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7/31/2019 Apostila Bioquimica Usp
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UNIVERSIDADE DE SO PAULOINSTITUTO DE QUMICA
BIOQUMICA QBQ 0215FARMCIA NOTURNO
Professores
Nadja C. de S. P. Lardner ([email protected]) coordenadoraFabio L Forti ([email protected])
Ricardo J. Giordano ([email protected])
Mrio Jos Politi ([email protected])Monitor
Reginaldo Almeida da Trindade
2009
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Apresentao QBQ 0215
Curso de Bioqumica para estudantes do curso noturno da Faculdade de CinciasFarmacuticas.Perodo: Segundo semestre de 2009.
Horrio: 19:00 s 23:00 s quartas- e quintas-feiras; 8:00 s 12:00 aos sbados
Local: Salas 9 e 10 do B6 Trreo IQUSP
Neste curso as atividades estaro distribudas em: I-aulas expositivas conforme os
temas constantes no cronograma; II-estudos dirigidos em sala de aula, com superviso dos
professores e monitores (PE); e III- resoluo de exerccios para consolidao dos temas
apresentados, em Grupos de Discusso (GD) que sero realizados aos sbados.
As quartas e quintas-feiras sero apresentadas aulas expositivas, seguidas de
perodos de estudo e exerccios para fixao das matrias. Destes exerccios um ser
selecionado no dia para entrega individual pelos alunos. Este exerccio constar paraavaliao de participao. Desta maneira, o esquema geral para as quartas- e quintas-
feiras ser:
19:00 s 20:30 aula expositiva
20:30 s 20:45 intervalo
20:45 s 22:00 perodo de estudos e exerccios
22:00 s 23:00 discusso e Exerccio do Dia
Aos sbados sero apresentadas aulas expositivas de integrao, seguidas de GDs.Os grupos de discusso consistem de exerccios monitorados para o aprofundamento do
conhecimento pelos estudantes. Os temas da semana sero, ento, avaliados atravs de
Prova tipo GD para ser realizada por grupos de 5-6 alunos; a mdia aritmtica de todas as
Provas GD (GD) compor a nota final, como descrito abaixo. O cronograma para os
sbados ser:
8:00 s 9:45 Aula de Integrao
9:45 s 10:00 intervalo
10:00 s 12:00 Prova GD
Alm das atividades descritas acima, teremos a preparao e apresentao de um
seminrio por grupo, como distribudo no programa. Os temas de seminrio sero
apresentados e distribudos no incio do curso, com um perodo de cerca de dois meses
para a preparao das apresentaes. As apresentaes sero aos sbados, comforme o
cronograma, e devem ser de 25-30 min; sugerimos que os grupos abordem seus temas
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como propostas de projetos de pesquisa. Os semirios sero avaliados e comporo a nota
final, como descrito abaixo.
Avaliao
O critrio de avaliao ser feito de acordo com a Frmula,
MF = [P1 + P2 + P3 + P4 + (GD + S)/2]/5
Onde:
MF = mdia final
P1-4 = provas 1 a 4
GD = mdia de provas GD
S = nota de seminrio
A mdia mnima para aprovao Cinco.
Para os alunos que perderem alguma prova teremos uma Prova Substitutiva ao final
do curso. Nesta Prova constar toda a matria do semestre.
Bibliografia
Portugus:Bioqumica Bsica - A. Marzzoco & B.B. Torres - Ed. Guanabara Koogan 2a ed. - 1999.
Princpios de Bioqumica - A.L. Lehninger, D.L. Nelson & M.M. Cox - Ed. Sarvier - 1995.
Bioqumica - J. M. Berg, J.L. Tymoczko & L. Stryer - W.H.Freeman and Company 5th ed. -
2002.
Fundamentos de Bioqumica D. Voet, J. G. Voet & C. W. Pratt Artmed Editora- 2000.
Ingls:
Lehninger Principles of Biochemistry - D.L. Nelson & M.M. Cox - Worth Publishers - 3rd
ed. -2000.
Biochemistry - J. M. Berg, J.L. Tymoczko & L. Stryer - W.H.Freeman and Co. - 5 th ed. -
2002.
Biochemistry - D. Voet & J.G. Voet - John Wiley & Sons - 2004.
Biochemistry - C. K. Mathews & K.E. van Holde - The Benjamin/Cummings Publishing Co.
- 1996.
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Principles of Biochemistry - H.R. Horton, L.A. Moran, R.S. Ochs, J.D. Rawn & K.G
Scrimgeour Prentice Hall - 1993.
Principles of Biochemistry - G.L. Zubay, W.W. Parson & D.E. Vance - WCB Publishers -
1995.
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PROFESSORES:
Prof. Dr. Nadja Cristhina de Souza P. Lardner (coordenador) Bloco 10 Sup., Sala 1065
Fone: 3091-3810 r 242
Prof. Dr. Fabio Luis Forti Bloco 9 Inf., Sala 908
Fone: 3091-3810 r 216
Prof. Dr. Ricardo Giordano Bloco 10 Inf., Sala 1011
Fone: 3091-3810 r 233
Prof. Dr. Mrio Jos Politi Bloco 12 Sup., Sala 1258
Fone: 3091-3877
MONITORES:
Reginaldo Almeida da Trindade e-mail:[email protected]
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Cronograma
2O SEMESTRE FARMCIA 2008QBQ 215
Agosto dias Mdulos19/08 P quarta Apresentao / gua, tampes, pH do sangue20/08 P quinta Aminocidos: Funes e Propriedades22/08 P sbado Aula integrao & GD 126/08 P quarta Estrutura e funo de Protenas I27/08 P quinta Estrutura e funo de Protenas II29/08 P sbado Aula integrao & GD 2Setembro -02/09 P quarta Enzimas - conceitos gerais03/09 P quinta Cintica enzimtica05/09 R sbado Aula integrao & GD 3
09/09 P quarta cidos Nuclicos e Estruturas10/09 P quinta Acares e Polissacardeos12/09 P sbado Aula integrao & GD 416/09 P quarta Prova 117/09 P quinta Lipdeos e membranas19/09 P sbado Aula integrao & GD 523/09 P quarta Colesterol, partculas carreadoras e sais biliares24/09 P quinta Bioenergtica e ATP26/09 P sbado Aula integrao & GD 630/09 P quarta GlicliseOutubro -01/10 P quinta Ciclo de Krebs03/10 P sbado Aula integrao & GD 707/10 P quarta Fosforilao Oxidativa08/10 P quinta Prova 210/10 P sbado GD 8 e Seminrios (2)14/10 - quarta Semana da Farmcia (no haver aula)15/10 - quinta Semana da Farmcia (no haver aula)17/10 - sbado Semana da Farmcia (no haver aula)21/10 F quarta Ciclo das Pentoses22/10 F quinta Neoglicognese24/10 F sabado GD 9 e Seminrios (2)28/10 - quarta Dia do funcionrio pblico (no haver aula)
29/10 F quinta Metabolismo de Glicognio31/10 F sabado GD 10 e Seminrios (2)Novembro -04/11 F quarta cidos Graxos - Degradao05/11 F quinta cidos Graxos - Sntese07/11 F sbado GD 11 e Seminrios (2)11/11 R quarta Metabolismo de Amino cidos12/11 R quinta Prova 314/11 P sabado GD 12 e Seminrios (2)
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18/11 R quarta Ciclo da Uria19/11 R quinta Metabolismo de Purinas e Pirimidinas21/11 R sbado GD 13 e Seminrios (2)25/11 R quarta Fotossntese26/11 N quinta Integrao do Metabolismo28/11 R sbado GD 14 e Seminrios (2)Dezembro -
02/12 N quarta Fluxos de materiais em Humanos,Transporte em Membranas03/12 N quinta Diabetes e Hormnios05/12 N sbado GD 15 e Seminrios (2)09/12 N quarta Metabolismo Muscular10/12 N quinta Transduo de Sinais12/12 N sbado Prova 416/12 N quarta Aula de integrao e GD 1617/12 N quinta Prova substitutiva
P = Politi
F = Fabio
R= Ricardo
N = Nadja
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Temas para os Seminrios:
1. As reaes qumicas e a origem da vida
2. Importncia da estrutura das protenas para as propriedades fsicas de materiaisbiolgicos
3. Enzimas como alvos farmacuticos
4. Alcoolismo
5. Obsidade e desnutrio
6. Sndrome Metablica e diabetes
7. Osteoporose e Hipercalcemia
8. O metabolismo e a pirmide alimentar
9. Doenas do metabolismo de purina/pirimidinas
10. Ictercias
11. Hiperlipidemia e Doenas Cardiovasculares
12. O nitrognio e a vida
13. Fotossntese e o impacto biolgico do ciclo de carbono
14. Cancer e estratgias anti-neoplasicas
15. Membranas como alvos farmacuticos
16. Doenas mitocondriais
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H2O e Sistemas TAMPO
1. A molcula de gua, H2O, apresenta um ngulo de 104,5 graus entre as duas ligaes O-H,
dando-lhe um carter altamente polar. Alm disso, o tomo de O possui 2 pares de eltrons
livres, permitindo a formao de ligaes (ou pontes) de H entre molculas vizinhas. Esta
estrutura d gua propriedades fsicas e qumicas de enorme importncia biolgica.
2. A gua se ioniza atravs de uma reao cido-base:
H2O + H2O H3O++ OH-
A reao cido-base se caracteriza pela troca de prtons entre pares conjugados de cidos e
bases. A gua pode se comportar como cido e como base:
AH + H2O H3O+ + A-
B + H2O BH + OH-
Estas so reaes de equilbrio, s quais correspondem constantes de equilbrio definidas.
Por exemplo: K = [H3O+] [A-]
[AH] [H2O]
K mede a afinidade relativa das bases, de cada par cido-base conjugados (AH/ A - e H3O+/
H2O), por prtons. Fala-se comumente em constante de dissociao de um cido (Ka),
significando: Ka = K [H2O] = [H+] [A-], onde [H2O] essencialmente constante (55 M).
[AH]
3. [H+] a concentrao hidrogeninica e os valores de [H+] para a maioria das solues so
muito baixos e difceis de serem comparados. Um valor mais prtico conhecido como pH:
pH = - log [H+].
como 1/[H+] = 1/K x [A-]/[AH]pode-se obter pH = - logK + log [A-]/[AH]
por analogia - log K = pK
e pH = pK + log [A-]/[AH]
Conclui-se que pK numericamente igual a pH da soluo na qual as concentraes
molares do cido e sua base conjugada so iguais (ie log [A-]/[AH] = 0).
A igualdade pH = pK + log [A-]/[AH] conhecida como Equao de Henderson-
Hasselbach.
4. cidos so classificados de acordo com sua fora relativa, ou seja, de acordo com sua
capacidade de transferir um prton para a gua. cidos com constantes de dissociao
menores do que aquela de H3O+ (que, por definio, igual a 1 em solues aquosas (v se
consegue confirmar porqu!)) so s parcialmente ionizados em solues aquosas e so
conhecidos como cidos fracos (K < 1). J os cidos fortes tm constantes de dissociao
maiores que a de H3O+, sendo quase completamente ionizados em solues aquosas (K>1).
