Ciclo I - Módulo II - Bioquimica (Enzimas)

Enzimas

Copiar resumo do livro bioquimica ilustrada e ver o capitulo sobre enzima do livro bioquimica basica.

A manutenção da vida celular depende da contínua ocorrência de um conjunto de reações químicas, que devem atender a duas exigências fundamentais:
Ser altamente específicas.
Devem ocorrer a velocidades adequadas à fisiologia celular.



As enzimas são catalizadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação que catalisam. Propriedades: sítio ativo, eficiência catalítica, especificidade, co-fatores, regulação, localização dentro da célula.

Uma enzima permite que a reação proceda rapidamente em condições existentes dentro da célula, por facilitar uma via alternativa de reação com uma menor energia de ativação.

Características:

Condição da enzima

O substrato tem que ligar na enzima porque senão não forma produto.

As enzimas transformam uma substância química em outra(s) substância(s) química(s).

Conceito: transformam reajentes (substâncias químicas) em outra ou outras substâncias químicas (produtos).

substrato: é o reajente que é transformado pela enzima

A redução da energia de ativação pode ser obtida pela presença de catalisadores.

Os catalisadores são substâncias que aceleram a velocidade de uma reação, sem alterar a proporção entre reagentes e produtos encontrada no final da reação e sem serem efetivamente consumidos durante o processo.

Todas as células dispõem de proteínas capazes de exercer função catalítica: são as enzimas.

A eficiência da catálise enzimática deriva da ligação do reagente (substrato) à enzima.


São dividas em 6 classes
Nomenclatura das enzimas: tipo da reação catalizada mais o sufixo ase (ASE). Por exemplo:
Liase - adiciona o grupo
Transferase - faz transferência
Isomerase - isomerização
Ligase - faz ligação
Oxidorredutase
Hidrolase

Cada enzima é específica para o seu substrato

O substrato tem 3 carbonos (triose) e a enzima isomerisa (isomeerose). Por isso, é uma triose isomerose.


Como funcionam as enzimas?

As enzimas aceleram a velocidade da reação por diminuir sua energia de ativação.

O que é a energia de ativação?
É a quantidade de energia necessária para levar todas as moléculas de 1 mol de uma substância até o estado de transição. É a barreira que separa os reagentes dos produtos.

Mas o que é estado de transição?
Quando a colisão entre as moléculas leva a adquirir uma quantidade mínima de energia que lhes permita atingir um estado reativo.

Reajente tem que dar produto. Usa energia de ativação necessária para gerar produto.

As moléculas são ativadas para formar o produto.

A enzima aumenta a velocidade da reação.

Por que a enzima é capaz de aumentar a velocidade da reação? Porque ela diminui a energia de ativação. A velocidade é muito maior do que sem a enzima.

Todo catalizador reduz a energia de ativação mas, a enzima reduz mais. Exemplo:

A enzima posiciona o reagente (substrato) corretamente.

O substrato é o reagente que a enzima atua para a formação do produto. O substrato se liga na enzima.

Centro ativo da enzima é um local na superfície da enzima, onde o substrato deve se ligar.

Propriedades das Enzimas

As enzimas são catalisadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação que catalisam.

- Sítios ativos: as moléculas de enzimas contém uma região específica formando uma fenda ou bolso, que é chamada de sitio ativo. O sítio ativo contém cadeias laterais de aminoácidos, as quais criam uma superfície tridimensional complementar ao substrato. O sítio ativo liga o substrato, formando um complexo enzima-substrato (ES). O complexo ES é convertido em enzima-produto (EP), oqual subsequentemente se dissocia em enzima e produto.

- Eficiência catalítica: as reações catalisadas por enzimas são, em sua maioria, altamente eficientes. Tipicamente, cada molécula de enzima é capaz de transformar de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por segundo. O número de moléculas de substrato convertidas em moléculas de produto por molécula de enzima por segundo é chamado de número de renovação.

- Especificidade: as enzimas são altamente específicas, interagindo com um ou alguns pucos substratos e catalisando apenas um tipo de reação química.

Se uma enzima atua sobre um único substrato --> especificidade absoluta. Ex: amilose e sacarose

Se uma enzima atua sobre mais de um substrato (moléculas altamente semelhantes) -->; especificidade relativa. Ex: glicose e frutose.

- Co-fatores: algumas enzimas se associam com um co-fator não-protéico, o qual é necessário para a atividade enzimática. Os co-fatores comumente encontrados incluem íons metálicos ou moléculas orgânicas, conhecidas como coenzimas, que frequentemente são derivdas de vitaminas.

- Regulação: a atividade enzimática pode ser regulada, isto é, as enzimas podem ser atividas ou inibidas, demodo que a velocidade de formação do produto responda as necessidades da célula.

- Localização dentro da célula: muitas enzimas estão localizadas em organelas específicas dentro da célula. Esta compartimentalização serve para isolar o substrato ou o produto da reação de outras reações competitivas. Isso garante o meio favorável para a reação e organiza as milhares de enzimas presentes na célula em vias definidas.

Velocidade de reação

Reação catalizada por enzima: coloca a enzima e espera um tempo. A enzima atua sobre o substrato e então tenho o produto.
A velocidade das reações catalisadas por enzimas podem ser afetadas pelos seguintes fatores:

1 - Temperatura

A medida que a temperatura aumenta, a velocidade da reação aumentou até um valor máximo (temperatura ótima) de funcionamento da enzima. O aumento da temperatura aumenta a energia cinética das moléculas, aumenta o número de colisões --> aumento de P (produto) formado.

Já o aumento da temperatura, além da temperatura ótima, causa desnaturação crescente da enzima --> com crescente perda da atividade.

No caso dos seres humanos, a temperatura ótima é de 37 graus C. Até 37 graus C os números de produtos aumentam. Depois de 37 graus C diminui.


2 - pH

Extremos de pH causam desnaturação das maiorias das proteínas e proteínas desnaturadas perde com a atividade. pH muito ácidos ou muito básicos causam desnaturação.

Pepsina e Tripsina são enzimas proleolíticas e é, enzima que quebram ligações peptídicas. Estão envolvidas na digestão das proteínas.
pH ótimo da pepsina: 1,5 e 2,0
pH ótimo da tripsina: 7,0 e 8,0

3 - Concentração de substrato

Em 1913 Michaelis - Mentem:
- colocou todas as enzimas em banho maria há 25 graus C
- dissolveu o substrato no ph ótimo da enzima
- fixou a tempera e o pH
- colocou a enzima (10 micro litros)
- a concentração da enzima também ficou fixa
- apenas o substrato não é fixo
- esperou-se 20 minutos
- determinou quanto de produto (P) foi formado em cada tubo

Observou-se um gráfico com curva hipérbole para velocidade versus substrato onde, em baixas concentrações de substrato, a velocidade é proporcional a concetração de substrato. Em altas concentrações de substrato, a velocidade permanece constante e foi determinada vmax (velocidade máxima).

A enzima obrigatoriamente tem que ligar no substrato através de ligações iônicas, covalentes, ponte de hidrogênio, hidrofóbica para ter produtos. Aí depois a enzima fica livre.

Tem que ter uma química (afinidade) entre a enzima e o substrato.
Lembrar do exemplo de casamento em sala de aula - que pode ou não ocorrer.

4 enzimas e 8 substratos --->1 ES ---> P
4 enzimas e 16 substratos --->2 ES ---> 2 P (a velocidade aumenta)
4 enzimas e 24 substratos ---> 3 ES ---> 3 P
4 enzimas e 32 substratos --->4 ES ---> 4P
4 enzimas e 40 substratos --->4 ES ---> 4P (quando a quantidade de substratos é muito grande estabiliza o número de produtos)

Para cada enzima existe uma concentração de substrato (S) que leva a formação de 100% de ES e quando há formação de 100% de ES é a velocidade máxima (vmax).

No exemplo dado, não adianta ter mais substrato se somente tenho 4 enzimas. Neste caso, como já formaram 4 ES, tanto faz ter 32, 40 ou 48 substratos.

Em altas concentrações de substrato, a velocidade da reação é constante e independente da concentração de substrato.

Em baixas concentrações de substrato, a velocidade da reação é proporcional a concentração de substrato.


Qual é a afinidade de cada enzima pelo substrato?

A determinação da quantidade de substrato necessário para formar 50% de ES da idéia da afinidade da enzima pelo substrato. Quanto menor a quantidade de S necessária para formar 50% de ES, maior é a afinidade.

A (S) concentração de substrato que fornece uma velocidade de reação = vmax/2 é a quantidade de afinidade. Essa constante de afinidade foi denominada Km. Km é (S) é dada em moles ou mmoles/l.

