ed1 - estudo dirigido

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Universidade Federal do Rio de Janeiro Centro de Ciências da Saúde Instituto de Bioquímica Médica Disciplina: Bioquímica Ff I Docente: Francisco Prosdocimi Discentes: Carine Alves Jourdan Eliane Paiva dos Santos Letícia Godinho de Menezes Louise Paloma Luz Alves Vinicius Alves Moura Conteúdo: ED1 – Estudo dirigido

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Page 1: ED1 - Estudo Dirigido

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Centro de Ciências da Saúde

Instituto de Bioquímica Médica

Disciplina: Bioquímica Ff I

Docente: Francisco Prosdocimi

Discentes: Carine Alves Jourdan

Eliane Paiva dos Santos

Letícia Godinho de Menezes

Louise Paloma Luz Alves

Vinicius Alves Moura

Conteúdo: ED1 – Estudo dirigido

Rio de Janeiro 2.2012

Page 2: ED1 - Estudo Dirigido

ED1 – Estudo Dirigido

1) A partir do início do século XX, a idéia de que a vida possui propriedades únicas,

maravilhosas e desconhecidas (vitalismo) começou a morrer. Finalmente, através dps estudos

de genética e bioquímica, era possível associar as ciências físicas, químicas e biológicas num só

contexto amplo e coerente. A biologia molecular trouxe, para a biologia, um tipo de rigor lógico

e matemático antes só aplicado nas ciências exatas.

a) Quais os desenvolvimentos você acredita que permitiram à biologia integrar-se à química e

a física, matando assim o vitalismo?

Os filósofos antigos acreditavam que todo organismo vivo possua ia uma força divina, misteriosa,

que dava vida aos organismos, o nome dessa teoria é o Vitalismo. Porém, com o avanço da

biologia, química e física, descobriu-se que todo organismo vivo é composto de matéria inanimada.

Todos os seres vivos são formados por moléculas inanimadas, que estudadas isoladamente, se

comportam segundo todas as leis da física e da química, ou seja, o comportamento de uma

matéria inanimada, porém os organismos vivos apresentam suas peculiaridades, os quais não são

encontrados num conjunto de matéria inanimada.

b) Qual a relação moderna entre física, química e biologia?

No início a biologia tratava de problemas puramente descritivos. Mas aos poucos, com os avanços

tecnológicos, foi possível penetrar no interior dos corpos vivos, inicialmente do ponto de vista

global, e atualmente, do ponto de vista molecular.

Assim, as propriedades físicas e químicas da matéria, onde se destacam áreas como a

termoquímica, a mecânica quântica, a cinética química e a eletroquímica puderam ser aplicadas

para descrever fenômenos biológicos. Estas análises variam desde interpretações das escalas

moleculares até observações de fenômenos macroscópicos.

c) O que você pensa que ocorrerá no futuro com essas disciplinas?

A tendência, como ocorreu com outras ciências, e que haja uma fusão entre elas e que se possam

estudar os fenômenos físico, químicos e biológicos como um todo.

Page 3: ED1 - Estudo Dirigido

2)

a) Quando aprendemos bioquímica, estamos estudando a bioquímica de quais tipos de

organismos?

Estamos estudando as reações químicas de processos biológicos que ocorrem nos organismos

vivos.

b) Em que consiste a chamada “Lógica molecular da vida”?

Os organismos vivos são compostos de moléculas destituídas de vida. Quando essas moléculas são

isoladas e examinadas individualmente, elas obedecem a todas as leis físicas e químicas que

descrevem o comportamento da matéria inanimada.

3) Quais são as 4 principais biomoléculas presentes nos organismos vivos e quais as suas

principais funções?

Proteínas: Constituem a maior fração da matéria viva; são as macromoléculas mais complexas;

desempenham nos seres vivos as seguintes funções: estrutural, enzimática, hormonal, de defesa,

nutritivo, coagulação sanguínea e transporte.

Ácidos nucleicos: são os responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética;

Glicídios: são os principais combustíveis celulares; possuem função celular como: fonte de energia,

reserva de energia, estrutural e matéria prima para a biossíntese de outras biomoléculas.

Lipídios: Formam nossa principal fonte de armazenamento de energia assim como a composição

das membranas celulares, isolantes térmicos e ainda facilitação de determinadas reações químicas

que ocorrem no organismo dos seres vivos.

4)

a) Qual a diferença entre catabolismo e anabolismo?

Anabolismo são processos metabólicos que implicam na construção de moléculas complexas a

partir de substancias simples, gerando energia.

Catabolismo é o processo que implica na "quebra" de substancias complexas em substancias mais

simples, ocorrendo absorção de energia.

b) Qual deles é mais importante e por que?

