Bioquímica Essencial: Conceitos Fundamentais

Cárie Dentária: Causas e Mecanismos

A cárie é a destruição causada no dente devido à desmineralização. O biofilme (bactérias, restos de comida, matriz extracelular, saliva) adere aos dentes, formando um lugar propício para a fermentação da Streptococcus mutans, que tem como produto o ácido lático. Consequentemente, onde há o acúmulo de placa bacteriana, o pH fica muito baixo, causando, assim, a desmineralização. Entretanto, quando saudável, o pH normaliza por conta da lavagem da saliva (curva de Stephan). Em casos extremos, ocorre a seleção natural e apenas as bactérias acidófilas sobrevivem, tornando o caso ainda mais crítico.

Soluções Tampão e Titulação

Solução Tampão

Uma solução tampão impede a variação de pH. Parte da substância está protonada e parte encontra-se desprotonada.

Titulação

Titulação: exemplo: base forte titulando ácido fraco.

pH = pK

No pH = pK, estamos no meio da faixa de tamponamento, onde 50% da substância está protonada e 50% desprotonada (quando há apenas uma faixa).

Aminoácidos como Tampão

Os aminoácidos (AA) podem funcionar como tampão porque possuem grupamentos capazes de receber e doar prótons de acordo com o pH a que são submetidos, que são o grupamento carboxila (COO-) e amino (NH3+). Dessa forma, mantêm o pH estabilizado em alguns momentos de uma titulação.

Ordem de Perda/Doação de Prótons

A ordem do grupamento perder/doar prótons: o grupamento ácido prefere doar por já ser de sua natureza, enquanto o amino quer continuar ganhando. OBS: a quantidade de grupamentos capazes de liberar prótons é igual à quantidade de pK.

Curva de Titulação do Ácido Glutâmico

Na região 1, o ácido está completamente protonado com carga líquida = +1. O pK1 é o pH quando o primeiro grupamento é desprotonado; pela afinidade, é a carboxila alfa. O H+ que sai encontra-se com o OH- da base forte que está titulando a solução e forma água, gerando assim uma faixa de tamponamento. A carga líquida torna-se = 0.

Na região 2, o H+ que será desprotonado, por afinidade, sai do grupamento lateral R, que é uma carboxila. O pKr é o pH quando o próton do grupamento R está deixando a molécula de ácido glutâmico. A carga líquida torna-se então = -1. Também há pouca alteração no pH.

Na região 3, o H+ que se desprotona é o do grupamento amino, tornando a carga líquida -2 e mantendo o tamponamento. O pK2 é o pH quando esse H+ sai para formar água com o OH-.

Aminoácidos e Proteínas: Estrutura e Função

Classificação dos Aminoácidos (AA)

Os aminoácidos (AA) são classificados em:

• Apolares
• Aromáticos
• Polares sem carga
• Polares com carga positiva
• Polares com carga negativa

Organização na Proteína

Na organização na proteína, aminoácidos apolares e aromáticos são encontrados no centro (cerne), enquanto os polares (com e sem carga) ficam na superfície da proteína. Isso acontece devido à afinidade entre o aminoácido e o meio exterior, geralmente composto de água, uma substância polar que evita contato com substâncias apolares.

Ligação Peptídica

A ligação peptídica é uma ligação covalente que acontece entre o grupamento amino (NH3+) de um aminoácido e o grupamento carboxila (COO-) de outro aminoácido, liberando uma molécula de água (CO-NH). Forma um dipolo elétrico: o oxigênio puxa a nuvem eletrônica, assumindo caráter parcialmente negativo, e o nitrogênio, parcialmente positivo.

Estruturas Proteicas

Estrutura Primária

A estrutura primária é a sequência de aminoácidos.

Estrutura Secundária

A estrutura secundária é a formação de estruturas organizadas espacialmente:

• Alfa-hélice (espiral): O aminoácido estabelece pontes de hidrogênio com outro cerca de 4 aminoácidos à frente. Para isso acontecer, o AA1 precisa ter afinidade com o AA5. Há também forças de Van der Waals, estabelecidas pelos aminoácidos apolares encontrados no cerne da hélice. É uma estrutura muito estável.
• Folhas beta (leque ziguezague): Formadas por pontes de hidrogênio, conferem estabilidade e rigidez; podem ser paralelas ou antiparalelas.
• Voltas (torções): Conectam diferentes segmentos da proteína. Glicinas e prolinas são bons aminoácidos para as voltas. Também envolvem pontes de hidrogênio.