Km é a concentração do substrato necessária para formar 50% de ES. Quanto menor o Km maior a afinidade.



A velocidade depende da enzima e do substrato

Velocidade = vmax (medida de concentração)
|
que (S) é essa? é a S suficiente para formar 100% de ES

A vmax é quando tem 100% de ES.

V = vmax (nesse ponto tenho 100% de ES)

Qual a concentração de substrato que dá 50%?

(S) --->100% ES ---> V = vmax
(S) ---> 50% ES ---> v=vmax / 2


KM = CONSTANTE DE MICHAELIS

Existe uma concentração de substrato que dá velocidade máxima
Existe uma concentração de substrato que dá 50% de velocidade máxima.

Constante de Michaelis-Menten (Km) = concentração de substrato na qual a velocidade inicial da reação é igual à metade de sua velocidade máxima.

V0 = Vmax (S)
-----------
Km + (S)


CONSTANTE DE AFINIDADE = 50% de ES


Observações:

Quando comemos carboidrato, ela é digerida e transformada em glicose. A glicose sai do intestino, entra no sangue (veia porta) e cai no fígado. Principal produto do carboidrato = glicose.
Quando a glicose entra no fígado ela tem que sofrer reação para se transformar em glic6P (glicose 6 fosfato).
A que não é transformada em glic6P volta para o sangue e espalha pelo corpo. Chegando em outras células por exemplo no cérebro, transformando-se novamente em glic6P.
Se ela não se transformar em glic6P somente ficará passeando pelo corpo. Se ela se transformasse totalmente em glic6P ficaria apenas num lugar, pro exemplo fígado.



Hexoquinase

Coloca o fosfato.
A enzima que faz a reação de transformar glicose em glic6P tem Km baixo, ou seja, grande afinidade. E essa enzima usa os 100% e dispensa o restante.
Se a pessoa come muito carboidrato, as células pegam os 100% e o restante da glicose fica no sangue. Volta novamente para o fígado. Aí nesse momento aparece outra a GLICOQUINASE. Essa enzima já faz muito mais reação (usa muito mais glicose) do que a outra.
Seu Km é alto = pouca afinidade.

Depois que a glicoquinase pega toda a glicose, vira gordura, TG (triglicérides) e depois a gordura vai para o tecido adiposo.

No cérebro somente tem a hexoquinase:
glic
| hexoquinase
glic6P
| energia (ATP 38) quando o ATP fica alto inibe a enzima.
6CO2


INIBIDORES
Qualquer substância que possa diminuir a velocidade de uma reação catalisada por uma enzima é chamado de inibidor.

Os inibidores regulam a atividade da enzima. É uma substância que pode diminuir a capacidade de uma reação de uma enzima.

Os inibidores podem ser irreversíveis e reversíveis (não competitivo e competitivo):


INIBIDORES REVERSÍVEIS: ligam-se à enzima por meio de ligações não covalentes.
Competitivos
Não competitivos
No caso do inibidor reversível liga e pode desligar. E + I --> E . I
No caso do inibidor irreversível, perde-se a enzima porque não vai reagir. E + I --> E - I

A velocidade é proporcional a quantidade de ES.


Inibidor Não Competitivo

Esse tipo de inibição pode ser reconhecido por seu efeito característico sobre Vmax. A inibição não-competitiva acontece quando o inibidor e o substrato ligam-se a sítios diferentes sobre a enzima. O inibidor não-competitivo pode ligar-se tanto a enzima livre quanto ao complexo de ES, de modo a impedir que a reação ocorra.

1 - Efeito sobre a Vmax: a inibição não-competitiva não pode ser superada pelo aumento da concentração de substrato. Desse modo, os inibidores não-competitivos diminuem a Vmax da reação.

2 - Efeito sobre o Km: os inibidores não-competitivos não interferem na ligação do substrato com a enzima. Assim sendo, a enzima mostra o mesmo Km na presença e na ausência do inibidor não-competitivo.

Não parecem com o substrato. Mas eles tem especificidade. Ele se liga em outro local da enzima provocando mudança no sítio ativo.

Atrapalha o substrato a se ligar no sítio ativo.

O inibidor se liga na enzima.

Em geral se ligam em outro local da enzima (sem ser no sítio ativo) e são tóxicos.

Inibidor Competitivo

Esse tipo de inibição ocorre quando o inibidor liga-se reversivelmente ao mesmo sítio que o substrato normalmente ocuparia e, dessa forma, compete com o substrato por esse sítio. 

É uma substância semelhante com o substrato e pode se ligar no mesmo local que o substrato se ligaria na enzima. É uma molécula. Liga-se ao sítio ativo da enzima formando um complexo EI que não dá produto. Não há alteração na vmax.
Se ligou durante um tempo atrapalhando a enzima a formar produtos.
Ex: infecções bacterianas

A enzima continua ligando no substrato mas não consegue gerar produtos. Ela liga no sítio ativo mas não transforma em produto. Se o inibidor liga-se no sítio ativo, o substrato não consegue ligar. Ele muda a estrutura do sítio ativo e por isso não transforma o produto. O inibidor pode se ligar antes ou depois do substrato se ligar com a enzima. Exemplo: o chumbo; o chumbo impede a ligação do ferro. Ou seja, a enzima que cataliza a inserção do ferro é inibido pelo chumbo.

Substâncias semelhantes ao substrato podem enganar a enzima ligando-se ao seu sítio ativo, formando um complexo EI que não dá produto.

A quantidade de produto depende de ES.
1 ES --> X Produtos
2 ES --> X2 Produtos

O inibidor competiu com a enzima pela ligação no sítio ativo.

Um inibidor competitivo aumenta o Km aparente para determinado substrato. Isso significa que, na presença do inibidor, mais substrato é necessário para atingir ½ Vmax.

1 - Efeito sobre a Vmax: o efeito de um inibidor competitivo é revertido pelo aumento da (S). Em uma concentração de substrato suficientemente alta, a velocidade da reação atinge a Vmax observada na ausência do inibidor.

2 - Efeito sobre a Km: um inibidor competitivo aumenta o Km aparente para determinado substrato. Isso significa que, na presença de um inibidor competitivo, mais substrato é necessário para atingir 1/2 ou 50% da Vmax.

Experiência para diagnosticar o tipo de inibição:

Se a velocidade for a mesma, o inibidor é competitivo.
Se a velocidade for diferente, o inibidor é não-competitivo.



COFATORES

 São as auxiliares das enzimas.
Os cofatores são: íons metálicos, moléculas orgânicas (não protéicas - coenzimas) e micronutrieentes.

A molécula orgânica não protéica são geralmente as vitaminas ou molécula que contém vitamina na sua estrutura.

Sais mineirais e vitaminas (micronutrientes)

Carboidrato, lipídeos e proteínas (macronutrientes)
Quando a enzima está associada a um íon metálico ou molécula orgânica não protéica é porque ela depende de um auxiliar.


Vitamina

Vita amina = amina vital
A primeira vitamina isolada, a B1 é uma amina. Quando descoberta verificaram que ela devia estar presente na dieta para a preservação da vida normal.

Vitaminas ou moléculas orgânica contendo vitamina na sua estrutura responsável por auxiliar uma enzima é denominada COENZIMA.
Exemplos de Vitaminas:

1) Biotina (dieta)
nas células, se associa a enzimas responsáveis pela adição de CO2.

2) Tianina (dieta)
se associa às enzimas que removem grupo CO2 de alguns ácidos.

3) Nicotinamida
auxilia as enzimas que catalizam a remoção de H e eletrons de um substrato

O álcool inibe a absorção da tiamina (vitamina B1). A tiamina é importante para degradar a glicose do cérebro. Fontes: carnes, gema de ovo e cereal integral.
Timina (vitamina)
Tiamina Pirofosfato (forma coenzimática)

Riboflavina: importante para as hemácias. Fontes: leites e seus derivados.

Niacina: metabolismo de carboidrato, glicose. Fontes: carnes, legumes e etc.


ZINOGÊNIOS

Pâncreas: suco pancreático (mistura das enzimas digestivas). Entre essas enzimas, as enzimas proleolíticas que o pâncreas tem que produzir.

Enzimas proleolíticas: esse suco deve ser liberado no duodeno, onde ocorre a proteólise das proteínas da dieta (digestão da proteína).

Por que, geralmente, essas enzimas proleolíticas não catalisam a proteólise das proteínas pancreáticas?
O pâncreas produz enzimas, numa forma praticamente inativa, e somente no .................... elas são transformadas numa forma ativa.

Uma enzima proleolítica inativa é denominada zimogênio, pró-enzima ou pré-enzima.

Na pancreatite, esses zimogênios, são precocentemente ativados no pâncreas --> auto digestão.