O anabolismo é o mais importante pois gera sua própria energia a ser utilizado pelo organismo.

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5)

a) O que é a estrutura primária de uma proteína?

Estrutura primária de uma proteína é dada pela sequência de aminoácidos e ligações peptídicas da

molécula. Ela resulta em uma longa cadeia de aminoácidos, com uma extremidade “amido

terminal” e uma extremidade “carboxi terminal”.

b) Invente um trecho contendo 10 aminoácidos diferentes que represente a estrutura

primária de uma proteína hipotética.

Estrutura primária de uma proteína hipotética (1 letra): M-G-H-E-F-Q-R-T-Y-A;

Estrutura primária de uma proteína hipotética (3 letras): Met-Gly-His-Glu-Phe-Gln-Arg-Thr-Tyr-Ala.

c) Desenhe a estrutura química de quatro resíduos de aminoácidos do trecho inventado

(ligados em ligações peptídicas).

Glu-Phe-Gln-Arg

6)

a) O que é uma cadeia lateral de um aminoácido?

Cadeia lateral é um radical, genericamente chamado de “R”, responsável pela diferenciação entre

os aminoácidos. É ela quem define uma série de características dos aminoácidos, tais como

polaridade e grau de ionização em solução aquosa.

b) Quantos tipos de cadeias laterais existem?

Existem cerca de 20 tipos de cadeias laterais.

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c) Como elas influenciam na forma e função das proteínas?

As cadeias laterais variam em forma, tamanho, carga, capacidade de formação de pontes de

hidrogênio, características hidrofóbicas e reatividade química:

Aminoácidos com cadeias laterais não polares e alifáticas: Glicina, Alanina, Valina, Leucina,

Isoleucina, Prolina e Metionina;

Aminoácidos com cadeias laterais aromáticas: Fenilalanina, Tirosina e Triptofano;

Aminoácidos com cadeias laterais polares não carregados: Serina e Trionina (grupo hidroxil),

Asparagina e Glutamina (grupo amida) e Cisteína (grupo sulfidril);

Aminoácidos com cadeias laterais carregados positivamente (Básicos): Lisina, Arginina e Histidina;

Aminoácidos com cadeias laterais carregados negativamente (Ácidos): Aspartato e Glutamato.

7)

a) É possível trabalhar com proteínas isoladamente?

Sim, é possível trabalhar com proteínas isoladamente.

b) Descreva com detalhes alguma das técnicas de purificação de proteínas apresentadas na

nossa aula.

A Cromatografia é uma técnica que permite a separação de diferentes moléculas presentes em

uma mesma mistura. O método é baseado na circulação de uma fase móvel (que arrasta a mescla

de compostos a separar) através de uma fase estacionária. Dependendo da afinidade relativa que

ambas as fases tenham, os distintos compostos presentes na mescla resultará sua separação.

Existem vários tipos de Cromatografia:

Cromatografia por troca iônica: A fase estacionária é altamente carregada, sendo que os

componentes com cargas de sinais contrários a estas são seletivamente absorvidos pela

fase móvel. Os componentes absorvidos poder ser subsequentemente eluídos, por

deslocamento com outros íons, com o mesmo tipo de carga, porém com maior força de

interação com a fase estacionária. A afinidade entre os íons da fase móvel e a matriz

podem ser controlados utilizando fatores como pH e a força iônica;

Cromatografia por exclusão: Efetua a separação de acordo com o tamanho efetivo das

moléculas. A velocidade de deslocamento das moléculas pequenas é menos, pois estas

precisam passar através do gel ou suporte. As moléculas grandes apresentam maior

Page 6: ED1 - Estudo Dirigido

velocidade de descolamento dentro da coluna, emergindo mais rapidamente, promovendo

a separação dos componentes de acordo com o peso das moléculas;

Cromatografia por afinidade: Utiliza as propriedades das substâncias de se unirem

reversivelmente a fase estacionária composta por um ligante específico associado a um

suporte inerte. Uma amostra contendo diferentes componentes, sendo apenas uma de

interesse, este componente poderá de ligar à fase estacionária sob determinadas condições

de pH ou força iônica do meio. O componente que se liga à fase estacionária somente será

liberado por uma alteração no pH ou na força iônica, ou por outro componente que

apresente maior afinidade pela fase estacionária.

8) A figura 1 apresenta um alinhamento da sequência primárica de uma proteína hipotética

entre diferentes organismos.

a) Faça um mapa simples contando as diferenças nas sequências dos aminoácidos entre as

espécies.