5. Tampes so sistemas aquosos que tendem a resistir a variaes no seu pH quando
pequenas quantidades de cido (H+) ou base (OH-) so adicionadas. Um sistema tampo
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consiste de um cido fraco (o doador de prtons) e sua base conjugada (o aceptor de
prtons). comum encontarr os seguintes smbolos para representar um cido (AH ou BH+)
e sua base conjugada (A-
ou B:)
6. A adio de cido forte (H+) ou base forte (OH-) a uma soluo aquosa de um cido fraco,
por exemplo, cido actico (pKa = 4,76), causa pequenas variaes de pH, se a soluo
estiver a um pH prximo do pK do cido. Este comportamento define um tampo cido-base.7. O pH do sangue mantido atravs de um sistema de reaes envolvendo a Hemoglobina e
o CO2, ie o on HCO3-.
Exerccios 1
1) Defina cidos e bases no conceito de Brnsted, mostrando exemplos.
2) a) Qual o pH das solues 0,1 M dos cidos fortes HCl e HNO3?b) Usar a equao Henderson-
Hasselbach para calcular o grau de dissociao dos cidos fracos i) H2S (Ka=1x10-7
) e ii) cidoactico (Ka=2x10
-5) em solues 0,1 M. Qual o respectivo pH dessas solues?
3) Esquematize a curva de titulao de 1 L de uma soluo de 0,1 M H3PO4 com uma soluo de 10
M NaOH, colocando pH (eixo y) em funo de volume de base adicional (eixo x). Indicar os
pontos na titulao (volumes de NaOH) em que o pH equivale cada um dos pK as do cido.
4) Indique como se pode preparar 1 L de um tampo a pH=7,0, capaz de manter o pH estvel com
adio de 10 mL de HCl 0,1M, dispondo-se das solues:
a) 1M H3PO4
b) 1M cido actico
c) 1M NaOH
5) Desenhe a estrutura do gelo, mostrando pontes de hidrognio entre molculas de gua. O que
acontece quando o gelo derrete? Porque a gua lquida 4oC mais densa do que o gelo 0oC?
6)Discuta as propriedades de gua em comparao a outros solventes e a molculas isoeletrnicas.
7) Desenhe a estrutura do NaCl no estado slido e tambm no estado aquoso, neste ltimo,
destaque suas interaes com gua.
8) Discuta como o sistema tampo do sangue mantm o pH estvel em condies de
acidose e de alcalose.
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AMINOCIDOS
1. Aminocidos, bases purnicas e pirimidnicas, nucleosdeos e nucleotdeos, hexoses (como
glicose), so componentes monomricos dos principais polmeros biolgicos, ou seja,
protenas, cidos nuclicos (DNA e RNA) e polissacardeos (glicognio, amido e celulose).
Aminocidos, bases, nucleosdeos e nucleotdeos so em geral muito solveis em gua epossuem grupos funcionais que participam em reaes cido-base. Glicose tambm
altamente solvel em gua, mas no participa em reaes cido-base.
i. H 20 aminocidos que compem protenas (Tabela 1), todos mostrando a frmula geral:
R+H3N C COO
- on dipolar ou zwitterion encontrado emgua pH 7
H
2. Aminocidos podem ser agrupados em classes com base nas propriedades dos seus grupos
radicais (R), em particular sua polaridade ou tendncia de interagir com gua em pH
biolgico ( 7,0).
3. Todos os aminocidos livres comportam como cidos poliprticos. Quando um aminocido
cristalino dissolvido em gua, ele pode agir como um cido ou como uma base. O grupo
carboxlico mostra um pK em torno de 2,0, enquanto o grupo amino tem um pK entre 9,0 e
10,0. Portanto, no pH fisiolgico (pH 7,0), a maioria das molculas de todos os aminocidos
est na forma de ons dipolares (zwitterions). Chama-se pI de um aminocido o pH da
soluo na qual suas molculas possuem carga lquida nula. Na cadeia lateral (-R) os
aminocidos apresentam grupos funcionais, entre os quais existem grupos cido-base.
4. O carbono dos aminocidos, excetuando-se a glicina, assimtrico, fazendo com queestas substncias tenham atividade ptica e, portanto, apresentem pares de ismeros
pticos.
Exerccios 2
1) Quais dos aminocidos tm dois carbonos quirais e qual deles no possui isomeria ptica?
2) Mostre porque a seguinte forma no-inica de um aminocido no pode ser encontrada em
soluo aquosa.
R
H2N C COOH
H
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3) O etanol no tem carter cido em gua, enquanto fenol e cido actico se dissociam em soluo
aquosa, sendo o cido actico (pK=4,8) mais forte que o fenol (pK=10). Como se pode explicar o
comportamento destes trs compostos em gua a partir de suas estruturas moleculares?
4) Esquematize a curva de titulao da glicina com NaOH a partir de pH=1 e do cido asprtico com
HCl a partir de pH=11. Coloque o pH na ordenada e, na abscissa, a quantidade de equivalentesde cido ou base forte.
5) a) Quais os pontos isoeltricos de: glicina (pKs=2,5 e 9,5), cido asprtico (pKs=2,5; 4,0 e 9,5),
lisina (pKs=2,5; 9,5 e 10) e histidina (pKs=2,5; 6,0 e 9,5)? b) Calcular as cargas lquidas
(aproximadas) do cido asprtico, lisina ou histidina nos seguintes pHs: pH 1, pH 8, pH 11.
6) Tentar classificar os aminocidos em termos da natureza qumica dos seus grupos radicais: a)
ionizveis ou no ionizveis, b) cidos ou bsicos, c) polares ou no polares, d) hidroflicos ou
hidrofbicos, e) alifticos ou aromticos, f) lineares ou ramificados e g) pequenos e grandes.
7) Na Tabela 1 indicar: a) O cdigo de letra nica para cada aminocido e b) os pKR dos
aminocidos com grupos radicais ionizveis.
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Tabela 1: Estrutura dos 20 aminocidos encontrados em protenas
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ESTRUTURA PRIMRIA DE PROTENAS
1. A descrio da estrutura das protenas dividida em quatro nveis de organizao: estrutura
primria, secundria, terciria e quartenria.2. A estrutura primria se refere seqncia de aminocidos que compem a protena. Trata-
se, portanto, da estrutura de ligaes covalentes. A principal ligao covalente entre
aminocios a ligao peptdica. Os aminocidos podem formar polmeros atravs da
ligao do grupo carboxila de um aminocido com o grupo amino de outro. Esta ligao
carbono-nitrognio chamada ligao peptdica, obtida por excluso de uma molcula de
gua. Quimicamente, a formao da ligao peptdica pode ser representada pela seguinte
equao:
Esta reao, como esta escrita, jamais ocorre nos seres vivos. A unio dos aminocidos por
ligao peptdica no feita por reao direta entre eles, mas atravs de um complexo
aparato de sntese protica, que inclui ribossomos, cidos ribonuclicos, vrias protenas e
enzimas num processo chamado traduo. A equao mostra apenas o resultado liquido do
processo.3. As propriedades da ligao peptdica impem restries ao dobramento do polmero formado. A
ligao peptdica, apesar de ser representada por um nico trao de ligao, tem caractersticas
intermediarias entre uma ligao simples e uma dupla ligao, devido s interaes entre duas
formas de ressonncia.
4.
A conseqncia desse carter parcial de dupla ligao que no h possibilidade de rotao
em torno da ligao peptdica. Assim sendo, os quatro tomos dos grupamentos que
participam da ligao peptdica ficam dispostos em um plano rgido, constituindo o que se
costuma chamar de grupo peptdico ou unidade peptdica (vide retngulos) Notar tambm
que os dois carbonos alpha (C) vizinhos de cada ligao peptdica tambm se encontram o
plano.
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Marzzocco & Torres, Bioqumica Bsica.
O polmero formado pode, portanto, ser visualizado como uma cadeia constituda por
unidades planares (unidades peptdicas), unidas entre si com uma articulao flexvel: o
carbono . Esta cadeia chama-se cadeia polipeptdica. As protenas podem ser formadas por
uma ou mais cadeias polipeptdicas.4. Todavia, existem pontos de dobramento entre as unidades peptdicas rgidas, graas a
possibilidade de rotao em torno das ligaes com o carbono alfa (N-C e C-C), que so
ligaes efetivamente simples (vide figura acima). Estas ligaes so chamadas phi () e psi
() respectivamente.
5. A cadeia polipeptdica pode ser dividida entre a cadeia principal e as cadeias laterais
(grupos R) ligados aos carbonos alfa.
Exerccios 3
1) Defina estrutura primria, secundria, terciria e quaternria de uma protena, dando exemplos.
2) Esquematize a estrutura de uma ligao peptdica.
3) a) Desenhar o tripeptdeo Ala-Asp-His. b) Calcular o seu pI. c) Calcular sua carga lquida em pH
1, pH 6 e pH 12.
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4) Com os dados abaixo, defina a seqncia do peptdeo analisado: a) hidrlise cida total resultou
em: Arg, Tyr, Leu, Ala, Glu Lys, Ser e Pro; b) dansilao e hidrlise produziram: dansil-Leu; c) dois
ciclos consecutivos de degradao de Edman liberaram, respectivamente Leu e Tyr; d) tripsina
liberou 2 peptdeos cujas composies, aps hidrlise cida total, foram, respectivamente (Tyr, Leu,
Arg) e (Ser, Glu, Pro, Ala Lys); e) carboxipeptidase A no liberou nada, mas carboxipeptidase Cliberou Ser; f) endopeptidase V8 liberou o tripeptdeo Lys-Pro-Ser e um pentapeptdeo que, tratado
com carboxipeptidase C, liberou Glu.
5) Mostre a reao de xido-reduo da cistena que importante na estrutura de
peptdeos.
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ESTRUTURA SECUNDRIA E TERCIRIA DE PROTENAS
1. A estrutura secundria definida pela conformao local do esqueleto de ligaes peptdicas
que compe o eixo da protena. Esta conformao local pode ser explicitamente expressa
atravs dos ngulos phi () e psi (). Em geral, certas combinaes de ngulos phi () e psi
() so permitidas enquanto outras no so permitidas devido a impedimentos estricosentre tomos de grupos vizinhos. Este princpio pode ser resumido num diagrama de
Ramachandran (Figura 1).
Figura 1: Diagramas de Ramachandran. Esquerda: Estruturas secundrias correpondentes s
combinaes estericamente permitidas para angulos phi e psi. Direta: ngulos observados para
todas as ligaes em 12 protenas com estruturas de alta resoluo determinadas por
cristalografia.
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Figura 2: -hlice. Figura 3: Folha pregueada.
2. H duas estruturas secundrias principais: -hlice (Figura 2) e folha pregueada (Figura 3),
que so estruturas organizacionais regulares e repetitivas. Estas duas estruturas podem ser
caracterizadas por combinaes de angulos phi e psi (Figura 1) adotadas pela cadeia principal.
