UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE FORMAÇÃO DE PROFESSORES UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA CURSO: LICENCIATURA EM QUÍMICA DISCIPLINA: BIOQUÍMICA PROFESSOR: Dr. EDER FREIRE NOME: PAULO ROBERTO ROBERTO ALMEIDA DIAS ESTUDO DIRIGIDO – ENZIMAS, ENZIMAS, CARBOIDRATOS E LIPÍDEOS
ENZIMAS 1. Comente sobre a substituição do modelo chave-fechadura, evidenciando o ponto de vista bioenergético. As enzimas são proteínas que atuam como catalisadoras de reações metabólicas, ou seja, elas aceleram as reações químicas que ocorrem no organismo sem sofrer desgaste ou alterar o curso da reação. Para isso, as enzimas apresentam certa especificidade com os elementos das reações nas quais vai atuar. As enzimas apresentam locais de ligação através dos quais ocorre o processo de catalisação. Esses locais são chamados de sítios ativos e se adaptam as moléculas sobre as quais a enzima atua, sendo essas moléculas chamadas de substratos enzimáticos. Quando ocorre a ligação se forma o complexo enzima-substrato. Para explicar a especificidade observada entre enzimas e seus substratos, Emil Fischer propôs em 1894 que o complexo enzima- substrato obedeceria a um modelo “chavefechadura”. De acordo com ele, a especificidade se dá pelo fato do sítio ativo da
enzima ter um formato complementar ao seu substrato, promovendo um encaixe perfeito, como uma chave que encaixa em determinada fechadura. Esse encaixe facilita a modificação do substrato por parte da enzima de forma a fazê-lo reagir mais rapidamente e formar os produtos da reação. Como a enzima não participa da reação, após sua ação ela se solta do substrato e se encontra disponível novamente. 2. Comente sobre os tipos de inibições enzimáticas e exemplifique com a álcool desidrogenase desidrogenase e a sua inibição pelo metanol, e a reversão desse processo em elevadas concentrações concentrações de etanol.
Na inibição enzimática, a substância inibidora forma ligações químicas com as enzimas, de modo a interferir na sua atividade catalítica. De acordo coma estabilidade da ligação entre o inibidor e a enzima, a inibição enzimática pode ser de dois tipos: reversível e irreversível. Na inibição reversível, as moléculas do inibidor e as moléculas da enzima se unem por ligações não covalentes, que, por serem mais instáveis, podem ser rompidas, fazendo com que a enzima retome a sua atividade posteriormente. Já na inibição irreversível, a atividade enzimática é inativada definitivamente. Nesse tipo de inibição, a substância inibidora se une à enzima por ligações covalentes (mais estáveis), o que altera o grupo funcional da enzima necessário para sua atividade catalítica, tornando-a inativa de forma permanente. 3. Como ocorre a catálise enzimática? Descreva relacionando a energia de ativação da reação. A catálise enzimática ocorre quando as enzimas atuam como catalisadores biológicos, aumentando a velocidade das reações de nosso organismo. As enzimas são altamente específicas, o que significa que cada uma age como catalisadora biológica de apenas uma reação. Isso ocorre porque a enzima possui um centro ativo que se combina com o composto que irá sofrer a ação enzimática. Esse composto é chamado de substrato. É como se a enzima fosse a chave de uma fechadura (substrato). a enzima reage com o substrato de maneira específica, criando um composto intermediário que se decompõe facilmente, originando os produtos. Além disso, a enzima é regenerada não sendo consumida na reação, como ocorre com todos os catalisadores. 4. Sobre a cinética enzimática: comente os mecanismos da enzima e da sua inibição. Na realidade, você pode aprender muito a respeito do funcionamento de uma enzima e como ela interage com outras moléculas tais como os inibidores simplesmente medindo a rapidez que ela catalisa uma reação em diferentes condições. Os inibidores competitivos retardam o progresso da reação ao se ligar à enzima, geralmente no sítio ativo, impedindo que o verdadeiro substrato se ligue. De cada vez, somente o inibidor competitivo ou o substrato pode estar ligado à enzima (e não ambos ao mesmo tempo). Portanto, o inibidor e o substrato competem pela enzima. A inibição competitiva age diminuindo o número de moléculas enzimáticas disponíveis para se ligar ao substrato. Os Inibidores não-competitivos não impedem que o substrato se ligue à enzima. Na verdade, o inibidor e o substrato não afetam de maneira nenhuma a capacidade um do outro de se ligar à enzima. Contudo, quando o inibidor está ligado, a enzima não consegue catalisar sua reação para produzir um produto. Assim, a inibição não-competitiva age reduzindo o número de moléculas enzimáticas funcionais que podem realizar a reação. 5. As enzimas regulatórias possuem dois grupos: as alostéricas e as reguladas por modificação covalentes. Quais os aspectos semelhantes e divergentes entre as duas classes.