Zimogênio --------------------------------------> enzima ativa
luz na sua (enzima conversora)
forma inativa


Pâncreas produz tripsinogênio (zimogênio, enzima inativa), que no duodeno é convertido em tripsina (enzima ativa).

Por que os alveolos não são destruídos normalmente? Devido a presença de um inibidor de enzima proleolíticas. Esse inibidor é a alfa um antitripsina.

1) Enzima pulmonar devido a incapacidade de produzir esse inibidor (defeito genético).
elastina -------------------> não há formação de P (elastina não é destruída).
(elastase)

2) Fumantes podem desenvolver enfizema pulmonar. A nicotina leva a modificação na estrutura da alfa um antitripsina, diminuindo sua capacidade de inibição da elastase.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS

São compostas por múltiplas subunidades; Catalisam reações limitantes de velocidade; ligam o substrato cooperativamente; apresentam uma curva sigmoidal quando se constrói um gravo de v x s.

Ocorre nas enzimas que possuem um SÍTIO ALOSTÉRICO, onde se liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima).

A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade dessa para seus substratos.

Já estudamos enzimas em que o efeito da (S) versus velocidade (V) é uma hipérbole:
V x S --> hipérbole, enzima que segue a cinética de Michaelis Menten: a maioria das enzimas.

Algumas enzimas V versus S origina uma sigmóide (enzima alostérica)

Enzima Michaelianas: proteínas globulares constituídos de uma única cadeia polipeptídica.

Enzima Alostéricas: proteínas globulares, constituídos de pelo menos 2 cadeias polipeptídicas, associadas através de ligações não covalentes (estrutura quartenária).

As enzimas alostéricas são reguladas por moléculas chamadas de efetores (também modificadores), que ligam-se de forma não-covalente em outro sítio, que nao o sítio ativo.

Uma subunidade contém o sítio ativo e é denominado de subunidade catalítica e as outras subunidades contém outros sítios diferentes S do sítio ativo, pois não são capazes de originar P.

Substâncias que ligam no sítio alostérico são denominados efetores ou moduladores alostéricos.


Os níveis plasmáticos de creatina cinase (CK) são comumente determinados para o diagnóstico do infarto do miocárdio.

O músculo cardíaco é o único tecido que contém mais de 5% da atividade total de CK como CK2 (MB).

O aparecimento dessa isoenzima híbrida no plasma é praticamente específico para o infarto do miocárdio.

Os efetores que inibem a atividade enzimática são denominados efetores negativos, enquanto aqueles que aumentam a atividade enzimática são denominados efetores positivos. Um efetor alostérico pode alterar a afinidade da enzima pelo seu substrato ou modificar a atividade catalítica máxima da enzima ou ambos.


Essas enzimas tem mais de uma cadeia e cada cadeia é denominada SUBUNIDADE.

Uma subunidade contém o sítio ativo e é denominada de subunidade catalítica e as outras subunidades contém outros sítios diferentes S do sítio ativo, pois são capazes de originar P.


DOENÇAS
Muitas doenças que causam lesão tecidual resultam no aumento da liberação das enzimas intracelulares no plasma.

As atividades de muitas dessas enzimas são rotineiramente determinadas para fins de diagnóstico em doenças do coração, do fígado e músculo esqueléticos.

Algumas enzimas apresentam atividade relativamente alta em apenas alguns tecidos. Assim, a presença de um aumento do nível dessas enzimas no plasma reflete uma lesão do referido tecido.


DOENÇA CARDÍACA

Após um infarto agudo do miocárdio, essa isoenzima aparece cerca de 4 a 8 horas depois do início da dor torácica e atinge um pico de atividade em aproximadamente 24 horas.



Referências Bibliográficas:



CHAMPE, Pamela C.; HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R. Bioquímica Ilustrada. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.


MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo B. Bioquímica Básica. 3 ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan S.A., 2007.

Ciclo I - Modulo II - Genética (Genética Mendeliana)

GENÉTICA MENDELIANA

Análise de cruzamentos e o comportamento dos genes nas células

1) Cruzamentos Monoíbridos

– Cruzamentos em que apenas uma característica é estudada
* As características são determinadas por um par de genes (alelos)
* Cada um dos genes do par é doado por um genitor à prole através dos gametas,
* Os pares de alelos se segregam (se separam) durante a formação dos gametas (meiose).

Cruzamentos Monoíbridos Diplóides

a) Entre homozigotos

b) Entre heterozigotos

A proporção fenotípica 3:1 é típica de cruzamentos entre dois heterozigotos para um único gene.
Podemos afirmar que os dois fenótipos são determinados por alelos de um único gene.
As linhagens de plantas e animais usadas para análises genéticas devem ser linhagens puras (homozigotas). A partir de linhagens puras, podemos deduzir os genótipos, dominância e recessividade.

Termos Técnicos

Genótipo: É a carga de genes que o indivíduo carrega nos seus cromossomos. Ex: AA, Aa, aa

Fenótipo: Corresponde ao conjunto das características morfológicas e fisiológicas do indivíduo (manifestação externa do indivíduo). O fenótipo pode ou não sofrer influências do meio. Ex: Qual é o fenótipo do genótipo aa? Olhos azuis.
A cor da pele pode sofrer influências do meio.

Resumo: o genótipo é o conjunto de genes do indivíduo e o fenótipo o conjunto de características físicas, bioquímicas e fisiológicas determinadas por esses genes e influciadas ou não pelo meio ambiente.

Locus: A posição que o gene ocupa no cromossomo. Corresponde à posição ou lugar, em um cromossomo, ocupada por um determinado gene ou um de seus alelos.

Alelos: Membro de um determinado par de genes, ou de uma série múltipla, que ocupa uma determinada posição em cromossomas homólogos. São os genes que ocupam o mesmo loco, no par de cromossomos homólogos.

Homozigoto: Quando os dois membros de um par de alelos são iguais. Pode ser dominante ou recessivo. Iguais. Ex: AA, aa

Heterozigoto: Quando os dois membros de um par de alelos são diferentes. Quando é heterozigoto tem os dois alelos (dominante e recessivo). Diferentes. Ex: Aa

Dominante: é aquela que se manifesta mesmo quando o gene que a determina encontra-se em dose simples e o indivíduo é heterozigoto para esse gene. Membro de um par que se expressa tanto em homozigose quanto em heterozigose.

Recessivo: é aquela que se manifesta apenas quando o gene respectivo está em dose dupla e o indivíduo é homozigoto para esse gene. Membro de um par que não consegue expressar em heterozigose.

Hemizigoto: Indivíduo que possui apenas uma cópia de um determinado gene.

Híbrido: Indivíduo que resulta de cruzamento entre dois genitores geneticamente diferentes, para um dado caracter.

Cariótipo:
Montagem dos cromossomos de um indivíduo.

Diplóide: Indivíduo ou célula com dois conjuntos cromossômicos completos. Formam pares de cromossomas homólogos.

Haplóide: Indivíduo ou célula com um único conjunto cromossômico. Possuirá apenas um representante de cada par de cromossomas.

Cariótipo: Conjunto cromossômico, de um indivíduo, definido pela morfologia e pelo número de cromossomas presentes na metáfase mitótica de uma célula somática.

Princípios Mendelianos em Genética Humana

Para analisar usa-se os HEREDROGRAMAS

São diagramas que mostram o parentesco entre os membros de uma família.

Um dos intrumentos mais usados em genética médica para análise do comportamento de um determinado gene

Padrão de Herança Monogênicas

Os tipos de heredrogramas dependem de dois fatores:
a) se o gene está em um autossomo ou em um cromossomo sexual
b) se a característica é dominante ou recessiva.

São 4 tipos básicos de herança:

Autossômica Dominante

Autossômica Recessiva

Dominante ligada ao sexo

Recessiva ligada ao sexo


AUTOSSOMICA:
A característica é autossômica quando:
- aparece igualmente em homens e mulheres;
- pode ser transmitida diretamente de homem para homem;

A característica é autossômica dominante quando:
- ocorre em todas as gerações (não há saltos de gerações);
- só os afetados possuem filhos afetados;
- em média, um afetado tem 50% dos seus filhos afetados também;

Exemplo de doenças autossômicas dominantes:
- ACONDROPLASIA (anã).

A característica é autossômica recessiva quando:

- influênciadas pelo sexo. Ex: calvície.

- limitadas ao sexo. Ex: defeitos envolvendo testículos ou útero.
- há salto de gerações;
- os afetados, em geral, possuem genitores normais; portanto, os não-afetados podem ter filhos afetados;
- em média, 25% dos irmãos de um afetado são também afetados;
- a característica aparece em irmandades e não nos genitores ou netos dos afetados;
- os genitores dos afetados frequentemente são consaguineos.