Alm de -hlice e folha , as protenas globulares mostram tambm alas de formas definidas,
mas irregulares e no repetitivas.
5. A estrutura terciria descreve o arranjo tridimensional da cadeia principal da protena, incluindo a
disposio espacial das cadeias laterais dos aminocidos. H muitas possibilidades de arranjostridimensionais para a estrutura terciria das protenas.
a. As propriedades bioqumicas e biolgicas de uma protena so determinadas pelo arranjo
tridimensional de sua cadeia, isto , pela sua estrutura terciria. Logo, nas condies
fisiolgicas a protena adquire uma estrutura terciria bem definida e necessria sua
funo, que conhecida como estrutura nativa. O desarranjo da estrutura terciria leva
perda de funo da protena, processo que genericamente chamado de desnaturao.
b. Em protenas pequenas da estrutura primria define a estrutura terciria nativa da protena.
Nestes casos os processos de desnaturao e renaturao da estrutura da protena so
reversveis. A estrutura nativa a conformao da protena de menor nvel de energia livre
(G) e alcanada espontaneamente (processo exergnico). O exemplo clssico desse
comportamento dado pela protena Rnase A, uma enzima que no seu estado nativo
catalisa a hidrlise de RNA. Para protenas grandes o processo de desnaturao
irreversvel e o fenmeno de alcance da conformao nativa complexo e ainda mal
entendido.
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6. A Hb e a Mb so protenas com funes parecidas. Ambas apresentam afinidade pelo O2
molecular. A HB o carreador do O2 pelo sistema arterial e capilares enquanto a Mb
seqestra o O2 em nvel do tecido muscular. Servindo como depsito para a contrao
do msculo em aerobiose. A curva de interao Hb/O2 tem carter sigmoidal (alostrica)
emquanto a da Mb hiperblica. Esta diferena permite um controle fino da troca de O2
entre artrias e msculo. Em paralelo a curva de afinidade O2/Hb entre a me e o feto
apresenta maior afinidade pela Hb fetal permitindo a troca eficiente de O2 para o feto.
7. Efeito Bohr.
Exerccios 4
1) Distinga estrutura secundria e terciria de uma protena. D exemplos.
2) Descreva -hlice e folha pregueada. Aponte as diferenas essenciais entre estas formas de
estrutura secundria encontradas em peptdeos.
3) Discuta os dois diagramas de Ramachandran apresentados na Figura 1 e relacione-os com as
estruturas apresentadas nas Figuras 2 e 3.
4) Descreva a experincia clssica de Anfinsen com a enzima ribonuclease A, indicando sua
concluso principal. Qual o papel das pontes de dissulfeto na manuteno da estrutura nativa
(terciria) da ribonuclease? Conceitue estrutura nativa e desnaturao de protenas, mostrando
o que isso tem a ver com a atividade enzimtica da ribonuclase A. Que funo termodinmicapromove espontaneamente a transio da ribonuclease de desnaturada para nativa?
5) Duas protenas, apesar de terem diferenas quanto a alguns de seus aminocidos, so capazes
de desempenhar a mesma funo. Explique como isto possvel.
6) Pesquisar informaes sobre a estrutura de hemoglobina. Descrever a sua estrutura terciria e
quartenria. Descrever as mudanas na estrutura quartenria que acontecem devido ligao de
oxignio.
7) O que efeito hidrofbico e qual o seu papel na manuteno da estrutura terciria das protenas?
Qual o fator preponderante no efeito hidrofbico: o entlpico ou o entrpico? Explique
qualitativamente sua resposta.
8) Discuta porque uria e cloreto de guanidina desorganizam a -hlice.
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CINTICA ENZIMTICA
1. Enzimas so catalisadores biolgicos cuja natureza qumica proteica. A natureza proteica das
enzimas lhes proporciona alto grau de especificidade.
2. A grande maioria das reaes biolgicas no ocorre, ou ocorrem a velocidades baixssimas nascondies fisiolgicas de pH e temperatura. Logo, as reaes biolgicas, em geral, necessitam
de catlise para ocorrer, isto , necessitam de enzimas. Para cada reao h uma enzima
especfica.
3. Na reao genrica A B a direo espontnea da reao dada pela variao de energia
livre, .G0, conforme esquematizado no grfico da Figura 5.
Figura 6. Variao de energia livre (G) na reao genrica A B.
G0 uma constante que se relaciona com a constante de equilbrio da reao pela expresso -
G0=2.3 RTlogK. Por outro lado, as velocidades das reaes AB e BA ou, respectivamente,
as constantes de velocidade k1 e k-1 no dependem do G0 da reao, mas dos, respectivos,
G10 e G-1
0, que por sua vez s dependem da energia livre (G) do estado de transio
(energias de ativao). A enzima (catalisador) no muda o G0 da reao, pois
catalisadores no interferem com os estados inicial e final das reaes, mas mudam o
caminho da reao e, por conseqncia diminuem a energia do Estado de Transio.
4. Uria uma substncia muito estvel em gua, mas que pode ser rapidamente decompostas
por hidrlise se a reao for catalisada pela enzima urease:
EnergiaLivre (G)
Coordenada de Reao
Estado Inicial(S)
Estado Final(P)
Estado de transio dareao no catalisada
G0
G10#
G0#-1
Estado de transio dareao catalisada
G0#-1catG0#1cat
*
*
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H2N UREASE
C=O + H2O CO2 + 2 NH3
H2N
Trata-se de reao de primeira ordem, onde v=k1[uria], apesar da equao estequiomtrica
indicar a existncia de 2 reagentes. Esta reao pode ser acompanhada em tubo de ensaio nolaboratrio. As Tabelas 3 e 4 mostram resultados obtidos na prtica.
Tabela 3. Cintica da enzima urease.
Tubo no Tempo (minuto) NH3(moles)
1 0 0
2 2 0.084
3 4 0.168
4 6 0.252
5 8 0.336
6 10 0.420
Concentrao da uria: 5 mM; Concentrao da urease: 0,1 g/mL;
Volume de reao: 1 mL; Temperatura: 30o
C.
Os dados da Tabela 3 mostram que a velocidade da reao constante ao longo do tempo
estudado. J os dados da Tabela 4 mostram variaes relativamente complexas da velocidade
de reao em funo da concentrao da uria para um perodo de 10 minutos de reao.
Os dados da Tabela 4 permitem medir experimentalmente duas constantes importantes das
reaes enzimticas Vmax (velocidade mxima) e Km (constante de Michaelis) atravs da
equao v = Vmax[S] / (Km + [S]).
Tabela 4. Cintica da enzima urease.
Tubo n Uria (mM) Urease (g) NH3 (moles)
1 2,5 0,1 0,21
2 5,0 0,1 0,42
3 10 0,1 0,59
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4 15 0,1 0,67
5 25 0,1 0,73
6 50 0,1 0,78
7 100 0,1 0,79
8 200 0,1 0,78
9 200 - 0,00
Os significados de Vmax e Km so definidos no modelo de cintica enzimtica proposto por
Michaelis e Menten no incio do sculo passado onde ES um complexo enzima substrato
formado antes de converso do substrato em produtos.
A derivao da equao Michaelis Menten:
v = Vmax[S] / (Km + [S]) = kcat[Et][S] / (Km + [S])
apresentada na prxima pgina.
E + S ES E + Pkcatk1
k-1
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Frao de Etot na forma de ES =[S]/(Kdiss + [S])
Velocidadenaquela [S]
Velocidade mximaConcentraodo substrato
Kdiss aparente do
Complexo enzima-substrato
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5. Substncias que reduzem a atividade de uma enzima so chamadas inibidores. Em termos
gerais, inibidores podem atuar em vrias maneiras. Aqui vamos focalizar em inibidores que
ligam reversivelmente com a enzima com constantes de dissociao KI. Estes tipos de
inibidores podem atuar em duas maneiras diferentes: a) Eles podem competir com o substrato
para o mesmo stio de ligao na superfcie da enzima livre. Neste caso so chamados
inibidores competitivos ou b) Eles podem ligar em outro stio na enzima livre (E) e/ou nocomplexo enzima-substrato (ES). Estes inibidores so chamados inibidores mistos/no-
competitivos se podem ligar a E e ES e so chamados acompetitivos se ligam somente ao
complexo ES.
6. A presena de um inibidor competitivo se manifesta em uma mudana no valor do Km:
Km obs = Km(1+[I]/KI) = Km onde (1+[I]/KI)
7. A presena de um inibidor misto/no-competitivo se manifesta em uma mudana nos valores do
Km e no valor do Vmax:
Km obs = Km(1+[I]/KI)/(1+[I]/KI) = Km
Vmax obs = Vmax /8. A presena de um inibidor acompetitivo se manifesta em uma mudana nos valores do Km e no
valor do Vmax:
Km obs = Km / (1+[I]/KI) = Km
Vmaxobs = Vmax /
Exerccios 5
1) As velocidades de uma reao enzimtica foram determinadas para diversas concentraes de
substrato, conforme a tabela abaixo:
[S] (M) V (mol/L.min)
5 22
10 39
20 65
50 102
100 120
200 135
Os grficos de, respectivamente, V em funo de [S] e 1/V em funo de 1/[S] podem servir para
determinar Km e Vmax? Como?
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2) Numa reao enzimtica, o valor de Vmax, mas no o de Km diretamente proporcional
concentrao da enzima? Justifique.
3) A velocidade inicial de uma reao enzimtica em funo da concentrao do substrato S, na
ausncia e na presena dos inibidores A e B segue os dados da tabela abaixo:
VELOCIDADE (MOL/L X MIN)[S] (M)
SEM I Com Inibidor A Com Inibidor B
1,25 1,72 0,98 1,01
1,67 2,04 1,17 1,26
2,5 2,63 1,47 1,72
5,0 3,33 1,96 2,56
10,0 4,17 2,38 3,49
a) Qual a classe dos inibidores A e B?
b) Determine Vmax e Km na ausncia e presena dos inibidores.
4) Utilizando-se dos valores de Km e Vmax determinados nas questes 1 e 3, esquematize num
mesmo grfico, para as duas reaes, V em funo da concentrao de substrato, expressa em
mltiplos de Km. No eixo dos Y ajuste arbitrariamente as escalas para cada reao fazendo
coincidir os pontos de V = Vmax. Como so as curvas para duas reaes? Justifique o resultado.
5) O que so enzimas alostricas? Defina utilizando-se de grficos esquemticos de V em
funo de [S], compare uma enzima michaeliana (da questo 4) com uma enzima
alostrica positiva e com uma enzima alostrica negativa.
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MECANISMOS DE CATLISE ENZIMTICA
1. Catlise cido/base catlise por transferncia de protons. A catlise cida um
processo no qual a transferncia parcial de prtons de um cido para o estado de transio
diminui a energia livre do estado de transio de uma reao. A reao pode ser tambmestimulada por uma catlise bsica se a taxa de reao aumentar com a abstrao de um
prton por uma base. Algumas reaes podem ser sujeitas simultaneamente a ambos os
processos, caracterizando uma catlise cido-base. Em reaes catalisadas por enzimas os
cidos e bases catalisadores so grupos especficos ionizveis da enzima localizados no seu
stio ativo/stio cataltico. A mutarrotao da glicose (Figura 6) e a catlise da ribonuclease
pancretica bovina A (RNase A) (Figura 7) so exemplos de catlise cido-base.
