaturados têm menor ponto de fusão, por isso tendem a serem líquidos na temperatura ambiente. 18:2

16:0

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Numero de

átomos de

carbono

Solubilidade (g/l)

2 Infinita4 Infinita6 9.78 0.710 0.1512 0.05514 0.0216 0.00718 0.003

Quanto maior o número de carbonos de um AG e menor seu número de ligações duplas: MENOR sua solubilidade.

Difusão lateral

Flip-flopRotação

Flexão

Fluidez da membrana: um conceito vital

Propriedades físicas dos ácidos graxos

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Os ácidos graxos poliinsaturados são alvos fáceis de oxidação formando produtos de peroxidação lipídica. A figura abaixo mostra a oxidação pelo

radical hidroxila .OH.R2R1

H H HH

R1 R2.

Lipídio com ácidos graxos insaturados HO. Radical lipídicoH2

O

Abstração de H Iniciação

Formação de dienos

R1

H

CHR2.Adição de O2.

H

R1 C-R2|OO

Peroxiradical lipídico

HH

R3 R4

Propagação

OOH|C-R2R1

HHidroperóxido lipídico

+ R4R3

H H

.Radical lipídico

Continua a propagação

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Logo se as membranas podem ser oxidadas; pela lógica as membranas diminuirão ou até mesmo perderão a sua fluidez e processos celulares, como transporte através de proteínas também ficarão comprometidos.

Danos oxidativos em lipídios são comuns em tecidos/células sob condições estressoras, como exposição a nanomateriais, por exemplo.

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Tópicos abordados no módulo

Estrutura e funções das proteínas

Enzimas

Lipídios

Ciclo de Krebs

Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa

Estrutura e função dos ácidos nucléicos

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Acontece na matriz mitocondrial

NADH FADH 2

Glicose (6 C)

Piruvato (3 C)

ADP + Pi

ATP

NAD+

NADH

GlicóliseAnaer óbica

Oxida ção Aeróbica

Lactato ou CO2 + Etanol

NADH

NAD+

Ciclo de Krebs

Fosforila çãoOxidativa

NADH ou FADH 2

NAD+

ou FAD +

O2

CO2 + H2O

GDP + Pi

GTP

NADH FADH 2

Glicose (6 C)

Piruvato (3 C)

ADP + Pi

ATP

NAD+

NADH

GlicóliseAnaer óbica

Oxida ção Aeróbica

Lactato ou CO2 + Etanol

NADH

NAD+

Ciclo de Krebs

Fosforila çãoOxidativa

NADH ou FADH 2

NAD+

ou FAD +

O2

CO2 + H2O

GDP + Pi

GTP

Glicose (6 C)

Piruvato (3 C)

ADP + Pi

ATP

NAD+

NADH

GlicóliseAnaer óbica

Oxida ção Aeróbica

Lactato ou CO2 + Etanol

NADH

NAD+

Ciclo de Krebs

Fosforila çãoOxidativa

NADH ou FADH 2

NAD+

ou FAD +

O2

CO2 + H2O

GDP + Pi

GTP

Piruvato (3 C)

ADP + Pi

ATP

NAD+

NADH

GlicóliseAnaer óbica

Oxida ção Aeróbica

Lactato ou CO2 + Etanol

NADH

NAD+

Ciclo de Krebs

Fosforila çãoOxidativa

NADH ou FADH 2

NAD+

ou FAD +

O2

CO2 + H2O

GDP + Pi

GTP

Membrana interna

Membrana externa

Matriz

Crista

Visão geral do metabolismo aeróbico

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AcetilCoa

Piruvato

Piruvatodesidrogenase

(PDH)

Coenzima A (CoA-SH)

+ CO 2

NAD +

NADH

Rea ção de descarboxila ção

oxidativa

Co-enzimas : - TPP (tiamina

pirofosfato , derivado da vit . B1)

- FAD- Lipoato

AcetilCoaAcetilCoa

PiruvatoPiruvato

Coenzima A (CoA-SH)

+ CO 2

NAD +

NADH + H+

Rea ção de descarboxila ção

: - TPP (tiamina

, derivado da vit . B1)