Esse é o tipo de casamento mais provável no qual venha a ocorrer prole afetada. É aquela entre os dois indivíduos normais fenotipicamente, mas heterozigotos, que poderão ter 25% de seus filhos afetados.

Casamento entre indivíduos consaguineos aumenta a probablidade de homozigose de genes autossômicos recessivos raros, na prole.

Exemplo de doença: albinismo

HERANÇA LIGADA AO SEXO

Herança recessiva ligada ao sexo (x):
A característica é ligada ao sexo porque:
- não se distribui igualmente nos dois sexos;
- não há transmissão direta de homem para homem;

A caracteristica é recessiva porque:
- há mais homens afetados do que mulheres afetadas;
- é transmitida por um homem afetado, por intermédio de todas as suas filhas (que são apenas portadoras do gene), para 50% de seus netos do sexo masculino.
- os homens afetados geralmente tem iflhos normais (de ambos os sexos);

- maior quantidade de homens afetados;
- o fenótipo pode saltar gerações;

- as filhas de um homem afetado serão todas heterozigotas;

- 1/2 dos filhos de mulheres heterozigotas serão afetadas.

Exemplo de doença:
Daltonismo


Herança dominante ligada ao sexo (x):
A característica é ligada ao sexo porque:
- não se distribui igualmente nos dois sexos;
- não há transmissão direta de homem para homem.
A característica é dominante porque:
- há mais mulheres afetadas do que homens afetados;
- os homens afetados tem 100% de suas filhas também afetadas, mas 100% de seus filhos do sexo masculino são normais; já as mulheres afetadas podem ter 50% de seus filhos de ambos os sexos também afetados.;

- o fenótipo aparece em todas as gerações;

- mulheres afetadas casadas com homens não afetados passam a condição para a metade de seus filhos e filhas.

A herança dominante ligada ao X pode ser confundida com a herança autossômica dominante, ao exame de prole das mulheres afetadas. Ela se distingue, no entando, pela descendência dos homens afetados: todas as filhas são afetadas, mas nenhum dos filhos o é.

Exemplo de doença: raquitismo

Referência Bibliográfica:
BORGES-OSORIO, Maria Regina; ROBINSON, Wanyce Miriam. Genética Humana. Porto Alegre:

Ciclo I - Modulo II - Bioquímica (Hemoglobina e Mioglobina)

HEMOGLOBINA

Transporte de Oxigênio


O transporte de oxigênio dos pulmões aos tecidos é efetuado pela hemoglobina presente nas hemácias. O CO2 produzido pelos tecidos é convertido a ácido carbônico, que se ioniza em bicarbonato e H+. O bicarbonato é transportado pelo sangue até os pulmões, onde é eliminado como CO2; os íons H+ são removidos pela hemoglobina. Dessa forma, ela também exerce poderoso efeito tampão, impedindo que os íons H+ possam alterar o pH do sangue, com consequencias danosas para o organismo. Deste modo, embora haja grande produção de CO2 pelos tecidos, a presença da hemoglobina restringe as variações de pH a apenas centésimos de unidades, mantendo o sangue e os tecidos em meio notavelmente constante.

A partir de moléculas nutrientes produz nos tecidos o CO2 (origem: glicose e gordura). E liberado no sangue para ser excretado pelos pulmões. No sangue ele reage com a água.

CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HOO3- = HOO3- + H+ = H2CO3 = CO2 = pulmões
ácido carbônico = bicarbonato

A hemoglobina é capaz de se transformar porque se liga no oxigênio.

Estrutura e Função da Hemoglobina

A hemoglobina é encontrada exclusivamente nos eritrócitos, onde sua principal função é transportar oxigênio dos pulmões até os capilares dos tecidos. A hemoglobina A, a principal hemoglobina em adultos, é composta por quatro cadeias polipeptídicas - duas cadeias alfa e duas cadeias beta - mantidas unidas por meio de ligações não-covalentes. Cada cadeia tem estrutura primária, secundária e terciária. O ferro do heme faz a ligação entre o heme e a cadeia. As cadeias estão ligadas entre si. Cada subunidade contém segmentos de estrutura em hélice alfa, além de uma fenda, ou bolso, onde se liga o grupo heme. A molécula tetramérica da hemoglobina, no entanto, é estrutural e funcionalmente mais complexa do que a mioglobina. Por exemplo, a hemoglobina pode transportar CO2 dos tecidos até os pulmões e pode carregar quatro moléculas de O2 dos pulmões às células dos tecidos do corpo. Além disso, as propriedades de ligação do oxigênio na hemoglobina são reguladas por interações com efetores alostéricos.

O heme é um complexo entre a protoporfirina IX e o íon ferroso (Fe2+). O ferro está preso no centro da molécula do heme por meio de ligações aos quatro nitrogênios do anel porfirínico. O Fe2+ do heme pode formar duas interações adicionais, uma de cada lado do plano do anel porfirínico.

Funciona tanto como um reservatório de oxigênio quanto como um carreador de oxigênio dentro da célula muscular.

Tem que ser íon ferroso porque o íon férrico não é capaz de transportar oxigênio.

Na hemoglobina e na mioglobina, as duas hemeproteínas mais abundantes em humanos, o grupo heme serve para ligar, de forma reversível, o oxigênio. Ou seja, a hemoglobina é capaz de transportar porque se liga no oxigênio.

Para cada molécula de Hb, existem 4 átomos de ion ferroso (Fe2+). Portanto, cada molécula de Hb contém 4 (quatro) moléculas de oxigênio.

A hemoglobina tem mais afinidade com o monóxido de carbono do que com o oxigênio.

O que faz a hemoglobina ligar com o oxigênio é o fato de ter muito oxigênio. Ou seja, se tiver mais monóxido de carbono do que oxigênio, a hemoglobina fará a ligação com o monóxido de carbono levando para a célula.

Forma R: Uma molécula de hemoglobina totalmente oxigenada contém quatro moléculas de O2 e é denominada oxi-hemoglobina. Encontra-se na forma relaxada, frouxa, na qual as cadeias polipeptídicas tem maior liberdade de moviementos. É a forma de alta afinidade pelo oxigênio da hemoglobina.

Forma T: A forma desprovida de oxigênio é chamada desoxi-hemoglobina. Encontra-se na forma tensa. É a forma de baixa afinidade pelo oxigênio da hemoglobina. A forma T é a forma de baixa afinidade pelo oxigênio.



Hemeproteínas Globulares
O grupo prostético heme é o sítio de ligação do oxigênio

Hemeproteínas são um grupo especializado de proteínas as quais contém heme como grupo prostético.

O grupo prostético heme é o sítio de ligação do oxigênio.

Cada cadeia da hemoglobina está associada a um grupo prostético chamado heme. A heme permanece no estado ferroso. O heme confere a hemoglobina, e ao sangue, sua cor característica.

O grupo heme, em cada subunidade, localiza-se dentro de uma cavidade hidrofóbica, delimitada por aminoácidos apolares. Este ambiente apolar torna possível a ligação do oxigênio ao ferro (Fe2+), sem que ele seja oxidado ao esado férrico (Fe3+).

A heme são proteínas conjugadas cujo grupo prostítico é o Heme.

Uma molécula de hemoglobina totalmente oxigenada contém, portanto, quatro moléculas de O2 e é denominada oxiemoglobina (oxi-Hb ou HbO2), em contraposição à forma desprovida de oxigênio, chamada desoxiemoglobina (desoxiHb ou Hb). A ligação do oxigênio ao grupo heme altera a cor da hemoglobina, que passa de azulada (sangue venoso) a vermelha (sangue arterial).



A ligação de oxigênio desencadeia alterações na conformação da hemoglobina

A oxigenação da hemoglobina determina alterações estruturais sequenciais. O pequeno deslocamento do ferro, causado pela ligação do oxigênio ao grupo heme de uma subunidade, dispara uma sequencia de eventos mecanicamente transmitidos, que alteram a estrutura quartenária da hemoglobina.

Local de ligação do ferro com o oxigênio

O monóxido de carbono pode se ligar ao local de ligação do ferro com o oxigênio, com afinidade ainda maior que o próprio oxigênio, que é, portanto excluído.

Estes compostos ligam-se ao ferro do grupo heme da mioglobina e hemoglobina, o que explica sua alta toxidez para os organismos aeróbicos.