Enzimas regulatorias: São enzimas que aumentam ou diminuem a atividade catalítica em respostas a certos sinais. Agem em sistemas multienzimáticos regulando a velocidade das sequências metabólicas. Permitindo a célula alcançar as suas necessidades de energia. Podem ser as enzimas alostéricas ou enzimas reguladas por modificação covalente. Enzimas Alostéricas: São enzimas que contêm uma região separada daquela em que se liga o substrato. Onde pequenas moléculas regulatórias (efetores ou moduladores) podem ligar-se e modificar a atividade catalítica destas enzimas. Ao ligar-se à enzima, o efetor alostérico pode aumentar (efetor positivo) ou diminuir (efetor negativo) a atividade catalítica, através de modificações no sítio catalítico. Em alguns sistemas a enzima reguladora é especificamente inibida pelo produto final da via. A formação do produto final diminui toda a velocidade da via. É chamada de inibição por retroalimentação. Se a concentração do substrato diminuir a velocidade da reação aumenta novamente.
CARBOIDRATOS 1.
O que são carboidratos? De acordo com o número de unidades monoméricas, como os carboidratos podem ser classificados e o que representa cada classe? Que funções os carboidratos desempenham nas células de animais? Os carboidratos ou hidratos de carbono são também conhecidos como glicídios e açúcares, porém, nem todo carboidrato é um açúcar, conforme veremos mais adiante. Eles possuem a função biológica de fornecer energia e podem ser quimicamente definidos como compostos que possuem vários átomos de carbono (3 ou mais) ligados a grupos hidroxila (OH) e que possuem também as funções cetona ou aldeído. Oses ou monossacarídeos: São
os carboidratos de estrutura mais simples e possuem apenas um grupo aldeído ou cetona. Eles não sofrem hidrólise, mas podem ocorrer reações entre monossacarídeos com a formação de um dissacarídeo ou de um polissacarídeo. Entre os principais monossacarídeos, temos a glicose e a frutose. Na imagem abaixo, suas cadeias carbônicas estão abertas, mas elas também podem se apresentar como cadeias fechadas. Osídeos:Sofrem hidrólise e produzem oses. De acordo com a quantidade de oses, podem ser oligossacarídeos ou polissacarídeos. Oligossacarídeos: Quando
sofrem hidrólise, os oligossacarídeos produzem um número pequeno de oses. Se houver duas oses, o carboidrato é um dissacarídeo. O principal dissacarídeo é o açúcar comum ou sacarose (C12H22O11), que é formado por dois monossacarídeos, a glicose e a frutose.
2.
A sacarose é um dissacarídeo ;Outros exemplos de dissacarídeos são a maltose (formada por duas molécu las de α-glicose), a celobiose (formada por duas moléculas de β-glicose) e a lactose (formada por uma α-glicose e uma αgalactose). b) Polissacarídeos: Eles são formados pela união de várias moléculas de monossacarídeos. Quando sofrem hidrólise, também produzem um número grande de unidades de monossacarídeos. Os principais polissacarídeos são o amido e a celulose. As funções dos carboidratos são: 1- Armazenamento energético – o amido e o glicogênio são os carboidratos responsáveis pelo armazenamento de energia dos animais e vegetais. 2- Produção de energia – os carboidratos são as principais fontes de energia. 3. Estruturais – todos os componentes celulares são formados por um carboidrato, e eles formam bases necessárias para a estruturação das célula. Discorra sobre as semelhanças e diferenças entre as moléculas do amido e glicogênio, acentuando suas funções.
Tanto o amido quanto o glicogênio são polímeros formados por moléculas de açúcar chamadas glicose. Cada molécula independente tem a fórmula C6H12O e, juntando essas subunidades de uma certa maneira, formam-se as longas cadeias que geram o glicogênio e o amido. Existem dois tipos de amido: amilose e amilopectina. Desses dois, o glicogênio é mais semelhante à amilopectina, pois as cadeias de açúcar em ambos é altamente ramificada, enquanto a amilose é estritamente linear. O glicogênio é um polissacarídeo ramificado, formado por polímero de glicose, tem função de armazenamento energético nas células animais; é encontrado no fígado e nos músculos, as rami ficações ocorrem com ligações α1 → 4 e α1 → 6. Ele é mais ramificado do que o amido tem extremidades redutoras. O amido é um polissacarídeo de armazenamento de energia utilizado pelas plantas. É formado por amilose, cadeias lineares com ligações α1 → 4 e a milopectina, que possui ramificações, com ligações α1 → 6.
