Proteínas & Enzimas

1. Proteínas & Enzimas

2. Definição 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.

3. DIFERENTES RADICAIS = DIFERENTES AMINOÁCIDOS

4. H2O H2O H2O H2O Sentido de crescimento da cadeia polipeptídica

5. Correspondem a cerca de 50% ou mais do peso seco de uma célula. • Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples: • Repetições de 20 unidades básicas: os aminoácidos 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.

6. TRADUÇÃO (SÍNTESE PROTÉICA)

7. As proteínas diferem umas das outras: 1. Ordem dos aminoácidos: Definidas pelo DNA; 2. Tipo de aminoácidos: 20 diferentes (dependem do radical); 3. Número de aminoácidos: de milhares a milhões.

8. 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.

9. 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.

10. Funções PROTEÍNAS ANTICORPOS - DEFESA PROTEÍNAS ESTRUTURAL ESTRUTURAL MOVIMENTO RESERVA ACTINA MIOSINA

11. 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.

12. 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... 

13. 7) Transportee 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.

14. Propriedades Físico-Químicas das Proteínas • Refletem a composição e nível de organização dos aminoácidos • 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 • a 3) não trabalham independentemente um do outro. • 4) FORMA - muito importante • - ex: a enzima reconhece o substrato específico

15. 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.

16. Classificação Forma Globulares -colágeno, queratina, miosina Fibrosas - enzimas, hemoglobina,anticorpos Composição ou produto de hidrólise Proteínas Simples - constituídas unicamente por aminoácidos. Proteínas Conjugadas – apresentam além de aminoácidos, uma porção denominada de grupo prostético (íons metálicos ou coenzimas). Glicoproteínas, lipoproteínas.

17. Quanto ao Número de Cadeias Polipeptídicas: 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.

18. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS 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.

19. Estrutura primária Estrutura secudária Estrutura terciária Estrutura quaternária -hélice Resíduos de aa’s Dobramento da cadeia polipeptídica 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 aa. Manutenção da estrutura: Interação dos radicais dos aa e pelas interações com os grupos prostéticos Compostas por duas ou mais cadeias polipeptídicas, entrelaçadas em estrutura terciária

20. Estrutura Secundária Estrutura Primária -hélice Folha-β Estrutura Terciária Estrutura Quaternária

21. As ligações estabilizantes da estrutura secundária são: Ligação ou Ponte de Hidrogênio: interação ou atração entre: - O da carboxila de um aa e H do grupo amino de outro/ - O da carboxila de um aa e H do grupo carboxila de outro. Ligação Iônica: atração entre as cadeias laterais dos aa ácidos e aa básicos. Ligação hidrófobica ou apolar: interação de radicais apolares como: metil, etil, metileno, etc; dos aa constituintes da molécula. Ligação ou ponte dissulfeto: união de grupos –SH dos aa 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.

22. 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

23. 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.

24. DESNATURAÇÃO 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)

25. FATORES RESPONSÁVEIS PELA DESNATURAÇÃO: 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)

26. A proteína desnaturada apresenta as seguintes alterações: Físicas: aumento da viscosidade; não podem ser cristalizadas ou auto-organizadas. Químicas: maior reatividade: devido a exposição de grupos químicos que estavam encobertos por estruturas; diminuição da solubilidade do PHi e, conseqüente precipitação. Biológicas: perda de suas propriedades enzimáticas, antigênicas e hormonais; facilmente digeridas por enzimas hidrolíticas.

27. Métodos para a determinação da estrutura de proteínas • 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.

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. 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. 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.

32. Enzimas – Proteína Classificação proteínas Proteínas globularesProteínas fibrosas Estrutura das proteínas Primária Secundária Terciária Quaternária ENZIMAS Proteínas globulares Estrutura terciária • Proteínas com alto peso molecular, maioria entre 15 a 1000 Kilo Daltons Unit (KD)

33. Conceitos Importantes 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.

34. 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.

35. Holoenzima Estrutura Enzimática Cofator Proteína Ribozimas • Pode ser: • íon inorgânico • molécula orgânica Apoenzima ou Apoproteína RNA Coenzima Se covalente Grupo Prostético Enzimas - Estrutura

36. 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.

37. Comparação das enzimas com catalisadores químicos

38. 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.: ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato IUB - ATP:glicose fosfotransferase E.C. 2.7.1.1 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 Nome trivial - Hexoquinase

39. Classificação • Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.

40. Classificação • Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.

41. Energia de ativação sem enzima Energia Energia de ativação com enzima S Diferença entre a energia livre de S e P P Caminho da Reação Catalisadores • 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.

42. E+SESP + E Enzimas - Componentes da reação Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima

43. Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+ Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+ Porção protéica APOENZIMA Porção protéica APOENZIMA Cofator Cofator Coenzima: molécula orgânica complexa.NAD+ HOLOENZIMA HOLOENZIMA Grupamento prostético Grupamento prostético Enzimas - Sítio Ativo • Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato. • Pode possuir componentes não protéicos: cofatores. • Possui aminoácidos auxiliares e de contato. cofator faz parte da enzima

44. Ligação Enzima - Substrato Interação específica do substrato com as cadeias laterais dos aminoácidos do sítio ativo • Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou  Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sítio ativo complementar ao substrato.

45. Ligação Enzima - Substrato • Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e o substrato sofrem uma mudança conformacional para o encaixe. O substrato é distorcido para a conformação exata do estado de transição.

46. Atividade enzimática • Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas: - pH; - temperatura; - concentração das enzimas; - concentração dos substratos; - presença de inibidores.

47. Influência do pH • A estabilidade de uma enzima ao pH depende: - temperatura; - força iônica; - natureza química do tampão; - concentração de íons metálicos contaminantes; - concentração de substratos ou cofatores da enzima; - concentração da enzima.

48. Influência da Temperatura •  temperatura dois efeitos ocorrem: • a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas; • a estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica. • Enzima  temperatura ótima para que atinja sua atividade máxima, é a temperatura máxima na qual a enzima possui uma atividade constante por um período de tempo.

49. Enzimas Influência da [E] • Velocidade de transformação do Substrato em Produto é  quantidade de Enzima. • Presença de inibidores na solução de enzima; • Presença de substâncias tóxicas; • Presença de um ativador que dissocia a enzima; • Limitações impostas pelo método de análise. • Recomenda-se: • Enzimas com alto grau de pureza; • Substratos puros; • Métodos de análise confiável.

50. Cinética Enzimática • Cinética Enzimática • Determinar as constantes de afinidade do Substrato e dos inibidores; • Conhecer as condições ótimas da catálise; • Ajuda a elucidar os mecanismos de reação; • Determinar a função de uma determinada enzima em umarota metabólica.