Figura 6. Mutarrotao da glicose.
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Figura 7. Catlise da ribonuclease pancretica bovina A (RNase A).
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2. Catlise covalente envolve a acelerao da taxa de reao atravs da formao transiente
de uma ligao covalente substrato-catalisador. A descarboxilao do acetoacetato um
exemplo deste processo:
No primeiro estgio desta reao, a amina faz um ataque nucleoflico ao grupo carbonila do
acetoacetato formando uma base de Schiff (ligao imina).
O tomo de nitrognio protonado do intermedirio covalente atua como um receptor de eltrons
reduzindo assim o carter de alta energia do enolato. A catalise covalente possui estgios
nucleoflicos e eletroflicos. A catlise covalente pode ser dividida conceitualmente em trs
estgios:
1) A reao nucleoflica entre o catalisador e o substrato formando uma ligao
covalente.
2) A perda de eltrons do centro da reao pelo catalisador agora eletroflico.
3) A eliminao do catalisador que uma reao essencial para retornar ao estgio 1.
Exerccios 6
1) Examine a reao de hidrlise de RNA catalisada pela RNase A para verificar que se trata de um
mecanismo de catlise cido-base.
2) Faa o grfico da velocidade de uma reao enzimtica em funo do pH para uma enzima
estvel entre pHs 3 e 12, considerando que o substrato no possui grupos ionizveis e a
OH-
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atividade enzimtica exige no centro ativo uma carboxila (pKa = 5) desprotonada e um grupo
amino (pKa = 9) protonado.
3) Definir catlise eletrosttica. Procure um exemplo de uma enzima que utiliza esta estratgia.
4) Descrever o mecanismo empregado pelas serina proteases (tripsina, quimiotripsina, elastase, etc)para hidrolisar ligaes peptdicas. Descrever todas as etapas da reao. Quais tipos de catlise
so empregados em cada uma das etapas?
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CIDOS NUCLEICOS
Tendo em vista que no curso do prximo semestre, dedicado Biologia Molecular, neste modulo
daremos nfase nicamente aos aspectos estruturais de RNA e DNAs. Conforme j bem
estabelecido estes polmeros (polieletrlitos) so constitudos por um corrimo que consiste de
riboses e deoxiriboses grupo fosfato, e pendente `a estes encontram-se as bases pricas epirimidnicas. Nos RNAs estas bases so C, T, A e U j nos DNAs as bases so C, T, A e G.
1) A estrutura do DNA de dupla fita e do RNA fita simples.
2) Nucleosdeos so denominados os monmeros compostos de purinas ou pirimidinas aos
acares ribose e deoxiribose (deoxinucleosdeo).
3) Nucleotdeos (deoxinucleotdeos) so ster de fosfato de nucleosdeos (deoxinucleosdeos).
4) A fita de DNA em -hlice apresenta as denominadas cavernas (grooves) maior e menor. Stios
estes de ligao de molculas.
5) as bases constituem espcies de degraus, sendo as interaes entre T-A estabilizada por 2
pontes de H e C-G por trs pontes.
6) O teor de CG e AT determina a temperatura de fuso das cadeias ie a temperatura de separao
das cadeias. Esta temperatura acorre abruptamente.
7) O DNA encontra-se altamente enovelado no ncleo da clula.
8) O fenmeno de hipercromismoajuda detectar a temperatura de melting das cadeias e permite
fazer a hibridizao de cadeias.
9) Molculas de DNA so extremamente longas e frgeis. A simples sonicao leva fragmentao
em vrias sub-partculas.
Exerccios 7
1) Esboce as estruturas do DNA e do RNA.
2) Por que o DNA chamado cido DESOXIribonucleico e o RNA chamado somente ribonucleico?
3) Como deve ser a viscosidade de solues de DNA enovelado e aps a fuso?
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4) Qual deve ser o efeito de sais na questo 3?
5) Considerando seja um DNA linear ou circular como possvel enovelar o DNA em tal
dimenses?
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ACARES E POLISSACARDEOS: ESTRUTURA E FUNO
1. Os carboidratos so compostos que apresentam a frmula emprica (CH2O)n (n> ou = 3),
sendo funcionalmente poliidroxialdedos ou poliidroxicetonas. Os carboidratos mais simples
so os monossacardeos, que se apresentam na formas de aldoses ou cetoses, conforme ogrupo funcional carbonlico que possuem, isto , respectivamente, aldedo ou cetona. H
duas trioses: o gliceraldedo, uma aldotriose, e a diidroxiacetona, uma cetotriose (Figura 8).
O gliceraldedo apresenta um carbono (C2) assimtrico, dando origem a dois ismeros
opticos, as formas D e L (Figura 9). J a diidroxiacetona no possui C assimtrico e, por isso,
no mostra esse tipo de isomeria. Os outros monossacardeos podem ser derivados pelo
crescimento da cadeia destas duas trioses. A Figura 10 mostra a famlia D derivada do D-
gliceraldeido, cujas frmulas estruturais planares obedecem as regras de Fisher.
Figura 8. Gliceraldedo e diidroxiacetona. Figura 9: Carbono quiral ou
carbono assimtrico.
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Figura 10. Famlia D derivada do D-gliceraldedo.
Figura 11. Ciclizao da D-glicose.
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O aumento da cadeia do monossacardeo leva ao aparecimento de novos Cs assimtricos e,
portanto mais ismeros estruturais, tambm chamados estereoismeros. O nmero de
ismeros dado pela expresso 2n onde n o nmero de carbonos assimtricos. Por
exemplo, em aldoexoses h 4 Cs assimtricos, logo o nmero de ismeros 24 =16, sendo 8
da forma D e 8 da forma L. Mas, as estruturas lineares como representadas na Figura 10
tanto para pentoses como para hexoses so poucos estveis em soluo, formando
estruturas cclicas segundo a reao mostrada na Figura 11. Esta uma reao bem
conhecida da qumica orgnica, pela qual um lcool (OH) faz uma adio nucleoflica a
carbonila de um aldedo, formando um composto de condensao conhecido como
semiacetal. No caso do exemplo da Figura 11 a hexose a D-glicose e, como a figura
mostra, a ciclizao leva ao aparecimento de outra isomeria estrutural devido s duas
posies possveis do OH do C1 em relao ao plano do anel, gerando os ismeros e .
importante enfatizar que o OH do C1 no quimicamente equivalente aos demais OHs que
so alcolicos, sendo por isso chamado de OH glicosdico. A existncia do OH glicosdicopermite que todos os monossardeos sejam oxidados em condies brandas pelo reagente
de Fehling, uma reao de oxido-reao na qual os OHs alcolicos no participam.
Figura 12. Nomenclatura para estereoismeros.
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2. Conforme exemplificado na Figura 12 h uma nomenclatura especificamente designada para
distinguir pares de estereoismeros. Enantimeros possuem estruturas isomricas que so
uma imagem especular da outra, por exemplo, cada membro da famlia D de hexoses
mostrada na Figura 10 tem um, e, somente um, enantimero na famlia L. So epmeros
pares de estereoismeros que diferem apenas pela configurao de um C assimtrico. So
anmeros os dois ismeros resultantes da posio do OH glicosdico do C1 na estruturacclica da hexose. E, finalmente, so denominados diastereoismeros pares de ismeros que
no caem em nenhuma das categorias anteriores.
3. Ligao glicosdica: os monossacardeos podem se apresentar na forma de oligo ou
polissacardeos, onde os monmeros so ligados atravs de ligaes glicosdicas.
Oligossacardeos so formados por um pequeno nmero de monossacardeos, resultantes
da condensao de um OH glicosdico com um OH alcolico, como exemplificado abaixo
pela dimerizao de duas molculas de -glicose por ligao 1-4, originando o dissacardeo
maltose:
Caso a ligao glicosdica envolva a condensao dos dois OHs glicosdicos como o caso
da trealose, uma 1-1-diglicose, o dissacardeo no pode ser oxidado pelo reagente deFehling (dissacardeo no redutor). J a maltose, que possue um OH glicosdico livre um
dissacardeo redutor, sendo oxidado pelo reagente de Fehling.
4. Polissacardeos so polmeros constitudos de centenas ou milhares de resduos de
monossacardeos, geralmente glicose, formando cadeias lineares, como a celulose (1-4-
poliglicose), ou cadeias ramificadas, como o glicognio e o amido.
O glicognio altamente ramificado, as suas cadeias lineares so formadas por ligaes 1-
4-glicosdicas e suas ramificaes decorrem de ligaes 1-6-glicosdicas (Figura 13). O
glicognio apresenta uma nica extremidade redutora livre (C1 no resduo final na ltima
molcula de glicose da cadeia) e inmeras extremidades no redutoras. A partir das
extremidades no redutoras h acrscimo ou retirada de resduos do polmero. Portanto, as
molculas de glicognio no tm tamanhos definidos.
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Figura 13. Glicognio Poli (1-4) (1-6) glicose.
5. Ciclodextrinas so compostos derivados da unio de molculas de glicose por ligao 1-4,
gerando sistemas cclicos denominados em funo do nmero de unidades de glicose de , e CDs macrociclos estes que tem, 6, 7 e 8 unidades glicosdecas. Estes compostos so
produzidos por enzimas extra-celulares. Estes ciclos tem a cavidade interna relativamente
hidrofbicas e permitem a incluso de vrios compostos, na ordem estes so benzeno,
naftaleno e antraceno. Estes compostos tem grande aplicao em Farmcia e na indstria de
alimentos.
Exerccios 8
1) Desenhe o conjunto dos ismeros de D-aldoses de 6 C, atravs das frmulas de projeo de
Fisher. Quantos epmeros possue uma hexoaldose. Identifique todos os epmeros de D-glicose.
Existem pares enantiomricos na famlia D de monossacardeos. Explique.
2) Descreva o fenmeno da mutarrotao de D-glicose, incluindo as reaes qumicas pertinentes
com as respectivas frmulas estruturais dos reagentes. O que este fenmeno tem a ver com os
conceitos de C anomrico e anmeros.
3) Compare os dissacardeos maltose e sacarose, identificando a ligao glicosdica em cada caso.
Por que maltose redutora e sacarose no .
4) Analise a estrutura do glicognio. Procure destacar as vantagens e desvantagens da funo
deste polmero como composto de reserva energtica.
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5) Verifique as principais caractersticas dos polissacardeos estruturais, comparando celulose,
quitina e glicosaminoglicanos (estes tambm chamados mucopolissacardeos).
6) A poro de natureza sacardica de algumas glicoprotenas pode servir como stio de
reconhecimento celular. Para desempenhar esta funo, os oligossacardeos ou glicoprotenas
devem ter a capacidade de formar um grande nmero de diferentes estruturas. Qual dos doispode produzir uma maior variedade de estruturas: oligopeptdeos compostos de cinco resduos
de diferentes aminocidos ou oligossacardeos compostos de cinco resduos de diferentes
monossacardeos? Explique.