A celulose é um polissacarídeo linear encontrado nas plantas, que tem função estrutural, fazendo parte da parede celular e conferindo rigidez às plantas; as ligações glicosídicas na celulose são do tipo β1 → 4 e não é digerível pelos seres humanos pois nossas enzimas não podem clivar esse tipo de ligação. 3.
Comente sobre a importância biológica das sindecanas, tendo em vista a heparana sulfato e seus domínios S. Sindecanas: Família de glicoproteínas transmembrana que possuem um domínio citoplasmático curto, um único domínio que atravessa a membrana e um domínio extracelular com cadeias de sulfato de heparina e de SULFATOS DE CONDROITINA. As sindecanas interagem com vários PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS DE SINALIZAÇÃO INTERCELULAR que se ligam à heparina e podem desempenhar algum papel na modulação da sinalização celular durante o DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO, tumorigênese e angiogênese.
Heparina: Mucopolissacarídeo altamente ácido formado por partes iguais de Dglucosamina sulfatada e ácido D-glucurônico com pontes sulfamínicas. O peso molecular varia entre 6 a 20 mil. A heparina é encontrada e obtida do fígado, pulmões, mastócitos, etc., de vertebrados. Sua função é desconhecida, mas é utilizada para impedir a coagulação do sangue in vivo e in vitro sob a forma de muitos sais diferentes. 4.
Sobre as seguintes moléculas, descrevam suas estruturas bioquímicas e suas relevâncias biológicas (como quantidade de informações e etc.):
a) glicoproteínas são proteínas que contêm cadeias de oligossacarídeos (glicanos) covalentemente ligados a cadeias laterais de polipeptídeos. O hidrato de carbono é ligada à proteína numa modificação translacional ou pós-traducional. Este processo é conhecido como a glicosilação. Proteínas extracelulares segregadas são geralmente glicosiladas. Em proteínas que possuem segmentos que se estendem no meio extracelular, os segmentos extracelulares também são glicosiladas. b) Glicosaminoglicanos, também chamados glucosaminaglicanos ou glicosaminoglicanas são polímeros lineares longos, não flexíveis e com cadeias não ramificadas, e têm como base unidades dissacarídicas repetidas. Um dos monossacarídeos que compõem os dissacarídeos é sempre a N-acetilglicosamina ou a N-acetilgalactosamina. Outro monossacarídeo é, na maioria dos casos, um ácido urônico. c) Proteoglicanos, também chamados de proteoglicanas, são glicoproteínas extracelulares, cuja estrutura consiste em uma proteína central ligada a vários glicosaminoglicanos. Dos diferentes tipos de glicosaminoglicanos que existem, o único que não compõe o proteoglicano é o ácido hialurônico, no entanto, os proteoglicanos já formados comumente estão ligados a moléculas de ácido hialurônico. Os glicosaminoglicanos possuem alta quantidade de carga negativa e por isso acabam atraindo uma nuvem de cátions, onde o mais atraído é o sódio que traz com ele moléculas de água
5.
Como a presença de ligações em vez de influencia a digestibilidade de polímeros de glicose pelos seres humanos? A alfa e a beta sao dois tipos de estrutura chamados de anomeros moleculares, a alfa glicose é responsavel pela formaçao de amido e a beta glicose é da celulose, nosso organismo não é capaz de digirir celulose, porrque o nosso organismo (mais precisamente o aparelho digestório) não fabrica enzimas capazes de "quebrar" a celulose. Cada substância alimentar que ingerimos (proteínas, lipídios, etc) possuem em nosso aparelho gástrico, uma enzima correspondente, que se encaixa a este substrato e o "parte", originando o processo de digestão.
6.
Explique o que acontece nos monossacarídeos em solução aquosa. Apesar de apresentarmos as moléculas com cadeia aberta, a maior parte dos monossacarídeos em solução aquosa apresenta-se com cadeia cíclica (em forma de anel). Acontece uma reação entre o grupo carbonila e um grupo OH da própria molécula, formando compostos de homoacetais, quando tem a função aldeído e homocetais, quando tem a função cetona.
7.
As ligações glicosídicas se assemelham com as ligações peptídicas. Todavia apresentam aspectos próprios. Esquematize e mostre os aspectos sinonímicos e distintos.
8.
Comente sobre as moléculas altamente hidratadas, seguir:
a) Amido b) Glicogênio c) Celulose d) Quitina 10. Por que o organismo humano não digere a celulose?