O Gorila, o Homem e o Chimpanzé apresentam os aminoácidos M- L no início de sua sequência

primária, o que não é presente nos demais organismos da Tabela.

Na quarta coluna, o Gorila e as Leveduras 1 e 2 apresentam o aminoácido A, enquanto os demais

organismos apresentam o aminoácido G.

Na coluna 18, o verme C. Elegans apresenta aminoácido A na sequência enquanto as Leveduras 1 e

2 e os fungos 1 e 2 apresentam aminoácido S, e os Arabidopsis 1 e 2, Chimpanzé, Gorila, Homem e

a Mosca Drosophila apresentam aminoácido G.

Na coluna 24, o Verme apresenta aminoácido D, enquanto os demais organismos apresentam o

aminoácido A ou E.

Na coluna 26, todos os organismos apresentam o aminoácido Q em sua estrutura primária, menos

as Leveduras 1 e 2, que possuem o aminoácido T.

Page 7: ED1 - Estudo Dirigido

Na coluna seguinte, a 27, as Arabidopsis 1 e 2 e o verme apresentam o aminoácido D em sua

sequência, enquanto os demais indivíduos apresentam o aminoácido E.

Na coluna 29, os organismos apresentam aminoácido K, porém as leveduras e os fungos

apresentam aminoácido P.

Na coluna 31, todos os organismos apresentam aminoácido K, exceto os fungos, com aminoácido

Q.

Nas demais colunas, há muita semelhança entre as sequências, apenas alguns organismos mudam

alguns aminoácidos na sequência.

Nas 3 colunas finais as Leveduras possuem a mesma sequência: S-V-Q. Os demais organismos não

apresentam as 3 colunas finais, exceto a mosca, que termina com o aminoácido T e as Arabidopsis

com o aminoácido K.

b) A que conclusão você pode chegar analisando essas diferenças?

Analisando as sequencias dos aminoácidos entre as espécies, pode se concluir que todos os

organismos vivos são constituídos das mesmas moléculas orgânicas. O que os diferencia uns dos

outros é a sequência que essas moléculas estão posicionadas ao longo da escala evolutiva.

9) O que é e para que serve o diagrama de ramachandran?

O diagrama de Ramachandran foi criado pelo físico G. N. Ramachandran, quando esse propôs uma

teoria sobre os ângulos possíveis de torção da ligação peptídica e, no diagrama, as conformações

da cadeia polipeptídica podem ser descritas através da enumeração dos pares de valores φ (phi) e

ψ (psi). O diagrama é capaz de mostrar, segundo a teoria, asregiões onde Ramachandran previu

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que seria possível ou não ocorrer um enovelamento estável das proteínas, sendo essas regiões as

hachuradas e as não hachuradas, respectivamente, considerando-se que cada ponto representa

um aminoácido.

10)

a) O que é uma estrutura secundária de uma proteína? Dê exemplos.

Estrutura secundária é a disposição espacial regular, repetitiva, que a cadeia polipeptídica pode

adotar, geralmente mantida por ligações de hidrogênio. Como exemplos, tem-se as Hélices-Alfa e

as conformações Beta.

b) Por que estas estruturas são quimicamente estáveis?

Tais estruturas são quimicamente estáveis, já que nelas as ligações de hidrogênio estão

otimizadas: nas Hélices-Alfa, uma hélice se estabiliza formando ligações intramoleculares com

pontes de hidrogênio; nas Conformações Beta, as filas paralelas se estabilizam de maneira

intermolecular mediante pontes de hidrogênio.

11) Por que a estrutura terciária de uma proteína é mais conservada que a estrutura

primária?

A estrutura terciária de uma proteína é mais conservada do que a estrutura primária por ser

formada por arranjos da estrutura secundária, e , assim, conservada pelas forças não covalentes.

12)

a) O que é a conformação nativa de uma proteína?

A conformação nativa de uma proteína é ela em sua estrutura tridimensional específica e funcional

– estrutura alcançada pela proteína quando ela passa pelo processo chamado de “enovelamento”

e que pode ser perdida pelo processo conhecido como "desnaturação".

b) Quais são as principais interações responsáveis pela estrutura tridimensional de uma

proteína?

A estrutura tridimensional se dá principalmente por interações fracas, como a de Van der Waals;

podem haver ligações de hidrogênio e de dissulfeto.

c) O que pode acontecer caso haja problemas na formação dessa estrutura 3D?

Proteínas que não adquirem uma configuração tridimensional correta são exportadas do retículo

endoplasmático, sofrem ubiquitinação e são degradadas em estruturas denominadas de

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proteassoma; Em doenças neurodegenerativas como o Alzheimer, essas proteínas mal enoveladas

não são degradadas no proteassoma e se depositam nas células neuronais, gerando aglomerados

proteicos que levam à degeneração celular, que no Alzheimer comprometem a memória.