A hemoglobina liga-se ao oxigênio cooperativamente

A curva de dissociação do oxigênio da hemoglobina tem forma sigmoidal, indicando que as subunidades cooperam na ligação do oxigênio. A ligação cooperativa do oxigênio as quatro subunidades da hemoglobina significa que a ligação de uma molécula de oxigênio a um dos grupos heme auemtana afinidade pelo oxigênio dos grupos heme restatnes na mesma molécula de hemoglobina. Esse efeito é denominado interação heme-heme. Embora seja mais difícil para a primeira molécula de oxigênio ligar-se a hemoglobina, a ligação subsequente de oxigênio ocorre com alta afinidade, como demonstrado pela curva rapidamente ascendente.

A hemoglobina liga-se ao oxigênio cooperativamente: a ligação da primeira molécula de oxigênio facilita o preenchimento dos outros grupos heme.

A ligação do oxigênio, implica em rearranjos moleculares sucessivos, são movimentos coordenados que determinam a dinâmica de oxigenação da hemoglobina: a ligação da primeira molécula de oxigênio facilita o preenchimento dos outros grupos heme.

Depois que a Hb faz ligação com o oxigênio, ele muda sua conformação (formas das cadeias). Através de ligações iônicas de Hidrogênio.



Fatores que interferem na ligação com oxigênio

As hemácias contém um conjunto que diminui a afinidade da hemoglobina por oxigênio
A hemoglobina de mamíferos, quando presente nas hemácias, tem afinidade menor por oxigênio do que quando purificada.

MIOGLOBINA

Estrutura e função da mioglobina

A mioglobina, uma hemeproteína presente no coração e no músculo esquelético, funciona tanto como um reservatório de oxigênio quanto como um carreador de oxigênio que aumenta a velocidade de transporte de oxigênio dentro da célula muscular. A mioglobina consiste em uma única cadeia polipeptídica, a qual é estruturalmente similar a uma das cadeias polipeptídicas individuais que constituem as subunidades da molécula da hemoglobina. Essa homologia torna a mioglobina um modelo útil para interpretar algumas das complexas propriedades da hemoglobina.

Não tem estrutura quartenária. Somente tem primária, secundária e terciária. É dosada quando sentimos dor no coração (infarto).

Está dentro das células dos músculos cardíacos e músculos esqueléticos.

A hemoglobina tem que transferir oxigênio para a mioglobina.

Cada molécula de mioglobina pega apenas uma molécula de oxigênio.



Curva de dissociação do oxigênio

A afinidade da mioglobina com o oxigênio é diferente da hemoglobina. A afinidade dela é maior que a hemoglobina. A curva de dissociação do oxigênio da mioglobina possui uma forma hiperbólica. Isso reflete o fato de que a mioglobina liga-se reversivelmente a apenas uma molécula de oxigênio.

Hemoglobina: em baixa concentração de oxigênio menos saturação.
Mioglobina: em baixa concentração de oxigênio mais saturação.

A mioglobina não poderia substituir a hemoglobina por causa da sua afinidade com o oxigênio. Ela não liberaria molécula de oxigênio.

A hemoglobina foi escolhida justamente por ser colaborativa.

A hemácia faz o transporte do oxigênio para a hemoglobina porque ela não tem mitocôndria (onde fica o oxigenio).

O que explica como as pessoas sobrevivem com pouco oxigênio é o BPG. A hemoglobina deles não ficam 100% oxigenada. O BPG fará que diminua a afinidade pelo oxigênio na hemoglobina para que ela libere oxigênio para o corpo. A hemácia produz mais BPG.

O papel fisiológico da hemoglobina é aumentar substancialmente a liberação de oxigênio nos tecidos extrapulmonares.



METAHEMOGLOBINA
Quatro subunidades = quatro cadeias polipeptídicas associadas através de ligação não covalentes. Cada subunidade está dissociada a uma heme.

O O2 para ser transportado, liga-se ao Fe2+.


radicais livres e certas drogas captam eletron do Ferro


Indivíduos com deficiência de redutase (enzima) tem o Cu2+ (azul) e Cu+1 (vermelho tijolo)




A LIGAÇÃO DE OXIGÊNIO A HEMOGLOBINA DEPENDE DO PH: EFEITO BOHR

Ligação de CO2:

O monóxido de carbono (CO) liga-se fortemente ao ferro da hemoglobina, formando carboxiemoglobina (HbCO). Quando o monóxido de carbono liga a um ou mais dos quatro grupos heme, a hemoglobina muda para a conformação relaxada, de modo que os grupos remanescentes ligam-se ao oxigênio com maior afinidade. Isso leva ao deslocamento da curva de saturação para a esquerda, mudando o formato sigmoidal da curva para o formato hiperbólico. Como resultado, a hemoglobina afetada é incapaz de liberar o oxigênio para os tecidos. (Nota-se que a afinidade da hemoglobina pelo CO é 220 vezes maior do que para o oxigênio). Consequentemente, mesmo concentrações mínimas de monóxido de carbono no meio podem produzir concentrações tóxicas de carboxiemoglobina no sangue. A toxidade do monóxido de carbono parece resultar da combinação de hipóxia tecidual e de dano celular direito mediado pelo monóxido de carbono. O envenenamento por monóxido de carbono é tratado com terapia de 100% de oxigênio, que facilita a dissociação do CO da hemoglobina.

Para cada valor de pO2 considerado, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio varia com o pH, mesmo dentro de estritos limites fisiológicos de variação do pH: é tanto menor quanto menor o pH.

- O oxigênio vai para o pulmão, junta-se com a hemoglobina;
- Os dois juntos formam um composto que é a hemoglobina oxigenada;
- A hemoglobina oxigenada (HHbO2) faz uma troca com o oxigênio da seguinte maneira: deixa os seus H+ (íons H+) no pulmão e fica com o oxigênio;
- Ficando oxigenado, esses íons se reagem com íons bicarbonato (HCO3) forma-se o ácido carbônico (H2CO3);
- O ácido carbônico (H2CO3) sofre ação da nidrase carbônica (uma enzima) e é quebrado em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O);
- O dióxido de carbono (CO2) é eliminado pela respiração;
- Depois que a hemoglobina pega o oxigênio vai para a célula (oxigenada) chegando na célula para liberar o oxigênio ela pega os íons H+ e dá oxigênio para o tecido;
- O tecido libera o CO2 (que é o resultado das reações do metabolismo das células);
- Esse CO2 reage com a água e gera um produto final que o ácido carbônico;
- O ácido carbônico será dissociado em íons H+ e íons bicarbonato e aí inicia-se todo o processo novamente: a hemoglobina volta para o pulmão com os íons H+ e sem o oxigênio e ...

OBS: o que transforma o CO2 e H2O em ácido carbônico é a nidrase carbônica.

HEMOGLOBINA FETAL

Hemoglobina fetal (HbF): a HbF é um tetrâmero, consistindo em duas cadeias alfa idênticas àquelas encontradas na HbA, mais duas cadeias gama (Y) - alfa 2 y 2
Hemácias de sangue fetal têm uma afinidade maior pelo oxigênio do que as hemácias maternas.

HEMOGLOBINAS ANORMAIS

Hemoglobinas com sequências alteradas de aminoácidos:
1 - Anemia Falciforme (HbS): as alterações causam privação de oxigênio.
2 - Doença da Hemoglobina C (HbC)

Produção Diminuída de Hemoglobina normal:
3 - Síndrome de Talassemia:
As talassemias são doenças hemolíticas hereditárias, nas quais ocorre um desequilíbrio na síntese das cadeias de globinas.
Nas talassemias, a síntese de uma cadeia alfa ou beta é defeituosa.
Pode ser causada por uma série de mutações, incluindo deleções de um ou vários nucleotídeos no DNA.
Pode ser classificada como um distúrbio no qual não são produzidas cadeias de globinas, ou como um distúrbio no qual algumas cadeias são sintetizadas, porém em velocidade reduzida.