7) Frutose, o principal acar do mel, comumente usada como adoante de alimento. Este acar
na forma -D-piranose provavelmente a substncia mais doce conhecida. A forma -D-
furanose muito menos doce.
a) Quais so as estruturas da -D-frutopiranose e -D-frutofuranose?
b) A doura do mel diminui ao deix-lo em repouso e ao mesmo tempo aumentando a temperatura.
Explique.
8) Interconverso das formas de D-galactose. Uma soluo recm-preparada da forma de D-
galactose (1g/ml em um tubo polarimtrico de 1 dm) mostra uma rotao ptica de + 150,7o.
Quando deixada em repouso por um longo perodo de tempo a rotao decresce gradualmente
at atingir um valor de equilbrio igual a + 80,2o. Em contraste, uma soluo recm-preparada
(1g/ml) da forma mostra rotao tica de apenas +52,8o . Quando esta soluo deixada em
repouso por vrias horas a rotao aumenta at o valor de equilbrio igual a +80,2o
, valoridntico quele observado para a -D-galactose.
a) Escreva as frmulas de projeo de Haworth das formas e da D-galactose. Qual
caracterstica distingue as duas formas?
b) Por que a rotao de uma soluo recm-preparada da forma decresce gradualmente com o
tempo? Explique por que solues das formas e (de concentraes iguais) atingem o mesmo
valor de rotao ptica no equilbrio?
c) Calcule a composio percentual das duas formas de galactose no equilbrio.
9) Esquematize as , e CDs indicando o tamanho da cavidade e a forma de cone truncado.
Como voc acha que o processo de formao de complexos de incluso? Qual a cintica dos
mesmos?
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CIDOS GRAXOS, LPIDEOS & MEMBRANAS
1. Lpides ou lipdeos so substncias biolgicas solveis em solventes orgnicos, como
clorofrmio e metanol e, praticamente, insolveis em gua. Os lpides compreendem: a) cidos
graxos, em geral na forma de triacilglicerois; b) glicerofosfolpides; c) esfingolpides; d) colesterol
e derivados.2. cidos graxos so cidos carboxlicos com longas cadeias hidrocarbonadas, encontrados na
forma de tri-esteres de glicerol. A maioria possui um nmero par de C, predominando os de 16 C
(cido palmtico) e os de 18 C (cido olico). Grande parte apresenta dupla ligao (insaturado)
e muitos so poli-insaturados.
3. As propriedades fsicas dos cidos graxos dependem do grau de insaturao da cadeia
hidrocarbonada. As molculas dos cidos graxos saturados so muito flexveis, facilitando a
atrao e coeso entre si. Duplas ligaes entre C impe rigidez cadeia, tornando-a menos
flexvel e limitando a coesividade entre as molculas do cido graxo. Em conseqncia disso, a
temperatura de fuso (transio de fase slido/lquido) diminui com o grau de insaturao dos
cidos graxos.
4. Os triacilglicerdeos desempenham um papel de reserva de energia metablica. Algumas de
suas propriedades fsico-quimicas so ideais para essa funo: a) elevado grau de reduo de
seus C, maximizando a quantidade de energia livre liberada na oxidao e b) alta
hidrofobicidade, permitindo estocagem livre de gua (estoques anidros). No por acaso que os
triglicerdeos compem cerca de 90% da reserva de energia metablica e tambm da dieta
lipdica dos humanos.
5. A reserva de triacilglicerdeos do tecido adiposo mobilizada atravs da hidrlise a glicerol ecidos graxos livres, catalisada por lpase especfica. Os cidos graxos livres so carregados
pela corrente sangunea na forma de complexos com albumina, que representa 50% da protena
do plasma.
6. Molculas anfiflicas, como lipdeos com uma nica cauda hidrofbica, cidos graxos livres e
detergentes, quando em soluo aquosa e acima de um limiar de concentrao (concentrao
micelar crtica ou cmc) formam agregados globulares chamados micelas.
7. Por outro lado, lipdeos com duas caudas hidrofbicas, como glicerofosfolipdeos e
esfingolipdeos, tendem a formar bicamadas lipdicas, que so a base estrutural das membranas
biolgicas.
Micela Bicamada
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8. As membranas biolgicas so compostas por protenas associadas a uma matriz de bicamada
lipdica. As protenas que compe as membranas pertencem a duas categorias: a) integrais ou
intrnsecas e b) perifricas ou extrnsecas. Este arranjo estrutural foi originalmente proposto em
1972 por Singer e Nicholson como o modelo de mosaico fludo para as membranas biolgicas,
que foi plenamente confirmado por resultados experimentais estruturais e funcionais.
9. As membranas so barreiras hidrofbicas que oferecem grande resistncia passagem de
solutos hidroflicos, cuja permeao exige protenas transportadoras especficas, conforme
Modelo de mosaico fludo para membranas biolgicas
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esquematizado na figura abaixo. Desta maneira a membrana, atravs de transportadores
especficos, regula o transporte de metabolitos entre compartimentos celulares.
10. Um exemplo clssico de transporte a tomada de glicose pela hemcia mediada por um
transportador especfico, cuja velocidade depende da concentrao externa de glicose e
obedece a uma curva hiperblica de saturao j bem conhecida da cintica enzimtica,
sendo Kt anlogo a Km:
Esta forma de transporte conhecida como transporte passivamente mediado ou difuso
facilitada. Trata-se de um processo exergnico, pelo qual o soluto, no caso a glicose,
atravessa espontaneamente a membrana indo do compartimento de maior para o de menor
concentrao.
11. Existem 5 transportadores conhecidos que mediam a difuso facilitada de glicose em
humanos: GLUT1 a 5, cujos Kts so diferentes para atender as necessidades funcionais dos
tecidos nos quais so expressos. GLUT1 o transportador em hemcias, j GLUT2
expresso no fgado e clulas beta do pncreas, enquanto GLUT4 aparece no msculo
esqueltico, tecido adiposo etc.12. Mas, no epitlio do intestino a glicose obtida da dieta transportada para dentro da clula
contra a gradiente de concentrao, portanto atravs de um processo endergnico que exige
consumo de energia metablica para ocorrer e referido como transporte ativo. Neste caso o
transportador chamado simport, pelo qual a glicose transportada junto com Na+ e
termodinamicamente possvel porque existe um gradiente eletroqumico de Na+ de fora para
dentro da clula. H mltiplas formas de transporte ativo, das quais este exemplo da glicose
apenas uma delas. Grande parte da energia metablica consumida pelas clulas se deve
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manuteno da enorme diversidade de transportadores que promovem a transferncia de
metabolitos e ons contra gradientes de concentrao.
Exerccios 9
1) O que concentrao micelar crtica. Como varia tamanho e forma de micelas formadas por
anfiflicos de uma nica cauda hidrocarbonada? Explique.
2) Uma hiptese central na pesquisa de membranas que os lipdeos da membrana devem ser
fludos (em oposio a "congelados") a fim de que a membrana possa desempenhar suas
funes. O apoio para esta hiptese fornecido pela observao de que a composio de cido
graxo das membranas pode ser alterada pelas condies nas quais a bactria cresce. Por
exemplo, se a bactria est crescendo em temperatura menor que a normal, as quantidades
observadas de cidos graxos insaturados (relativas ao contedo de cido graxo saturado) estoacima do normal.
Contrariamente, se a bactria est crescendo em temperatura acima da normal, as quantidades
observadas de cidos graxos insaturados nos lipdeos da membrana (relativas aos cidos
graxos saturados) esto abaixo do normal.
a) Sugira razes para o fato de que o contedo lipdico na membrana bacteriana deve ser fluido
para que a membrana intacta opere apropriadamente.
b) Explique como a alterao observada nos nveis dos cidos graxos insaturados relativa aos nveis
dos cidos graxos saturados, em diferentes temperaturas de crescimento, apia a hiptese da
fluidez da membrana.
3) Fornea uma explicao termodinmica para o fato de que molculas de fosfolipdeo difundem
rapidamente no plano da bicamada, mas muito lentamente mudam de uma face oposta.
4) Descreva os mecanismos pelos quais detergentes extraem protenas integrais de membrana,
mantendo-as em soluo.
5) Explique porque soda funciona bem para desentupir pias entupidas com gordura animal.
6) Para saber se uma bactria tomava leucina e etileno glicol por transporte mediado ou no
mediado, foram feitas medidas de velocidade inicial de tomada em funo da concentrao de
ambas substncias, resultando na tabela fornecida abaixo. O que voc conclui do exame dessa
tabela? Explique e calcule Kt e Vmax se encontrar evidncias de transporte mediado.
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Componente Concentrao [M] Velocidade Inicial (unidades arbitrrias)
Leucina 1 x 10-6 110
2 x 10-6 220
5 x 10-6 480
1 x 10-5 830
3 x 10-5 17001 x 10-4 2600
5 x 10-4 3100
1 x 10-3 3200
Etileno glicol 1 x 10-3 1
5 x 10-3 5
0,01 10
0,05 50
0,1 100
0,5 500
1,0 1000
7) Clulas epiteliais de intestino de camundongo isoladas em cultura transportam L-leucina e D-
leucina mostrando Kt (mM) e Vmax, respectivamente iguais a: 0,24 e 420 para L-leucina e 4,7 e
310 para D-leucina, ambos em presena de Na+ no meio de cultura. Mas na ausncia de Na+ , L-
leucina mostra 0,24 e 23 enquanto D-leucina mostra 4,7 e 5 para Kt (mM) e Vmax,
respectivamente. Classifique esse transportador de leucina quanto ao tipo e mecanismos de
ao. Que efeitos voc esperaria se nesse meio de cultura fosse colocada valinomicina (ionforo
de Na+)? E se fosse dissolvida ouabana (inibidor da ATPase Na+/K+) no meio de cultura?
Explique.
8) O pH e a absoro de drogas. A droga aspirina, intensamente receitada, um cido fraco com
um pKa de 3,5. A aspirina absorvida para o sangue atravs das clulas de revestimento do
estmago e do intestino delgado. Para uma substncia ser absorvida ela deve atravessar
facilmente a membrana celular. A passagem atravs da membrana celular determinada pela
polaridade da molcula: molculas inicas (carregadas) e molculas altamente polares passam
lentamente, enquanto aquelas neutras e hidrofbicas passam rapidamente. Como o pH do sucogstrico cerca de 1 e o pH no intestino delgado, cerca de 6, pergunta-se:
a) Escreva por frmulas estruturais a ionizao reversvel da aspirina.
b) Onde a aspirina mais absorvida para a corrente sangunea, no estmago ou no intestino
delgado? Justifique claramente a sua escolha.
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COLESTEROL E LIPOPROTENAS
1. O colesterol do organismo humano pode ser obtido atravs da dieta ou por sntese
endgena. Os principais rgos responsveis pela produo de colesterol so o fgado e o
intestino, que produzem em torno de 25 % do colesterol endgeno.