13) De que modo a modelagem estrutural pode auxiliar na criação de novos fármacos?

A modelagem molecular fornece informações importantes para o processo de descoberta de

fármacos. Ela permite a obtenção de propriedades específicas de uma molécula que podem

influenciar na interação com o receptor.

Como exemplos, podemos citar o mapa de potencial eletrostático, o contorno da densidade

eletrônica e a energia e os coeficientes dos orbitais de fronteira HOMO (Highest Occupied

Molecular Orbital) e do LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) etc.

Outras informações importantes também podem ser obtidas a partir da comparação estrutural

entre diferentes moléculas, o que pode permitir a geração de um índice de similaridade que pode

ser correlacionado com a atividade farmacológica. A modelagem molecular também permite a

visualização tridimensional (3D) do complexo fármaco-receptor e fornece informações sobre os

requisitos estruturais essenciais que permitem uma interação adequada do fármaco no seu sítio

receptor.

Esta ferramenta também tem o potencial de planejar teoricamente novas moléculas que

satisfaçam as propriedades eletrônicas e estruturais para um perfeito encaixe no sítio receptor.

14)

a) Qual a diferença entre uma proteína fibrosa e uma globular?

As proteínas globulares são formadas por cadeias polipeptídicas que se dobram adquirindo a

forma esférica ou globular. Tais proteínas, em sua maioria, são solúveis em água. As proteínas

globulares têm uma função dinâmica e incluem a maioria das enzimas, os anticorpos, muitos

hormônios e proteínas transportadoras, como a albumina sérica e hemoglobina.

As proteínas fibrosas são insolúveis em água e são fisicamente resistentes; tais proteínas são

formadas por cadeias polipeptídicas paralelas dispostas em longas fibras ou lâminas. Como

exemplo de proteínas fibrosas temos o colágeno (tendões e osso), a queratina (cabelo, pele, chifre,

unha), e a elastina (tecido conjuntivo elástico).

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b) Cite exemplos de ambos os casos.

Proteínas globulares: Albumina sérica; Hemoglobina.

Proteínas fibrosas: Queratina; Colágeno

15)

a) Qual a importância da reversibilidade das interações ligante-proteína para uma célula?

A interação proteína-ligante ou proteína-proteína é um dos principais eventos para a regulação e

para a atividade proteica, sendo responsável pela inibição ou ativação enzimática; por mudanças

conformacionais nas proteínas para a sinalização celular; transporte e armazenamento de

substâncias; etc.

b) Por que os mecanismos de inibição das reações enzimáticas são vantajosos para as células?

(Cite exemplos de mecanismos)

Um grande número de substâncias pode inibir a atividade enzimática. Algumas dessas substâncias

são constituintes da célula e outras são estranhas, levando com a sua presença a alterações

significativas do metabolismo. Quando o inibidor é produzido pela própria célula, a variação na sua

concentração vai ser muito empregado pela própria célula como uma forma de controle da

velocidade das reações. Esse mecanismo vai possibilitar ao organismo responder a diferentes

condições fisiológicas.

Muitos medicamentos usados rotineiramente baseiam-se na inibição específica de enzimas. O

bloqueio de uma única reação vai afetar toda a sequência de reações, já que a reação bloqueada

não vai gerar o produto que vai ser necessário pra reações seguintes.

Os inibidores podem ser reversíveis ou irreversíveis, de acordo com a estabilidade gerada pela sua

ligação com a enzima:

Os inibidores irreversíveis se ligam as enzimas levando a inativação definitiva desta. Estes

inibidores são muito tóxicos para o organismo já que não são específicos, sendo capazes de

inativar qualquer enzima.

Já os inibidores reversíveis podem ser divididos em dois grupos: os competitivos e os não-

competitivos. Essa divisão é baseada na presença ou não de competição entre o inibidor e o

substrato pelo centro ativo da enzima.

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Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro ativo da enzima. Estas

moléculas apresentam configuração semelhante ao substrato e por isso são capazes de se

ligarem ao centro ativo da enzima. Eles produzem um complexo enzima-inibidor que é

semelhante ao complexo enzima-substrato.

Os inibidores não-competitivos não tem semelhança estrutural com o substrato de reação

que inibem. A sua inibição se dá pela sua ligação a radicais que não pertencem ao grupo

ativo. Esta ligação vai alterar a estrutura da enzima e inviabiliza a sua catálise.

16) Explique com detalhes como a proteína hemoglobina pode ser capaz de transportar

oxigênio.