Resumo:

A hemoglobina A, a principal hemoglobina de adultos, é composta de quatro cadeias polipeptídicas (duas cadeias alfa e duas betas) mantidas unidas por interações não-covalentes. As subunidades ocupam posições diferentes na desoxiemoglobina, se comparadas com a oxiemoglobina. A forma desoxi da hemoglobina é chamada de T ou forma tensa. Ela apresenta restrições estruturais, que limitam o movimento das cadeias polipeptídicas. A forma T é a forma de baixa afinidade pelo oxigênio da hemoglobina. A ligação do oxigênio da hemoglobina causa a ruptura de algumas ligações iônicas e pontes de hidrogênio. Isso leva a uma estrutura chamada R ou forma relaxada, na qual as cadeias polipeptídicas possuem maior liberdade de movimento. A forma R é a forma de alta afinidade pelo oxigênio da hemoglobina. A curva de dissociação da hemoglobina tem forma sigmoidal (em contraste com a da mioglobina, a qual é hiperbólica), indicando que as subunidades ligam o oxigênio de forma cooperativa. A ligação cooperativa do oxigênio pelas quatro subunidades da hemoglobina significa que a ligação de uma molécula de oxigênio a um dos grupos heme aumenta a afinidade pelo oxigênio dos grupos heme remanescentes na mesma molécula de hemoglobina. A habilidade d leigar reversivelmente oxigênio da hemoglobina é afetada pelo pO2 (pressão de oxigênio por meio de interações heme-heme), pelo pH do meio, pela pCO2 e pela disponibilidade de quando o pH diminui ou quando a pCO2 aumenta (Efeito Bohr), como acontece em um músculo em exercício, e a curva de dissociação do oxigênio é deslocada para a direita. Quando necessário, o BPG liga-se a Hb e diminui sua afinidade pelo oxigênio, dessa forma também deslocando a curva de dissociação para a direita. O monóxido de carbono (CO) liga-se fortemente ao ferro da hemoglobina, formando carboxiemoglobina, HbCO.

Referências Bibliográficas:

CHAMPE, Pamela C.; HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R. Bioquímica Ilustrada. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.

MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo B. Bioquímica Básica. 3 ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan S.A., 2007.

Exercícios - Bioquímica (Proteínas) - Ciclo I - Modulo II

1)Definir proteína e dizer quais são os produtos de hidrólise total de uma proteína.

Proteínas: são compostos orgânicos de alto peso molecular, formadas de aminoácidos. Representam cerca de 50% a 80% do peso seco da célula sendo, portanto, o composto orgânico mais abundante de matéria viva.

A hidrólise completa dessas proteínas produz unicamente aminoácidos.

2)Explicar a existência de milhares de proteínas diferentes uma vez que toda proteína é constituída dos mesmos 20 aminoácidos.

Todas as proteínas, com poucas exceções, contêm todos os 20 aminoácidos, em proporções que variam muito de proteína para proteína. Cada proteína apresenta uma estrutura espacial definida e característica. Apesar de existirem inúmeras conformações teoricamente possíveis, todas as moléculas de uma dada proteína, ao serem sintetizadas, assumem a mesma conformação espacial, mostrando que esta é a conformação de menor energia livre, ou seja, a conformação energeticamente mais favorável nas condições celulares. Esta conformação, entretanto, não é permanentemente fixa, e, muitas vezes, alterações transitórias da estrutura estão relacionadas com a função desempenhada pela proteína.

3)Escrever as funções que as proteínas podem desempenhar nas células vivas? Para cada função citada dê um exemplo de uma proteína.

As funções que desempenham são estruturais e dinâmicas.

.Funções biológicas das proteínas: Transporte-> hemoglobina que transporta oxigênio para os tecidos e mioglobina no sangue e músculos.

.Contratilidade: actina e miosina que atuam na contração muscular.

.Estrutural ou de Sustentação: queratina e colágeno que formam os componentes do esqueleto celular.

.Defesa: imunoglubinas e o interferon, que atuam no combate a infecções bacterianas e virais.

.Catalise Enzimática: catalisam as milhares de reações químicas extraordinariamente diversas que ocorrem no organismo.

.Regulação Metabólica: insulina e glucagon que atuam no controle global do metabolismo, devido à sua ação hormonal.

4)Definir aminoácidos.

Os aminoácidos são compostos que apresentam, na sua molécula, um grupo amino (-NH ) e um grupo carboxila (-COOH). Em pH fisiológico, esses grupos estão na forma ionizada: -NH , -COO e –NH .

5)Escrever a fórmula geral de um aminoácido, citando os componentes dessa fórmula.

Os aminoácidos tem uma fórmula básica comum, na qual os grupos amino e carboxila estão ligados ao carbono , ao qual também se liga um átomo de hidrogênio e um grupo variável chamado cadeia lateral ou grupo R:

6)Os aminoácidos encontrados nas proteínas são denominados alfa L aminoácidos. Explicar por que são assim denominados.

Os aminoácidos com carbono assimétrico apresentam dois isômeros opticamente ativos: formas D e L. Todas as proteínas encontradas nos seres vivos são formados por L-aminoácidos, ou seja, o grupo amino (H N) tem que estar sempre do lado esquerdo do carbono .

7)Diferenciar um aminoácido do outro.

Os aminoácidos diferem entre si pela estrutura da cadeia lateral.

8)Classificar os aminoácidos de acordo com a polaridade da cadeia lateral.

São classificados em duas grandes categorias: apolares (grupo R hidrofóbicos) e aminoácidos polares (grupo R hidrofílicos).

Os aminoácidos apolares têm grupos R constituídos por cadeias orgânicas com caráter de hidrocarboneto, que não interagem com a água. Pertencem a este grupo: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina, fenilalanina e triptofano.

Aminoácidos Polares: são os que têm nas cadeias laterais, grupos com carga elétrica líquida ou grupos com cargas residuais, que os capacitam a interagir com a água. Estes aminoácidos são subdivididos em três categorias, segundo a carga apresentada pelo grupo R em soluções neutras: aminoácidos básicos, se a carga for positiva; aminoácidos ácidos, se a carga for negativa; e aminoácidos polares sem carga, se a cadeia lateral não apresentar carga líquida. Os aminoácidos básicos são: lisina, arginina e histidina. Os aminoácidos ácidos são os dicarboxílicos: aspartato e glutamato. Os aminoácidos polares sem carga são: serina, treonina e tirosina, com um grupo hidroxila na cadeia lateral; asparagina e glutamina, com um grupo amida; e cisteína, com um grupo sulfidrila.

9)Definir aminoácidos protéicos, não protéicos, modificados e essenciais.

.Aminoácidos modificados: esses aminoácidos exóticos formam-se por alterações enzimática de aminoácidos usuais, após incorporação na cadeia polipeptídica, durante a síntese da proteína.

.Aminoácidos não protéicos: estes componentes são designados grupos prostéticos, e as proteínas, neste caso, são chamadas proteínas conjugadas. O grupo prostético é de natureza variável, podendo ligar-se a cadeia polipeptídica covalente ou não covalentemente.

.Aminoácidos essenciais: possuem esqueletos de carbono que seres humanos não podem sintetizar, podendo obter apenas a partir da dieta.

10)Um aminoácido com um grupo ionizável na cadeia lateral, como por exemplo, a lisina pode apresentar 4 formas iônicas diferentes. Explicar por que. De que depende a predominância de cada forma?

A lisina apresenta grupos ionizáveis na forma desprotonada (-COO ,-NH ). A predominância de cada forma depende do pH do meio em que se encontram.

11)De que resulta a carga elétrica total da molécula de aminoácido?

A carga elétrica total da molécula de um aminoácido resulta da soma algébrica das cargas apresentadas pelos seus grupos ionizáveis, que, por sua vez, dependem dos valores de seus pKa e do pH do meio. Assim, o grupo carboxila pode apresentar-se sem carga negativa; o grupo amino é neutro ou tem carga positiva.

12)Definir pI de um aminoácido.

Para cada proteína existe um determinado valor de pH- chamado ponto isoelétrico (pI), no qual o número de cargas positivas equivale ao número de cargas negativas. Neste pH, a molécula é eletricamente neutra, como acontece com as moléculas de aminoácidos. As proteínas exibem valores de pI característicos que refletem a proporção entre aminoácidos ácidos e básicos em sua composição.

13)Definir ligação peptídica e dizer como ela é formada.

Ligação peptídica é uma ligação entre o grupo carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro.Essa ligação é obtida por exclusão de uma molécula de água.

Quimicamente, a formação da ligação peptídica pode ser representada pela seguinte equação:

14)Definir cadeia polipeptídica, oligopeptídio e polipeptídio.

.Cadeia polipeptídica: cadeia constituída por unidades planares (unidades peptídicas- C-O,N,H) , unidas entre si por uma articulação flexível- o carbono .

.Cadeia oligopeptídio: polímeros contendo até 30 aminoácidos.

.Cadeia polipeptídio: quando apresentam um número maior que 30 aminoácidos.

15)Dada uma cadeia polipeptídica simplificada, assinalar os resíduos N e C terminal. Asp-ala-ser-val. Classificar a molécula de acordo com o número de resíduos de aminoácidos. Escrever a fórmula química desse oligopeptídio e assinalar com um círculo os grupos ionizáveis.

Exercícios sobre Proteínas

1) Classificar as proteínas de acordo com sua forma.

As proteínas podem ser de estrutura primária, secundária e terciária.

2)Definir proteínas fibrosas e globulares.