2. A sntese de colesterol ocorre no citoplasma das clulas, sendo a acetil-CoA a precursora de
todos os tomos de carbono presentes na molcula e o agente redutor, NADPH. A via
composta por vrias reaes em que a acetil-CoA forma unidades de cinco carbonos, com
estrutura similar do isopreno, que se polimerizam em um intermedirio linear que, aps,
ciclizao, origina o colesterol.
3. A sntese inicia-se com a condensao de duas molculas de acetil-CoA, produzindo
acetoacetil-CoA; esta condensa-se com outra molcula de acetil-CoA, produzindo 3-hidrxi-
3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). As enzimas que catalisam estas reaes so,
respectivamente, tiolasee hidroximetilglutaril-CoAsintase. A HMG-CoA a seguir reduzidaa mevalonato, custa de 2 NADPH, numa reao catalisada pela HMG-CoA redutase, uma
enzima ligada ao retculo endoplasmtico. Esta a reao limitante da sntese do colesterol,
sendo controlada por vrios fatores.
4. O mevalonato sofre duas fosforilaes, que consomem 3 ATP, e uma descarboxilao,
originando a unidade isoprenide, o isopentenil-pirofosfato
5. Um total de 6 molculas de isopentenil-pirofosfato so consumidas para formar esqualeno, o
ltimo intermedirio linear da via. A sntese de esqualeno processa-se atravs de reaes de
isomerizao, condensao, reduo por NADPH e eliminao de pirofosfato.
6. A etapa final consiste na ciclizao do esqualeno, incluindo consumo de O2 e NADPH,remoo de grupos metila e migrao de ligaes duplas, que levam, finalmente, produo
de colesterol.
7. O colesterol, alm de ser um importante componente das membranas biolgicas, precursor
dos cidos biliares, hormnios esterides e vitamina D.
8. As lipoprotenas so responsveis pelo transporte de lipdeos no nosso organismo.
Consistem de uma poro protica mais externa e uma poro no-protica (nesse caso,
lipdica) mais interna. O cerne lipdico composto por lipdeos mais apolares (triglicerdeos e
steres de colesterol) e/ou mais polares (fosfolipdeos e colesterol livre). So classificadas de
acordo com sua densidade (quanto maior o cerne lipdico, menor a densidade). Em ordem
crescente de densidade, temos:
Quilomcrons: realizam o transporte preferencial de triglicerdeos (85 %) do intestino
para o fgado e tecidos extra-hepticos (tecidos adiposo, cardaco e
musculoesqueltico).
VLDL (Lipoprotena de densidade muito baixa): transporta triglicerdeos (50 %)
endgenos do fgado para tecidos extra-hepticos.
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IDL (Lipoprotena de densidade intermediria): responsvel pelo transporte de
colesterol e steres de colesterol para tecidos extra-hepticos, sendo metade captada
pelo fgado e a outra, convertida em LDL.
LDL (Lipoprotena de densidade baixa): realiza o transporte de colesterol (8 %) e
steres de colesterol (37 %) para tecidos perifricos e est envolvida na regulao da
sntese de colesterol. HDL (Lipoprotena de densidade alta): faz o transporte reverso do colesterol, isto ,
dos tecidos extra-hepticos para o fgado, e para tecidos que o utilizam como
precursor biossinttico.
9. Conforme mencionado, a regulao da sntese do colesterol incide principalmente sobre a
reao catalisada pela HMG-CoA redutase, atravs de alteraes na atividade e
concentrao da enzima. Sua atividade controlada por fosforilao/desfosforilao: a forma
desfosforilada ativa e a fosforilada, inativa. Isto quer dizer que a adrenalina e o glucagon
inibem a enzima, enquanto a insulina a estimula. A concentrao da HMG-CoA redutase
regulada por variao da expresso gnica e da velocidade de degradao da enzima. O
colesterol e o mevalonato inibem a sntese e a traduo do RNAm da HMG-CoA redutase e
aumentam a velocidade de degradao da enzima.
10. A sntese de receptores de LDL tambm inibida por nveis elevados de colesterol
intracelular. As LDL penetram nas clulas por endocitose adsortiva, que se inicia pela ligao
da lipoprotena ao seu receptor presente na membrana plasmtica. Sendo assim, uma
diminuio do nmero de receptores de LDL propicia uma reduo no aporte de colesterol
para as clulas. A conseqncia da menor incorporao celular de LDL-colesterol oaumento da sua concentrao no plasma.
Exerccios 10
1. Qual a principal forma de excreo do colesterol? Que importante papel fisiolgico tem a
excreo do colesterol? Explique quimicamente.
2. Quais so os principais grupos de hormnios esterides? Onde so sintetizados e quais so
seus papis fisiolgicos? Esquematize a sntese de tais hormnios a partir do colesterol.
3. Quais so as conseqncias de uma doena hereditria caracterizada pela ausncia de
receptores de LDL? Explique.
4. Por que comum referir-se ao LDL-colesterol e HDL-colesterol como colesterol mau e
bom, respectivamente?
5. Por que uma dieta com restrio em colesterol, no suficiente para reduzir seus nveis
plasmticos?
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6. Uma das terapias medicamentosas utilizadas para a normalizao do colesterol plasmtico
o uso de resinas, como a colestiramina. Explique o processo fisiolgico sobre o qual tal
interveno atua e de que forma essas resinas funcionam.
7. As estatinas (sinvastatina, lovastatina, pravastatina, atorvastatina, etc.) so medicamentos
utilizados para reduzir os nveis plasmticos de colesterol. Baseados na estrutura qumica de
tais compostos, explique seu mecanismo de ao.8. Por que indivduos diabticos possuem maior predisposio para nveis elevados de
colesterol? Justifique bioquimicamente.
9. Que so Sais Biliares e quais as funes dos mesmos? Quais os pigmentos que
conferem a colorao s fezes?
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BIOENERGTICA, TERMODINMICA e ATP
1. A variao de energia livre padro diretamente relacionada constante de equilbrio:
Go = -2.3RT log Keq
2. A composio de um sistema de reao (uma mistura de reagentes e produtos) tende a umavariao contnua at que o equilbrio alcanado. No equilbrio, as taxas de reao para um
lado e para outro so exatamente iguais. As concentraes de reagentes e produtos no
equilbrio definem a constante de equilbrio. Na reao:
A + B C + D , a constante de equilbrio dada por:
Keq = [C][D] / [A][B]
3. Quando um sistema no est em equilbrio, ele tende ao equilbrio, e a magnitude desta
tendncia pode ser medida como a variao de energia livre da reao, G. A energia livre de
Gibbs (G), uma propriedade termodinmica, definida pela equao: G = H TS, onde H, T e S
so respectivamente entalpia, temperatura absoluta e entropia, todas tambm propriedades
termodinmicas.
4. Numa transio de estado a temperatura (T) e presso constantes (condies comuns s
reaes bioqumicas) a variao de G (G) : G = H - TS.
Se se trata de uma reao bioqumica, H o calor de reao. Quando H positivo a reao
endotrmica, se H for negativo a reao exotrmica. Nestas condies, a espontaneidade da
reao definida pelo valor de G: se G negativo, a reao espontnea, sendo
denominada exergnica. Se, ao contrrio, G for positivo, a reao no ocorre
espontaneamente e denominada endergnica. Portanto, a reao ocorre no sentido em que aenergia livre total diminui.
4. No equilbrio, G = 0. Logo, possvel demonstrar a validade das seguintes igualdades:
G = G + 2,3 RT logB/A B/A = K G = - 2,3 RT logK
5. Em condies padro, 25C (298K), com concentraes de reagentes e produtos iguais a 1M,
pH = 0, a variao de energia livre considerada padro, ou G. Entretanto, a maioria das
reaes bioqumicas ocorrem em pH 7,0, para as quais utiliza-se G.
6. A Figura 4 mostra esquematicamente como varia G com o desenvolvimento da reao, indicado
no eixo das abcissas como coordenada de reao
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Figura 4. Variao de energia livre (G) no decorrer de uma reao genrica.
Para que a reao ocorra, necessariamente tem-se Gfinal < Ginicial, isto , G negativo. Um ponto
importante a ser destacado que o valor de G permite prever se a reao pode ocorrer, mas
no a velocidade com que a reao atinge o equilbrio. A velocidade de reao depende da
energia livre do Estado de Transio que maior que do que o dos reagentes no Estado Inicial,
isto , G* positivo. Quanto maior o valor de G*, menor ser a velocidade de reao.
8. Na reao genrica A B a velocidade (v) proporcional a [A], isto , v1=k1[A]. A velocidade dareao inversa ser, consequentemente, v-1=k-1[B]. k1 e k-1 so constantes de velocidade e
reaes como AB e BA so ditas de primeira ordem, porque as suas respectivas
velocidades dependem de concentrao molar de um nico reagente elevado potncia 1. As
constantes de velocidade k1 e k-1 so diferentes da constante de equilbrio da reao, K=[B]/[A].
No estado de equilbrio, por definio, v1=v-1 e, portanto, formalmente, K=k1/k-1. As reaes
representadas pelas equaes seguintes: 2AB e A+BC so de segunda ordem, cujas
velocidades so, respectivamente, v=kA[A]2 e v=kAB[A][B]. Notar que a ordem da reao no
coincide necessariamente com a estequiometria da equao qumica.
9. As quinases formam uma classe muito importante e abundante de enzimas, que se caracterizam
por catalisar a transferncia de um grupo fosfato de alta energia para uma outra substncia
receptora.
10. So chamados compostos de alta energia substncias orgnicas com o grupo fosfato em
ligaes anidrido ou fosfoenol, cuja hidrlise libera fostato inorgnico (Pi) com um G0 negativo
e em valor absoluto superior a 8kcal/mol. Outros compostos fosforilados com o fosfato em
ligaes ester ou tioester tambm mostram um G0 de hidrlise negativo, mas de valor absoluto
EnergiaLivre(G)
Coordenada de Reao
Estado Inicial (S)
Estado Final (P)
Estado de Transio
G'
G*
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Tabela 2. Compostos fosforilados.
R
C
CH2
Fosfoenol
+ H2OOP
R
C
CH3
O + Pi Go' = - 13.000 cal/mol
Anidrido fosfrico
cetona cido
R
C O P
O
+ H2O
R
C O + Pi
cido
O
cido
Go' = - 8.000 cal/mol
O PR + H2O + Pi
cido
Go' = - 3.000 cal/mol
ster fosfrico
OR H
lcool
R S CoA
O
C
Tioster
+ H2O +
cido
Go' = - 3.000 cal/molOHR
O
C HS-CoA
tiolcool
ATP ADP
ADP
AMP
+ H2O + Pi
cido
Go' = - 8.000 cal/mol
cido
AMP+H
2O
+ Picido
Go'= - 8.000 cal/mol
cido
A OH+ H2O + Picido
Go' = - 3.500 cal/mollcool
Adenosina trifosfato
Adenosina difosfato
Adenosina monofosfato(Adenosina)
Pi = fosfato inorgnico = HPO42-
= PO32-P
Na clula:
[ATP] +[ADP]+ [AMP] = constante(pH=7,4)
H
11. No metabolismo muito importante a transferncia de fosfatos de um composto fosforilado de
alta energia para outro. Uma das reaes chave deste tipo :
fosfoenolpiruvato + ADP ATP + piruvato
G0=-5kcal/mol
Como esta reao no ocorre sem catlise, seu controle pela clula feito atravs de uma
enzima quinase especfica.