- FAD- Lipoato

Hidrólise forneceenergia suficientepara as outras reações

Reação dedescarboxilaçãooxidativa

∆G’0= -33,4 kj/mol

A piruvato desidrogenase é um complexo de três enzimas (piruvato desidrogenase, diidrolipoil-desidrogenase e diidrolipoil transacetilase) que catalisa um tipo de reação denominada “descarboxilação oxidativa”

Conversão do Piruvato a Acetil-CoA

Fase preparatória do ciclo de Krebs

Molécula de entrada no ciclo de Krebs

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NADH + H+

FADH2

GTP (ATP)

NADH + H+

Desidratação/hidrataçãoOxidação

Oxidação

Fosforilação

Desidrogenação

Hidratação

Desidrogenação

Oxaloacetato

Citrato

Isocitrato

a-cetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Acetil-CoA1

3Condensação 2

4

5

67

8

6C

6C 5C

4C

4C

4C

4C

4C

2C Citratosintase

Aconitase Isocitratodesidrogenase

a-cetoglutaratodesidrogenase

Succinil-CoAsintetase

Succinatodesidrogenase

Fumarase

Malatodesidrogenase

NAD+

NADH + H+

NAD+

GDP(ADP) + Pi

FAD

NAD+

Piruvato

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RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs

Tipo de reação Enzima

Estágio I1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase

Estágio I I2. I somerização aconitase3. Descarb. Oxidativa: 6C5C isocitrato descarboxilase4. Descarb. Oxidativa: 5C 4C -cetoglutarato

desidrogenase

5. Fosforilação a nível de substrato succinil CoAsintetase

Estágio I I I6. Oxidação succinato desidrogenase7. Hidratação f umarase8. Oxidação malato desidrogenase

Produção (por cada giro do ciclo de Krebs)

3 NADH 1 FADH2

1 GTP

RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs

Tipo de reação Enzima

Estágio I1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase

Estágio I I2. I somerização aconitase3. Descarb. Oxidativa: 6C5C isocitrato descarboxilase4. Descarb. Oxidativa: 5C 4C -cetoglutarato

desidrogenase

5. Fosforilação a nível de substrato succinil CoAsintetase

Estágio I I I6. Oxidação succinato desidrogenase7. Hidratação f umarase8. Oxidação malato desidrogenase

Produção (por cada giro do ciclo de Krebs)

3 NADH 1 FADH2

1 GTP

Logo veremos que qualquer processo bioquímico que alimente ao ciclo de Krebs inevitavelmente estará ajudando a produzir ATP

O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica (participa tanto de reações anabólicas quanto catabólicas). Este ciclo acontece em 8 reações envolvendo 8 enzimas diferentes. Em cada passo o produto de uma reação serve de substrato para outra, de forma que, qualquer perturbação em uma das enzimas do ciclo de Krebs pode resultar em déficit energético para a célula, podendo afetar processos celulares que dependem de ATP.

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(-) ATP(-) NADH(+) ADP

(-) ATP(-) NADH (-) SuccinilCoA

Oxalo-acetato Citrato

Malato Isocitrato

a-ceto -glutaratoSuccinato

Succinil-CoA

(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA

Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs

(-) ATP(-) NADH(+) ADP

(-) ATP(-) NADH (-) SuccinilCoA

Oxalo-acetato Citrato

Malato Isocitrato

a-ceto -glutaratoSuccinato

Succinil-CoA

(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA

Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs

(-) ATP(-) NADH (-) SuccinilCoA

Oxalo-acetato Citrato

Malato Isocitrato

a-ceto -glutaratoSuccinato

Succinil-CoA

(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA

Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs

Oxalo-acetato Citrato

Malato Isocitrato

a-ceto -glutaratoSuccinato

Succinil-CoA

(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA

Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs

Regulação do ciclo de Krebs

A regulação acontece nas enzimas citrato sintase, isocitrato desidrogenase e -cetoglutarato desidrogenase.

A principal função do ciclo de Krebs é fornecer coenzimas reduzidas com NADH e FADH2 para serem re-oxidadas na cadeia transportadora de elétrons e consequentemente gerar ATP pelo processo de fosforilação oxidativa como será visto a seguir...