Proteínas fibrosas tem forma alongada, são geralmente insolúveis e desempenham papel basicamente estrutural nos sistemas biológicos (queratina e colágeno). Proteínas globulares apresentam umam ou mais cadeias polipeptídicas organizadas em uma forma final aproximadamente esférica. São geralmente solúveis e desempenham várias funções dinâmicas.

3) Definir alfa queratinas. Dar exemplos de alfa queratinas. Onde podem ser encontradas? S

ão duas ou tres cadeias em alfa hélice formando fibrilas e fibras. Em cabelos, lã, fibras.

4) Como as alfas queratinas podem se associar? Qual o tipo de ligação química envolvida nessa associação, mais freqüentemente?

Se associam através de ponte dissulfeto.

5) O que é uma beta queratina?

As fibras são formadas por empilhamento de folhas beta pregueada.

6) Qual é a conformação típica da molécula do colágeno? Por que o colágeno tem essa conformação? Qual a função do colágeno? Onde ele pode ser encontrado?

Funções mecânicas e de susentação do tecido conjuntivo, que se distribui por cartilagens, tendões, matriz ossea e pele, mantém, ainda, a estrutura e a elasticidade dos sistema vascular e de todos os orgãos.

7) Definir gelatina e discutir se a gelatina é uma boa fonte de aminoácidos essenciais.

Quando a estrutura do colágeno é rompida por aquecimento, a proteína fica desenrolada e mais solúvel.

8) Definir estrutura primária de proteínas.

Formada por cadeia linear. A cadeia peptídica é que eestabiliza a estrutura primária. Não possui alfa hélice e nem folha beta pregueada.

9) Descrever as estruturas regulares, alfa hélice e folha beta pregueada, que compõem a estrutura secundária das proteínas globulares.

Uma hélice é estabilizada por uma ampla formação de pontes de hidrogênio entre os átomos de oxigênio das carbonilas e os hidrogênios das amidas das ligações peptídicas que compõem o esqueleto polipeptídico. A folha B é uma estrutura na qual todos os componentes da ligação estão envolvidos com pontes de hidrogênio. Por possuirem uma aparencia pregueada é que são denominadas Folhas B pregueadas. São formadas por duas ou mais cadeias peptídicas ou segmentos de cadeias polipeptídicas, as quais apresentam-se quase totalmente estendidas.
Folhas paralelas e antiparalelas: uma folha B pode ser formada por duas ou mais cadeias polipeptídicas ou segmentos de cadeias polipeptidicas separados, dispostos de forma antiparalela um ao outro ou de forma paralela.

10) Definir estrutura secundária de proteínas. Citar exemplos de proteínas que tenham apenas estrutura secundária e de proteínas que possuem algum conteúdo de estrutura secundária.

Tem uma organização mais específica. Tem formação de alfa hélice e/ou folha beta pregueada. Todas as duas são estabilizadas por pontes de hidrogênio. Proteínas que tem apenas estrutura secundária: Proteína fibrosa (queratinas). Proteínas que possuem algum conteúdo de estrutura secundária: Proteína globular.

11)Explicar por que nem todas as proteínas apresentam apenas estrutura secundária.

Porque as pontes de hidrogênio podem não conseguir fazer ligações ou em alfa hélice ou em folha beta pregueada e ficarem dobradas.

12) Definir estrutura terciária e quaternária das proteínas. Quais são as ligações químicas envolvidas na estabilização da estrutura terciária ? e da quaternária?

Terciária: além de ter folha beta pregueada e alfa hélice, sua estrutura é em formato de um novelo. Fica enovelado. Ligações quimicas: ligação ionica, ponte de hidrogênio, interações hidrofóbicas e pontes dissulfeto. A quarternária possue duas ou mais estruturas terciárias juntas. Exemplo: hemoglobina.

13) Definir proteínas conjugadas. Definir grupo prostético. Dar exemplos de proteínas conjugadas.

As proteínas conjugadas são constituídas por aminoácidos mais outro componente não-protéico. Grupo prostético é qualquer outro componente não-protéico. Cromoproteínas, Fosfoproteínas, Glicoproteínas, Lipoproteínas.

14) O que é conformação nativa de proteínas? Definir desnaturação.

É a conformação mais estável que a molécula pode assumir e reflete um equilíbrio delicado entre as interações ocorridas no interior da molécula protéica e entre esta e o meio. Desnaturação resulta no desdobramento e na desorganização das estruturas secundárias e terciárias, onde ocorre a perda total da estrutura tridimensional da proteína.

15) Explicar como a desnaturação pode ser provocada experimentalmente.

Aquecimento, extremos de pH, uréia e detergentes. Essas reações fazem romper as ligações peptídicas.

17) O que é escorbuto e quais são as manifestações clinicas dessa doença.

É a deficiência de vitamina C na dieta. As manifestações clínicas dessa doença correlacionam-se com a síntese de moléculas de colágeno menos estáveis.

18) O que garante o enovelamento correto da maioria das proteínas?

As chaperonas. Que tem o papel de garantir o enovelamento correto.

19) O que acontece com uma proteína que não foi enovelada corretamente?

Ela perde sua função.

20) Qual é o agente infeccioso da doença popularmente conhecida como “doença da vaca louca”?

É uma proteína chamada Príon.

21) Escrever as características desse agente infeccioso e o mecanismo provável da infecção.

O agente sofre modificações em sua estrutura. O mecanismo provável da infecção é que a interação da molécula PrP infecciosa com uma normal faz com que a forma normal adquira a forma contagiosa.

Ciclo I - Modulo II - Genética (Alterações Cromossômicas)

CONTEXTO

Primeira escrita sobre genética: 520 a.C.
1500 - primeiro microscópio
1665 - descobrimento da célula
1800 - "todo ser vivo é composto por célula"
1865 - princípio da hereditariedade. Formalizado em 1900
1869 - DNA isolado da célula
1902 - nasce a genética clínica
1944 - descobriu que o gene é feito de DNA
1959 - avanços da citogenética = cromossomos


DNA - MOLECULA
Controla e é responsável pelo funcionamento de todos os seres vivos. Com exceção dos virus que alguns possuem o RNA ao invés do DNA.

OBS: 1% de diferença do DNA dá a total diferença por exemplo entre o ser humano e o chipanzé.

Cada célula desempenha uma função mas tem o mesmo DNA (o DNA é único).

O DNA controla o funcionamento de cada uma das células e para determinar isso depende do GENE que está naquela célula. O DNA também é responsável pela síntese das proteínas necessárias ao funcionamento celular.

Toda célula contém os mesmos genes, a diferença está que os genes que não são importantes para alguma célula, ficam desligados.

Genes: pedaços de DNA. Os genes estão nos cromossomos. Cada uma das células tem 30.000 genes. 30.000/46 = 800 genes. Ou seja, cada cromossomo pode realizar 800 funções.


CROMOSSOMO

São estruturas filamentosas localizadas no interior do núcleo das células. Os cromossomos contêm os genes que são os transmissores das características hereditárias. São formados de DNA e proteínas. Cromossomo - genes - DNA e proteínas.

O mais estável componente dos cromossomos é o ácido desoxirribonucléico (DNA). Associadas a ele há outras substâncias, especialmente proteínas básicas, como histonas e protaminas.


FORMAÇÃO DE GAMETAS

Da união de um espermatozóide haplóide (23 cromossomos) com um óvulo também haplóide origina-se um zigoto, com o número diplóide dda espécie (46 cromossomos).

Conceito:
Haplóide: 23 cromossomos
Diplóide: 46 cromossomos
Triplóide: 69 cromossomos
Tetraplóide: 92 cromossomos
Monossomia: 45 cromossomos
Trissomia: 47 cromossomos
Euploidia pode ser: normal (23 ou 46 cromossomos) ou aberrante (poliplóide - 69 ou 92 cromossomos)
Aneuploidia pode ser: monossomia ou trissomia.
Múltiplo de 23 é classificado como Euploide, se não é múltiplo de 23 é Aneuploide.
A meiose é a causadora das aneuploidias. E na grande maioria das vezes, o gameta materno é o causador de anomalias.
A celula humana não suporta monossomia, exceto se for do par sexual.


PRINCIPAIS ANEUPLOIDIAS HUMANAS

SINDROME DE DOWN

Os pacientes são suscetíveis a infecções das vias respiratórias. Cerca de 40% dos casos apresentam cardiopatia congênita (comunicações interauricular e interventricular, persistência de conduto arterial). São também relativamente comuns os defeitos de tubo digestivo (fístula traqueolesofágica, hérnia diafragmática, estenose pilórica e atresia duodenal), causa frequente de morte durante o primeiro mês de vida. Aproximadamente 10% dos pacientes apresentam epilepsia e a leucemia incide 15 a 20 vezes mais neles do que nos controles.
Bioquimicamente possuem níveis elevados de purinas, aumento de ácido úrico no soro e da fosfatase alcalina em leucócitos e das enzimas desidrogenase láctica (LDH), glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) nas hemácias e superóxido dismutase-1 (SOD-1) no soro. Estão diminuídas a atividade da monoamino oxidase (MAO) plaquetária e a excreção urinária de ácido xanturêmico.