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12. Alm das quinases que catalisam a transferncia de grupo fosfato do ATP para metablitos,
existem as quinases que tem transferem grupos fosfato entre protenas. Essas enzimas so
genericamente referidas como quinases de protena ou, simplesmente, protena-quinases.
H alguns milhares de protena-quinases diferentes em um organismo, que catalisam a
transferncia de fosfato de ATP para o grupo OH da cadeia lateral de resduos especficos de
serina e treonina formando um ster de fosfato. As reaes deste tipo so genericamentechamadas de fosforilaes e so modificaes covalentes que causam mudana de
conformao das protenas, alterando sua atividade biolgica. Por exemplo, um grande nmero
de enzimas so fosforiladas para sofrer uma transio do estado inativo ao ativo ou vice-versa.
Mais raramente as protenas so fosforiladas no grupo enlico de resduos de tirosina.
Exerccios 11
1) Defina reaes exotrmicas e endotrmicas. Qual a relao entre estes conceitos e a funo
termodinmica entalpia?
2) Defina reaes exergnicas e endergnicas. Qual a relao destes conceitos com G0.
3) G0 caracterstico de cada reao (desde que a temperatura seja constante) e no varia
com as concentraes de reagentes e produtos no equilbrio. G, por outro lado, no
caracterstico da reao, podendo assumir qualquer valor em funo das concentraes
iniciais de reagentes e produtos (quociente Q na expresso de G). Mostre por que estas
afirmaes so verdadeiras discutindo a expresso que relaciona G0 e G.
4) Na reao genrica AB Keq=103. Qual o valor de G0? No ponto de equilbrio as
concentraes molares de A e B podem variar? Como varia G com as concentraes
molares iniciais de A e B?
5) Ainda para a reao AB (questo 4) proponha uma condio na qual a reao inversa seja
espontnea. Mostre que a sua proposta possvel calculando o respectivo G. Esta questo
possui mltiplas respostas ou apenas uma resposta nica?
6) Para a reao AB (questo 4), se a constante de velocidade de primeira ordem, k1 for igual
a 10, qual deve ser o valor da constante k-1 para a reao inversa? Para um mesmo K,
constante de equilbrio, pode haver mltiplos valores de k1 e k-1 ? Qual a interpretao
termodinmica para a sua resposta?
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7) Considerando a equao G0 = -2,3 RT log K, sendo: R = 1,98 x 10-3 kcal/mol K; T = 298K e
2,3 RT = 1,36 kcal/mol. Calcule os valores de G0 quando K varia de 105 a 10-5. Faa uma
tabela.
8) Porque a hidrlise de ATP necessita catlise enzimtica, sendo este um composto rico em
energia? Utilize-se do grfico esquemtico de variao de G (energia livre) em funo decoordenada de reao para responder a esta questo, definindo estado de transio e
energia de ativao.
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METABOLISMO GERAL ESTRATEGIAS
1. Os sistemas vivos para se manterem na condio de baixa entropia (alta organizao) e
ainda fora do equilbrio termodinmico necessitam retirar energia e poder redutor do
meio ambiente. Lembre-se que as molculas sintetizadas pelo organismo via de regra
esto no estado reduzido, como acares e lipdios. Lembre-se tambm que os
organismos autotrficos procedem sntese de Glicose a partir de CO2, H2O e energia na
forma de Luz (h). Este processo inclui a reduo do C (CO2) (Nox=4) para CH2O (hidrato
de Carbono) (Nox= 0).
2. Do ponto de vista metablico dois processos ocorrem. Queima de compostos para
obteno de energia e poder redutor = Catabolismo. Uso das energias (ATP) e poder
redutor para Snteses de macromolculas, movimentos, transportes contra gradientes etc.
Processos estes uphill.3. A manuteno dos processos metablicos e do fluxo de materiais controlada por
meticuloso sistema enzimtico que permite o controle metablico seja em direo ao
catabolismo, seja em direo ao anabolismo. Este fino controle exercido em funo da
condio metablica, no qual vias so bloqueadas e outras so ativadas.
4. Reaes uphill podem ser tranformadas em downhill pelo acoplamento de reao
favorvel, em geral pela hidrlise de ATP, seja para ADP e Pi seja para AMP e PPi
(pirofosfato). Este PPi pode ser ainda hidrolizado duas de Pi e isto auxilia em deslocar o
equilbrio no sentido de produtos.5. Como os produtos de reaes pouco favorveis so retirados para outras vias, isto pode
levar a reao complexo.
6. O ATP considerado a moeda corrente de Energia Livre. O ATP esta sempre sendo
formado e consumido. O ATP no depsito de energia. Depsitos de energia so
Lipdios, Glicognio, Creatina-Pi (msculo).
7. O creatina-Pi reserva de ~Pi no msculo.
8. NADH e FADH2 so os principais carreadores de eltrons nas oxidaes biolgicas. O
NADPH a maior fonte de eltrons para as redues biossintticas. Note que o grupo Pi a nica diferena entre o NAD e o NADP, o quem permite o reconhecimento por
enzimas.
9. A Coenzima-A o carreador de grupos acila.
10. Abaixo se encontram figuras do catabolismo e anabolismo
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Catabolismo
Anabolismo
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Estratgia Metablica
1)Alvos: Produzir ATP, gerar poder Redutor, obter blocos para Snteses.
2)Funes do ATP : Fonte de Energia para Msculo
Transporte Ativo
Amplificao de Sinais (checar AMPc)
Biossntese
3)Hidrlise de ATP muda equilbrio acoplado por um fator de 108!!
4)Sntese de ATP glicose 2 ATP (vantagem a rapidez)
Ac. Graxos 30/32 ATPs (cido palmtico)
5)Via das Pentoses NADPH (biossnteses)
6)Blocos DHP glicerol TAGs
PEP aas aromticos
Acetil-CoA unidades de 2CSuccinil-CoA porfirinas
Pentose Ribose 5 Pi
7)Degradao Sntese, porm em geral exergnicos graas ao ATP.
8)Atividade Enzimtica Chave para Sucesso
9) Controle do Metabolismo em geral no Passo Irreversvel
Transforma processos de msegundos para Segundos
10)Modificao Covalente
11)Nvel de Enzimas (controle da transcrio). Sntese vs. Degradao Hormnios
12)Compartimentalizao de Processos. Ex. mitocndria, fluxo de metablitos.
Exerccios 12
1) Qual o valor do G0 para hidrlise do ATP? E do PPi?
2) Escreva a forma do ATP e esquematize quais grupos podem ser denominados ~Pi?
3) Por que o ATP rico em energia livre? Qual as formas do ATP no pH fisiolgico? Por queo ATP em geral esta acompanhado do on Mg2+?
4) Qual o fator que a hidrlise de ATP desloca equilbrios?
5) Mostre as estruturas do NAD, do FAD e do NADP oxidados e reduzidos. Saliente quais
grupos das molculas so oxidados e reduzidos.
6) Como a estrutura da Co-Enzima A?
7) Quais as vitaminas presentes no NAD, FAD e CoA.
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8) O que significa Carga Energtica e Potencial de fosforilao?
9) Discuta os 12 tens apresentado no tema acima Estratgia Metablica.
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GLICLISE
1. A gliclise a principal via catablica da glicose compreendendo as 10 reaes enzimaticamente
catalisadas que so mostradas na figura abaixo e cuja estequiometria total pode ser observada
na equao qumica seguinte:
Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+
A gliclise, como todas as vias catablicas, exergnica e a equao acima corresponde a
Go = -43,4 kJ/mol. Mas o dado da variao de energia livre mais interessante em termos de
G, cujo valor exato depende de cada clula especfica, por exemplo, em msculo cardaco
estima-se que seja igual a 74,0 kJ/mol.
2. A finalidade da gliclise obteno de energia, como a equao estequiomtrica indica, cada
molcula de glicose degradada a duas de piruvato e parte da energia livre liberada nesta
degradao retida nos produtos na forma de 2 NADH e 2 ATP.
3. A reao que permite a obteno de NADH a nica de oxido-reduo da gliclise, pela qualgliceraldedo-3-P oxidado a glicerato-1,3-bisP, atravs da ao oxidante de NAD+ catalisada
pela enzima gliceraldedo desidrogenase. A manuteno da capacidade oxidante da gliclise
exige que NADH seja re-oxidada a NAD+ , uma alternativa para isso apresentada na figura,
atravs da reao pela qual NADH reduz piruvato a lactato, recuperando NAD+. Esta alternativa
ocorre no msculo esqueltico com baixos nveis de O2.
4. J ATP produzido em duas reaes distintas pelas quais um radical fosforil transferido de,
respectivamente, glicerato-1,3-P e P-enolpiruvato para ADP, em transferncias catalisadas por
glicerato-1,3-P-quinase e P-enolpiruvato-quinase. Esta maneira de fosforilao de ADP conhecida como fosforilao a nvel do substrato, para distingui-la da fosforilao oxidativa da
mitocndria que ser vista mais adiante.
5. Na gliclise, h 3 reaes de fosforilao irreversveis catalisadas, respectivamente, pela
hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato-quinase, que funcionam como marca-passos da via,
cuja regulao se d por um elaborado sistema de controle alostrico das enzimas.
6. Diversas outras hexoses, como frutose, galactose e manose, tambm so metabolisadas pela via
glicoltica.
7. A gliclise em condies anaerbicas tem energtica e funes variadas, conforme o organismo.
Cabe fazer dois destaques importantes.
8. Em vertebrados, encontram-se msculos esquelticos muito pobres em mitocndria, que so
especializados para produzir ATP a partir de gliclise anaerbica, cuja energtica obedece a
seguinte reao geral: Glicose 2Lactato + 2H+ ; Go = -196kJ/mol. Mas, parte dessa energia
livre liberada que seria dissipada (61kJ/mol) retida na forma de 2ATP produzidos por mol de
glicose degradada. Deve-se ainda enfatizar que o lactato no descartado, pois vai ser
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aproveitado no fgado, aonde reoxidado a piruvato, alternativa metablica importante a ser
examinada mais frente.
9. Leveduras mostram um exemplo de gliclise anaerbica na forma da fermentao alcolica,
segundo a reao geral: Glicose 2Etanol + CO 2; Go = -235kJ/mol. Aqui tambm parte da
energia livre, +61kJ/mol, mantida com a produo de 2ATP. A parte final da fermentao
alcolica compreende duas reaes: a primeira envolve a descarboxilao de piruvato eliberao de acetaldedo, catalisada pela enzima piruvato-carboxilase, que no existe em
animais. Na segunda reao a desidrogenase alcolica catalisa a reduo do acetaldedo por
NADH.