11. Comente sobre o papel dos glicoconjugados, mencionando os tipos e os caracterizando.
12. Quais aspectos estruturais caracterizam os peptideoglicanos de bactérias?
13. Caracterize estruturalmente os glicosaminoglicanos. Onde eles ocorrem e que função desempenham? 14. Quais as características estruturais dos proteoglicanos? Como as cadeias de heparana sulfato de sindecanas variam gerando sítios de informação nessa macromolécula?
LIPIDEOS 1. As proteínas, os ácidos nucléicos ou os carboidratos são agrupados por semelhanças estruturais em comum. Qual é a base para agrupar substâncias como os lipídeos? Os lipídeos são formados longas cadeias c arbonicas de ácidos graxos saturadas ou i nsaturadas. São apolares e ligadas a uma molécula de glicerol 2. Descreva a estrutura dos triacilgliceróis. Como essas moléculas são armazenadas nos animais e qual a importância biológica do armazenamento dos triglicerídeos? Os Triacilgliceróis são lipídios formados pela ligação de 3 moléculas de ácidos graxos com o glicerol, um triálcool de 3 carbonos, através de ligações do tipo éster. São absolutamente hidrofóbicos, sendo também chamados de "Gorduras Neutras", ou triglicerídeos. Os ácidos graxos que participam da estrutura de um triacilglicerol são geralmente diferentes entre si. A principal função dos triacilgliceróis é a de reserva de energia, e são armazenados nas células do tecido adiposo, principalmente. São armazenados em uma forma desidratada quase pura, e fornecem por grama aproximadamente o dobro da energia fornecida por carboidratos. 3. As membranas de bactérias crescidas em 20 °C tendem a ter uma maior proporção de ácidos graxos insaturados que as de bactérias crescidas em 37 °C. (Em outras palavras, a bactéria crescida em 37 °C tem uma maior proporção de ácidos graxos saturados nas suas membranas). Sugira uma razão para isso. O aumento da temperatura é responsavel por quebrar as duplas ligações tornando a molecula saturada e é por isso que existe mais acidos graxos em temperaturas mais baixas.· Gorduras de origem animal são geralmente ricas em ácidos graxos saturados 4. Animais que vivem em climas frios tendem a ter mais resíduos de ácidos graxos poliinsaturados nas suas membranas do que animais que vivem em climas quentes. Sugira uma razão para isso.
Devido ao aumento da temparatura as ligaçoes insaturadas são quebradas, assim transformando em saturadas( com uma unica ligação simples). 5. Diferencie estruturalmente glicerofosfolipídeos, esfingolipídeos e esteróis. Os fosfolípidos, fosfolipídios são lípidos que contém ácido fosfórico como mono ou diéster. São constituidos por uma molécula de glicerol, duas cadeias de ácidos graxos, um grupo fosfato e uma molécula polar ligada a ele. Esfingolipídios são formados por uma molécula de um aminoálcool de cadeia longa , a esfingosina cujas ligações duplas possuem configuração "trans". Este aminoálcool é ligado aos ácidos graxos através de uma ligação amida. São lipídios também importantes na estrutura das membranas biológicas devido ao seu caráter claramente anfipático. Esteróis são uma classe de lípidos que partilham o motivo estrutural comum a todos os esteróides, uma estrutura tetracíclica com quatro anéis ligados entre si, três dos quais com seis carbonos e outro anel com cinco carbonos (núcleo esteróide) (ver figura 1). Os esteróis não possuem ácidos gordos, em vez disso, possuem uma cadeia curta de hidrocarbonetos ligada ao núcleo esteróide e, distinguem-se dos esteróides, por possuírem um grupo hidroxilo na posição C-3 6. Quais as semelhanças e diferenças estruturais entre esfingomielinas, glicoesfingolipídeos e gangliosídeos? Pesquise sobre a ocorrência e função de cada um desses três tipos de lipídios. Esfingolipídios são uma classe de moléculas de lipídios que formam membrana. Contém esfingosina, um amino álcool orgânico alifático ou uma substância estruturalmente semelhante a ela. Os esfingolipídeos mais simples são as ceramidas (esfingosina com um ácido graxo), amplamente distribuídos em pequenas quantidades em tecidos de plantas e animais. Os outros esfingolipídeos podem ser sintetizados a partir das ceramidas.[1] São constituintes da bainha de mielina. 7. Caracterize e classifique os eicosanóides, destacando as principais funções desempenhadas por tais lipídios. 8. Quais as características estruturais das vitaminas lipossolúveis e qual a importância dessas biomoléculas para a espécie humana?