OBS: musculatura flácida, inclusive do aparelho digestivo. É necessário uma alimentação balanceada.

Principais características:
- Trissomia do 21 (47, XY +21)
- Prevalência 1/800 nativivos
- Ponte nasal baixa, fendas palpebrais elevadas, orelhas pequenas e dobradas, maxilar achatado, retardo mental moderado a grave, defeitos cardíacos estruturais.
- Causas: 85 a 95% por não disjunção principalmente nas mães e 5% por translocações cromossomicas.
- Mosaicismo em 1 a 3% dos casos
- Pesquisa por genes específicos 21


SINDROME DE EDWARDS

Os defeitos de órgãos internos incluem: defeitos de septo ventricular e persistência de conduto arterial, anomalias renais e do aparelho reprodutor. Também podem ocorrer hérnias umbilical e inguinal e artéria umbilical única.
É uma síndrome muito mais severa do que a Síndrome de Down. Retardo mental severo e dificilmente ultrapassam o primeiro ano de vida.

Principais características:
- Trissomia do 18 (47, XY +18)
- Presença de um cromossomo 18 extra
- Prevalêcia 1/6000 nativivos, porém a mais comum em natimortos com malformação congênita
- Deficiência de crescimento pré-natal, dedos da mão suuperpostos, orelhas de baixa implantação e malformadas, defeitos cardíacos, retardo mental acentuado.
- Causas: 90% por não disjunção principalmente nas mães
- Mosaicismo


SINDROME DE PATAU

Ocorrem com frequencia elevada, defeitos congênitos graves dos órgãos internos: fusão dos hemisférios cerebrais, arrinencefalia, defeitos cardíacos (principalmente de septo), do tudo digestivo e de aparelho genitourinário.
Tem dificuldade de alimentação. São comuns crises de apnéia, cianose e convulsões.
Retardo mental sempre severo.

Principais características:
- Trissomia do 13 (47, XY +13)
- Prevalência 1/10000 nativivos
- Fendas orofaciais, microftalmia, polidactilia pós-axial e malformações no SNC (Sistema Nervoso Central).
- Causas: 80% trissomia total do 13
- Translocação gerando trissomia do braço longo do 13


SINDROME DE TURNER

Principais características:
- Sexo feminino
- Prevalência 1/2500 a 1/5000 nativivos
- Estatura baixa, infantilismo sexual e disgenesia sexual (falta de ovário), pescoço alado, tórax largo, defeitos cardíacos renais.
- Causas: 80% erros meióticos do pai
- Presença de imprinting genômico (Mulheres com cromossomo paterno tem maior QI verbal)
- Não tem retardo mental. Se o X vir do pai (QI mais elevado), se o X vir da mãe (QI menos elevado).
- Única sindrome que o pai é o causador do erro.


SINDROME DE KLINEFELTER

Principais características:
- Sexo masculino (possui x + y)
- Prevalência 1/1000 nativivos
- Homens altos com pernas e braços desproporicionalmente longos, testículos pequenos, ginecomastia (1/3), QI mais baixo que a média
- Causas: 50% cromossomo X extra materno
- 15% mosaicos.
- QI mais baixo que a média.
- Pode ter XXXY, XXXXY, quanto maior o número de X maior o retardo mental.
- Somente consegue engravidar quando são mosáicos, ou seja, não é 100% Turner ou Klinefelter. 100% não tem ovário.


As outras sindromes são abordadas com raras exceções de sobrevivência.


ALTERAÇÕES ESTRUTURAIS

As alterações estruturais são mudanças na estrutura dos cromossomos, que resultam de uma ou mais quebras em uma ou mais cromossomos.

As quebras podem ocorrer espontaneamente ou pela ação de agentes externos, como radiações, drogas, vírus e etc.


ANOMALIAS ESTRUTURAIS

DELEÇÃO

Quebra e subsequente perda do seguimento cromossômico
nvolve perda de vários genes;
Ex.: Síndrome de cri du chat
–1/ 50.000 nativivos
–Retardo Mental
–microcefalia
–Sobrevida reduzida

Quando uma parte do cromossomo é deletado.

São perdas de segmentos cromossômicos, as quais podem ocorrer como resultado de uma simpes quebra ou de uma dupla quebra.

O efeito das deleções depende da quantidade e da qualidade do material genético perdido, mas geralmente as deficiências são danosas e produzem consequencias graves. Exemplo: síndrome do cri-du-chat ou miado de gato, causada pela perda de um segmento do braço curto do cromossomo 5.

DUPLICAÇÃO

Provocam a trissomia parcial de uma região do cromossomo;
Causadas por crossing-over desigual e translocações recíprocas
Geralmente mais bem suportado em quando comparado com deleções

Quando uma parte do cromossomo é duplicado. Trissomia parcial de uma região.

É a repetição de um segmento cromossômico, causando um aumento do número de genes.

As duplicações são mais comuns e menos prejudiciais do que as deficiências, concluindo-se que o excesso de genes geralmente é menos prejudicial do que a falta deles. Este tipo de alteração cromossômica estrutural é considerado importante sob o aspecto evolutivo, uma vez que genes duplicados podem por mutação, dar origem a novos genes, com novas funções.

Nas deleções e duplicações há alteração no número de genes.


INVERSÕES

Separação e união de um seguimento cromossomica invertido 180 º
Fenótipo depende dos genes interrompidos
O DNA é quebrado e ao invés de se ligar na posição correta, se liga em outra posição. Somente terão consequencias se no local que quebrou tinha algum gene. Esse gene é interrompido, não terá função.

É uma reorganização na sequencia dos genes, devida a duas quebras de um cromossomo, seguidas de soldadura do segmento quebrado aos pontos de quebra, mas em posição invertida, ou seja, o segmento gira 180 graus e liga-se novamente à origem.

As inversões são rearranjos balanceados e raramente causam problemas nos portadores, a menos que um dos pontos de quebra danifique um gene funcional importante. O cromossomo 9 apresenta uma inversão e parece não envolver qualquer importância funcional.

Entretanto, outras inversões que não causam qualquer problema clínico nos portadores podem causar significante desequilíbrio cromossômico para a descendência.

TRANSLOCAÇÕES

Troca entre cromossomos não homólogos;
Recíproca quando não houver perda de material
Fenótipo dependente dos genes interrompidos
Gera gametas não-balanceados

Troca entre cromossomos não homólogos. Um cromossomo de um par perde um pedaço, esse pedaço vai para outro cromossomo. Troca de pedaços de cromossomos.

Neste tipo de alteração há transferência de segmentos de um cromossomo para outro. As translocações ocorrem quando há quebra em dois cromossomos, seguida de troca dos segmentos quebrados. Envolvem geralmente alterações na ligação entre os genes.

A troca pode acontecer envolvendo trocas de segmentos entre os cromossomos que sofreram quebras e também quando o segmento de um cromossomos liga-se a outro, sem que no entanto, haja troca entre eles.

Existe também a translocação que envolve a troca de braços inteiros de cromossomos.


TRANSLOCAÇÕES ROBERTSONIANAS E A SINDROME DE DOWN

Funde os braços longos e rompe os curtos.
As duplicações são mais suportadas do que as deleções.
A leucemia é um exemplo de translocação.
Mudar o gene de lugar significa mudar a função desse gene.

Quando tem consequencias e quando não tem?
Uma pessoa com translocação não tem problema de saúde mas tem consequencias para gerar o gameta. Chance muito grande para gerar um feto com Síndrome de Down se for translocação do cromossomo 21. Também pode ter uma gravidez difícil. A pessoa translocada pode ser mãe ou pai.
Exemplo: Fusão entre o cromossomo 14 e 21. Translocação equilibrada.

Nas inversões e translocações há mudança na localização do gene.


ANGELMAN

o retardo mental pode ser moderado a grave. Tem um descontrole quanto ao riso. As vezes a pessoa pode rir tanto que chega a desmaiar. Essa anomalia é quando o cromosso deletado vem da mãe.



PRADER-WILLI

Geralmente morrem por causa da obesidade. Além de outras características totalmente diferentes. Essa anomalia é quando o cromossomo deletado vem do pai.




Referência Bibliográfica:
BORGES-OSORIO, Maria Regina; ROBINSON, Wanyce Miriam. Genética Humana. Porto Alegre: Editora ARTMED, 2002.