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O
OH
OH
OHHO
ATP
ADP
O
OH
OH
OHHO
ATP
ADP
OP -O-CH2 CH2O- P
OH
HO
H2C-O- P
C=O
H2C-OH
HC=O
HC-OH
H2C-O- P
HOCH2
P -OCH2
O=C-O- P
HC-OH
H2C-O- P
NAD+
NADH
Pi
O=C-O-
HC-OH
H2C-O- P
COO-
HC-O- P
H2C-OH
H2O
COO-
C-O- P
CH2
ATP
ADP
COO-
C=O
CH3
COO-
HC-OH
CH3NAD+ NADH
OP -O-CH2 CH2OH
OH
HO
HO
ATP
ADP
NAD+
NADH
Pi
ATP
ADP
Glicose
Glicose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
ATP
ADP
Frutose 1,6 bisfosfato
Diidroxiacetona
fosfatoGliceraldedo
3-fosfato
1,3 Bisfosfoglicerato
3-Fosfoglicerato
2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
PiruvatoLactato
GLICLISE
HO
NAD+ NADH
ADP
ATP
ADP
ATP
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Exerccios 13
1) Classifique as reaes da gliclise, destacando as que so de xido-reduo.
2) Equacione a reao de oxidao de gliceraldedo-3-fosfato, destacando o oxidante e o redutor.
3) Na reao do item 2) parte da energia utilizada para produzir ATP. Mostre como isso possvel,
equacionando as etapas relevantes da reao. Defina fosforilao ao nvel do substrato.
4) Equacione a reao lquida da transformao de glicose em piruvato. Como regenerada a
capacidade oxidante do sistema NAD+/NADH necessria atividade glicoltica nos glbulos
vermelhos humanos (que no tm mitocndria) e na cultura de levedo sem O2 (fermentao).
5) Examine uma tabela com as 10 reaes da via glicoltica que contenha, respectivamente, o G0
e o G das reaes. Quais so as reaes irreversveis da gliclise?
6) Porque os valores de G0 e de G da mesma reao podem ser diferentes? Para decidir se a via
glicoltica numa determinada clula reversvel ou irreversvel, que valor mais relevante, G0
ou G?
7) Uma pessoa incapaz de executar exerccios fsicos intensos e prolongados teve suas enzimas
analisadas. Todas as enzimas da via glicoltica estavam em concentrao normal, com excesso
da fosfoglicerato mutase muscular.
a) Como ser afetada a produo de energia metablica em uma clula que apresenta baixos nveis
desta enzima?
b) Como ser afetada a produo de Lactato na ausncia desta enzima? [Referncia: Di Mauro, S.;
Miranda, A.F.; Kahn, S.e Gitlin, K. - Human muscle phosphoglycerate mutase deficiency Science
1981, vol. 212, 1277-1279.
8) Calcular a porcentagem de energia armazenada pela clula ao degradar glicose pela via
glicoltica. Sabe-se que:
Glicose 2 lactato Go' = - 47.000 cal/mol
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CICLO DE KREBS
1. Em condies aerbicas, o destino do piruvato produzido na gliclise sofrer uma
descarboxilao oxidativa catalisada pela piruvato desidrogenase, que um complexo
multienzimtico existente no interior da mitocndria de eucariotos. Portanto, o piruvato precisaentrar na mitocndria para ser degradado por essa via. A reao geral a seguinte:
Piruvato + CoA + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2
2. O acetilCoA resultante da metabolizao do piruvato totalmente oxidado no ciclo do cido
ctrico, tambm chamado ciclo de Krebs, conforme a seguinte reao geral:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 H+
O ciclo de Krebs, esquematizado na figura, compreende 8 reaes, envolvendo 8 enzimas e 8
cidos carboxlicos, di e tri-cidos, todos dispersos na matriz da mitocondria. Portanto,
comeando no piruvato e passando pelo acetilCoA, ocorre oxidao completa desses metabolitos
liberando 3CO2 sem participao de O2 molecular. Os agentes oxidantes em todas as reaes
so NAD+ ou FAD e as formas reduzidas destas co-enzimas (NADH + FADH2 ), resultantes do
processo, s so reoxidadas na cadeia respiratria, uma via especializada que se localiza na
membrana mitocondrial interna e ser considerada mais adiante.
3. O ciclo de Krebs, conforme sua reao geral indica, essencialmente catablico, pois promove
a oxidao do radical acetil a 2CO2 e retm parte da energia livre desta reao na forma de
coenzimas reduzidos que, posteriormente, serviro produo de ATP atravs da fosforilao
oxidativa. Para cumprir esta funo basta que os 8 intermedirios do ciclo ocorram em
concentraes catalticas. Mas, o ciclo possui outra funo, alm da catablica, diversos de seusintermedirios alimentam as vias de sntese de aminocidos, lipdeos e glicose, isto , o ciclo
tem tambm funo anablica e, portanto, deve ser classificado como anfiblico. Para que o
ciclo desempenhe concomitantemente ambas as funes, catablica e anablica, as
concentraes dos intermedirios so mantidas e controladas atravs de um complexo sistema
de reaes auxiliares, conhecidas como reaes anaplerticas. Um exemplo de reao
anaplertica a carboxilao de piruvato para obter oxalacetato, catalisada pela enzima piruvato
carboxilase.
4. A transformao de piruvato em acetil-CoA, uma reao para a qual convergem diversas vias
catablicas e anablicas, alm da gliclise. Por esse motivo a piruvato desidrogenase est
sujeita a um controle altamente elaborado, compreendendo dois nveis de regulao: a) controle
alostrico atravs da inibio pelo produto, exercido por NADH e acetil-CoA; b) modificao
covalente reversvel da subunidade E1 da enzima, por fosforilao/desfosforilao.
5. As enzimas citrato sintase, isocitrato desidrogenase e -cetoglutarato desidrogenase so as
reguladoras do fluxo metablico atravs do ciclo de Krebs e esto sujeitas a controle alostrico,
envolvendo NADH como inibidor e Ca+ e ADP como ativadores.
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4) Equacione a descarboxilao oxidativa de -cetoglutarato a succinato, respeitando a
estequiometria da reao. Mostre as etapas que compem esta reao com as respectivas
enzimas e coenzimas.
5) Quais so as enzimas do ciclo de Krebs sujeitas a regulao? Explique como cada uma delas
regulada.
6) Explique porque piruvato estequiometricamente convertido a CO2 na respirao de fatias de
msculo mantidas em soluo fisiolgica, enquanto oxalacetato e citrato tem efeito cataltico
neste mesmo processo. Mostre porque a respirao pode ser sustentada pelo consumo
estequiomtrico de citrato, mas no de acetato, quando o ciclo de Krebs inibido por malonato.
7) Dispondo das enzimas necessrias, a adio de que compostos far aumentar a concentrao de
oxaloacetato em um sistema in vitro que contm mitocndrias: acetil-CoA, piruvato, glutamato,
citrato ou cidos graxos?
8) Uma suspenso de mitocndrias, suplementada com acetil-CoA marcada com C14, produz CO2
marcado apenas quando suprida de oxignio. Em condies anaerbias, a adio de azul de
metileno restaura a produo de CO2 marcado, observando-se tambm a descolorao do corante
(azul de metileno reduzido incolor). Explique estes dados.
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CADEIA RESPIRATRIA E FOSFORILAO OXIDATIVA
1. Fosforilao oxidativa o processo bioqumico pelo qual a oxidao de NADH e FADH2 ,
produzidos na gliclise e ciclo de Krebs, ocorre acoplada produo de ATP, a partir de ADP +
Pi. Este processo se d na cadeia respiratria ou cadeia de transporte de eltrons, quecompreende um conjunto ordenado de enzimas e transportadores de eltrons inseridos na
membrana interna da mitocndria.
2. A cadeia respiratria contem 4 complexos, I,II, III e IV, ordenados por ordem crescente de
potencial redox, indo do potencial padro de NAD+/NADH (E0= -0,315V) ao do O2/H2O (E0=
+0,815V). Os eltrons so transferidos do complexo I ou II para o complexo III pela coenzima
Q (ou ubiquinona), e do complexo III para o complexo IV pelo citocromo C para chegar ao O2.
NADH e FADH2 , cedem eltrons, respectivamente, aos complexo I e II. A transferncia
exergnica de eltrons do nvel redox de NADH para o de O2 (E0= 1,130V) envolve uma
diferena de energia livre liberada (G0= -218kJ/mol) que em parte retida pelo transporte de H+
do lado interno para o externo da membrana, criando o gradiente eletroqumico de prtons que
permitir empurrar o processo endergnico de fosforilao de ADP por Pi para gerar ATP,
atravs da bomba de prtons que constitui a ATP sintase (tambm conhecida com F1F0-
ATPase).
Complexo I Complexo III Complexo IV
EspaoIntermembranar
MatrixMitocondrial
NADH + H+
2 H+
NAD+
Q
4 H+
Cit C
2 H+
1/2 O2 + 2H+H2O
Complexo II
FADH2
3. A ATP sintase distinta e fisicamente separada da cadeia de transporte de eltrons. A
transferncia de 2e de NADH at O2 envolve um G0= -218kJ/mol, que gera um incremento no
gradiente de prtons suficiente para mover a ATP sintase, permitindo a produo de 3 moles de
ATP (G0= +30,5kJ/mol). Nestas condies, a ATP sintase trabalha com uma eficincia
termodinmica igual a 42%. , no entanto, necessrio destacar que quando os 2e saem do nvel
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redox de FADH2 , formam-se apenas 2ATP. Naturalmente, para uma melhor medida da real
eficincia termodinmica da fosforilao oxidativa seria preciso estimar o G da transferncia de
eltrons em vez do G0.
4. A grande quantidade de energia livre que seria dissipada na oxidao completa da glicose a CO2
e H2O [C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O; G0= -2823 kJ/mol] aproveitada para produo de
ATP, graas quase exclusivamente ao processo de fosforilao oxidativa, rendendo 38ATP pormol de glicose (incluindo neste total 2ATP da gliclise e 2 do ciclo de Krebs).
5. Vrios mecanismos da cadeia de transporte de eltrons e de seu acoplamento sntese de ATP
foram elucidados atravs da utilizao de inibidores e desacopladores, entre os quais esto:
rotenona, amital, antimicina A, cianeto e DNP.
Rotenona e amital inibem a reduo dos complexo I e III por NADH.
Antimicina A inibe o transporte de eltrons no complexo II.
Cianeto inibe o transporte no complexo IV.
DNP desacoplador, pois promove o vazamento de H+ ,levando dissipao do gradiente
de prtons e contnuo transporte de eltrons, desacoplado da sntese de ATP.
6. A sntese de ATP a partir de ADP e Pi na mitocndria, que catalisada pela ATP sintase,
dirigida pelo processo de transporte de eltrons. Mas como a ATP sintase fisicamente separada
das protenas do transporte de eltrons, a energia livre liberada no transporte de eltrons deve
ser conservada em uma forma que possa ser utilizada pela ATP sintase. A energia livre do
transporte de eltrons conservada pelo bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o
es