O transporte de oxigênio dos pulmões aos tecidos é feito pela hemoglobina presente nos glóbulos

vermelhos (hemácias). A hemoglobina dos seres humanos adultos (HbA) é formada por quatro

cadeias peptídicas, duas α e duas β. Mantidas juntas por atrações não-covalentes, como interações

hidrofóbicas, ligações de hidrogênio e pontes salinas. A capacidade desta proteína de fixar

oxigênio depende da presença de uma unidade não-peptídica, o grupamento heme, o que também

fornece cor à hemoglobina.

O heme é constituído de uma parte orgânica, a protoporfirina, e um átomo de ferro. O átomo de

ferro no heme pode estar no estado de oxidação ferroso (+2) ou férrico (+3), e as formas

correspondentes de hemoglobina são chamadas ferro-hemoglobina e ferri-hemoglobina ou meta-

hemoglobina, sendo que somente a ferro-hemoglobina é capaz de se ligar ao oxigênio. O grupo

heme se localiza na parte interna de uma cavidade hidrofóbica, delimitada por aminoácidos

apolares, formam-se seis ligações: liga-se aos quatro átomos de nitrogênio do anel porfirínico, à

cadeia polipeptídica (através de um resíduo de histidina do segmento F, a His 87, chamada

histidina proximal) e pode fazer uma ligação reversível a uma molécula de oxigênio (O2). O

oxigênio se liga ao ferro (Fe2+), sem que ele seja oxidado ao estado férrico (Fe3+). Além disso, o

oxigênio estabelece uma ponte de hidrogênio com a His 58, chamada histidina distal, que fica

oposta à histidina proximal. Com isso, a molécula de oxigênio fica presa entre o átomo de ferro e a

histidina distal, proporcionando mudanças na conformação da hemoglobina.

A estrutura quaternária da hemoglobina é mantida por ligações não-covalentes e resulta em uma

molécula tetramérica, composta por dois dímeros,α1, β1 e α2, β2, dispostos simetricamente em

torno de um eixo central. As interfaces entre os dímeros sofrem importantes mudanças durante a

oxigenação e a desoxigenação da hemoglobina.

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A distribuição é feita através da interação da hemoglobina com o oxigênio do ar, formando-se o

complexo oxi-hemoglobina, representado pela notação HbO2. Chegando às células do organismo, o

oxigênio é libertado e o sangue arterial transforma-se em venoso. A hemoglobina livre pode ser

reutilizada no transporte do oxigênio. A hemoglobina distribui o oxigênio para todas as partes do

corpo irrigadas por vasos sanguíneos.

17)

a) Explique genericamente como uma enzima funciona.

As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a energia livre de ativação da

mesma, sem alterar a termodinâmica da reação. A energia dos reagentes e produtos da reação

enzimática e de sua equivalente não enzimática são idênticas.

Elas desempenham diversas funções, e cada uma delas tem uma forma diferenciada de ação. Elas

atuam no processo de digestão dos alimentos, conhecidas como “enzimas digestivas” e na

absorção dos alimentos; desempenham a função de construção de proteínas maiores; contribuem

na desintoxicação do corpo; atuam na formação estrutural do organismo; contribuem para o

crescimento; agem na defesa do organismo; agem sobre o equilíbrio hormonal; atuam sobre o

sistema imunológico; participam do funcionamento da atividade cerebral; agem sobre os sentidos:

olfato, paladar, visão, audição e tato; agem no sistema circulatório e respiratório, entre outros.

b) Escolha uma enzima e explique com detalhes seu mecanismo de funcionamento.

De acordo com Alton Meister, os aminoácidos são transportados como dipeptídeos do ácido

glutâmico. Nesse sistema de transporte, o glutation (GSH) se presta como doador do grupo gama-

glutamil. A formação do dipeptídeo é catalisada pela enzima gama-glutamil transpeptidase (CGT),

uma enzima da membrana celular, presente, principalmente, no fígado, ducto biliar e rim. A

determinação dos níveis da enzima no sangue é usada na identificação de doenças nesses órgãos.

Page 13: ED1 - Estudo Dirigido

18) Dado o que você aprendeu, como você acredita que o conhecimento em bioquímica o

tornará um melhor profissional?

Todo conhecimento obtido ao decorrer da vida é considerado válido, no caso específico, a

bioquímica tem uma grande importância para o curso de farmácia, pois nos levará a entender

mais profudamente o funcionamento do corpo humano, permitindo a identificação de doenças e

anomalias, com isso podendo desenvolver pesquisas e posteriormente a produção de novos

fármacos mais eficazes contra doenças, garantindo assim melhor qualidade de vida.