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Tópicos abordados no módulo

Estrutura e funções das proteínas

Enzimas

Lipídios

Ciclo de Krebs

Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa

Estrutura e função dos ácidos nucléicos

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Complexo I NADH desidrogenaseComplexo II Succinato desidrogenase

Complexo III Ubiquinona:Citocromo c oxido-redutaseComplexo IV Citocromo oxidase

Características gerais da fosforilação oxidativa

Cadeia transportadora de elétrons

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[email protected] bombeamento de prótons para o espaço intermembrana gera o denominado potencial eletroquímico, ficando a matriz com carga negativa (-) respeito do espaço intermembrana (+).

O transporte de elétrons ao longo da cadeia respiratória e o bombeamento de prótons

Citosol

Membrana mitocondrial interna

Concentração de prótons fora da matriz é maior que do lado interno devido ao bombeamento de prótons

Carreadores móveis de elétrons

Complexos ligados a membrana protéica

Espaço intermembrana

Matriz

Elétrons do NADH

Elétrons do FADH2

Transporte de elétronsGeram energia para bombear prótons através da membrana criando um gradiente de concentração

Síntese de ATPRetorno de prótons através da membrana

permitindo a produção de ATP

Membranainterna

ATP sintase

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O acoplamento da oxidação à fosforilação

Existe um complexo oligomérico que acopla a oxidação e a fosforilação. Este complexo é separado do complexo da cadeia transportadora de elétrons → ATP sintase

Serve como um canal de prótons

Síntese de ATP ATP

sintase

Espaço intermembrana

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Estequiometria da fosforilação oxidativa

4 H+ “gastos” por cada ATP produzido

10 H+ “bombeados” por cada NADH re-oxidado

6 H+ “bombeados” por cada FADH2 re-oxidado

Logo 10/4= 2,5 ATP por NADH re-oxidado

E 6/4= 1,5 ATP por FADH2 re-oxidado

Ou seja, é mais interessante re-oxidar NADH do que

FADH2!!!

A passagem de 3 H+ através da ATP sintase promove a liberação do ATP formado.

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2H+

OHH

O H+H++

III III

IVQ

Matriz mitocondrial

Espaço intermembranae-

e-

Succinato

FumaratoNADH NAD+

4H+

e-

Cit c

e-

Redução do O2 em H2O (mitocôndria)

OO2

.-

+e-

OO

H2O2

O2.-

+e-

OO

+e-H+

H+H2O2

O2.-

+e-

OO

+e-H+

H+H2O2

O2.-

+e-

OO

+e-H+

H+

OHHHO.

OHH

e-+ H+

OHHânion

superóxido

Peróxido de hidrogênio

Radical hidroxila

4H+

O paradoxo do oxigênio

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Atualmente as estimativas de quanto do oxigênio consumido se transforma em espécies ativas de oxigênio (EAO) indicam valores ao redor de 0,1%, muito menos do

considerado tempo atrás (Fridovich, 2005). Porém deve ficar claro que um aumento metabólico pode realmente favorecer a

produção de EAO. A exposição a certos nanomateriais pode favorecer a produção destas EAO

(1) O2 + e- O2.- (radical ânion superóxido)

(2) O2.- + e- + 2H+ H2O2 (peróxido de hidrogênio)

(3) H2O2 + e- + H+ H2O + . OH (radical hidroxila)

(4) . OH + e- + H+ H2O

O2 + 4 e- + 4 H+ 2 H2O

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Tópicos abordados no módulo

Estrutura e funções das proteínas

Enzimas

Lipídios

Ciclo de Krebs

Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa

Estrutura e função dos ácidos nucléicos

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Estrutura covalente dos ácidos nucléicos

Adenina(base púrica)

Ribose(açucar de 5 C)Grupo

fosfato

Os monômeros dos ácidos nucléicos são os NUCLEOTÍDEOS

Nucleotídeo

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Polimerização dos nucleotídeos A polimerização dos nucleotídeos dá origem aos ácidos nucléicos

Através das ligações fosfodiéster

Formação da ligação éster

fosfato 5’ livre

Hidroxila 3’ livre

Ligação fosfodiéster

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Estrutura do DNAEstrutura secundária do DNA: a dupla hélice

Proposta em 1953 por Watson e Crick

Açucar-fosfato

Bases pareadas

O DNA consiste de DUAS cadeias polinucleotídicas; enroladas uma sobre a outra formando uma hélice. As pontes de hidrogênio entre as bases de cadeias opostas determinam o alinhamento da hélice; com os pares de bases ficando perpedinculares ao eixo longitudinal da hélice. O esqueleto de açúcar-fosfato é a parte externa da hélice (cargas ( -) extensão de cada uma das fitas permitindo que algumas moléculas carregadas (+ ) possam se complexar ao DNA). A direção antiparalela das 2 cadeias é um aspecto de complementaridade entre as fitas.

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Química dos ácidos nucléicos

Devido a sua estabilidade o DNA funciona bem como um “reservatório” de

informação biológica;

O armazenamento da informação por longos períodos sem alterações é de

extrema importância para a célula;

Processos como carcinogênese e envelhecimento estão relacionados ao

acúmulo de alterações irreversíveis no DNA;

Parâmetros físico-químicos com temperatura e pH podem desnaturar a

molécula de DNA sendo este processo geralmente reversível.

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Estrutura do RNA

RNA ribossômico (rRNA)

RNA de transferência (tRNA)

RNA mensageiro (mRNA)

Desempenham um importante papel nos processos vitais das células. Participam do processo de síntese de proteínas em uma série de reações

Os RNAs são cadeias polinucleotídicas de fita simples

O processo pelo qual a ordem das bases é passada do DNA para o RNA é chamado de TRANSCRIÇÃO. Os ribossomos nos quais o rRNA está associado com proteínas, são os sítios onde ocorrem a montagem das cadeias polipeptídicas nascentes durante a síntese de proteínas. A ordem de bases no mRNA especifica a ordem dos AA na cadeia polipeptídica nascente→ TRADUÇÃO da mensagem genética (uma sequência de 3 bases no mRNA determina a incorporação de um determinado AA na proteína nascente).

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Panorama geral da replicação do DNA A replicação do DNA deve ser realizada

com acurácia e rapidez antes de cada divisão celular. Velocidade e precisão são atingidas por meio de um complexo multienzimático que guia o processo. O pareamento complementar de bases fundamenta o processo de replicação. As duas fitas da dupla-hélice necessitam estar separadas. A enzima que polimeriza os nucleotídeos é chamada de DNA polimerase. Na replicação do DNA cada uma das duas fitas parentais servem de molde para a formação de uma nova fita completa.

Replicação do DNA

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O número e a diversidade dos sistemas de reparo refletem a importância do reparo do DNA para a sobrevivência da célula.

Evitar ou reparar danos

Mecanismos de revisão e/ou

reparo de DNA

Verificação e Reparo do DNA

Bases não pareadas

3’ 5’ Hidrólise pela exonuclease

Mecanismo de revisão: O exemplo da atividade nucleásica 3’-5’da DNA polimerase diminuindo a taxa de erro para 109 a 1010 pares de bases.

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Danos no DNAAlém das mutações espontâneas causadas pela leitura incorreta do código genético o organismo também está propenso as mutações causadas por agentes mutagênicos

radiação ultravioleta;

radiações ionizantes (radioatividade)

agentes químicos (incluindo

nanomateriais)

Causando danos ao DNA que se somam aos danos espontâneos

O acúmulo de danos no DNA pode levar ao desenvolvimento de câncer

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[email protected] As RNAs polimerases se ligam muito firmemente ao DNA quando em contato com uma região específica denominada PROMOTOR que contém um sítio de iniciação da transcrição do RNA.

A sequência de bases na região promotora contém várias sequência de consenso, sendo ricas em A-T.

Transcrição O papel da RNA polimerase

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Transcrição

Transcrição

TranscriçãoProcessamento do RNA

TranscriçãoTransporte do RNA

Transcrição

Tradução

Gene no DNA

Transcrito primário

Núcleo

Citosol

Proteína