Estrutura Terciária

A estrutura terciária é o arranjo tridimensional das alfa-hélices, folhas beta e voltas. Envolve forças de hidrogênio e de Van der Waals, interações apolares e iônicas, e pontes de enxofre ou dissulfeto (entre duas cisteínas próximas).

Estrutura Quaternária

A estrutura quaternária ocorre quando a proteína possui mais de uma subunidade, por exemplo: dímeros, tetrâmeros, oligômeros.

OBS: Grupamentos não proteicos (grupo prostético) também podem constituir proteínas e ter papel relevante quanto à sua função, exemplo: o grupamento heme da hemoglobina.

Problemas em Mutações em Proteínas

• Mudança de sítio ativo de enzima: O sítio ativo de cada enzima tem seu substrato específico, seja pelo modelo chave-fechadura ou ajuste induzido. Quando ocorre uma mudança no sítio ativo da proteína, sua função é perdida devido ao seu alto nível de especificidade. Dessa forma, a reação a ser catalisada por ela não ocorre.
• Substituição de aminoácido polar por apolar: Uma mutação dessa afeta diretamente a estrutura organizacional da proteína, visto que aminoácidos polares se estabelecem na superfície da proteína, enquanto os apolares ficam no interior.
• Troca de cisteína que formava ponte dissulfeto: Essa ponte de enxofre é responsável por ligar dois pontos específicos da proteína. Trocando uma cisteína, a conformação esperada é alterada.

Proteínas Fibrosas

Proteínas fibrosas são proteínas em forma de filamento, exemplo: queratina (alfa-hélice mais compacta) e colágeno (tripla hélice).

Colágeno

As fibras de colágeno são fortes e insolúveis. Possuem 15% a 30% de prolinas e uma porcentagem de 4-hidroxiprolinas, sendo 30% glicinas (proteínas que são más formadoras de alfa-hélice, possuem estrutura muito rígida; entretanto, são boas formadoras de hélices helicoidais. O oxigênio da carboxila da prolina se liga ao grupamento amino da glicina). O centro é ocupado por glicinas (apolares). Os resíduos de prolina e 4-hidroxiprolina são volumosos e ficam na superfície da tripla hélice, conferindo, então, maior rigidez e resistência ao colágeno, auxiliando sua função que é formar cartilagens, dentes, etc.

Osteogenesis Imperfecta: Substituição de Glicina por AA Volumosos

Na Osteogenesis Imperfecta, a substituição de glicina por aminoácidos volumosos faz com que o centro da tripla hélice fique poroso, pois a glicina que deveria ficar no centro é trocada por um aminoácido volumoso que se encontra na periferia da proteína.

Proteínas Globulares

Em geral, as proteínas globulares são enzimas, funcionando também como transportadoras ou reguladoras, exemplo: hemoglobina (proteína alostérica – ligante chama outro ligante) e mioglobina. O grupamento (prostético) heme: ferro (Fe2+) (se liga ao O2) associado ao anel protoporfirina. Ele altera a cor quando oxigenado (vermelho vivo).

Enzimas: Função, Modelos e Regulação

Função

A função das enzimas é diminuir a energia de ativação, acelerando a velocidade da reação.

Modelo Chave-Fechadura

No modelo chave-fechadura, a enzima e o substrato encaixam-se de forma geométrica perfeitamente.

Modelo Ajuste Induzido

No modelo ajuste induzido, o substrato provoca alterações na conformação da enzima.

Atividade Enzimática Afetada pelo pH

Cada enzima tem seu máximo funcionamento em um pH ótimo. Isso se deve a grupamentos protonáveis presentes na molécula que podem estar diretamente ligados ao sítio ativo ou então à estabilidade da enzima.

Concentração de Substrato

Quanto maior a concentração de substrato, maior a atividade enzimática, até chegar ao ponto de saturação, onde todas as enzimas já estão ligadas a substratos.

Concentração de Enzima

Quanto maior a concentração de enzima, maior a atividade enzimática.

Significado de Km

O Km é uma constante que relaciona a velocidade de formação e dissociação do complexo enzima-substrato. Logo, relaciona o grau de afinidade que a enzima tem com aquele substrato. O Km e a afinidade enzimática por seu substrato são inversamente proporcionais.

Inibidores Enzimáticos

Inibidores Irreversíveis

Os inibidores irreversíveis ligam-se à enzima, modificam sua estrutura e inutilizam permanentemente a proteína.

Inibidores Reversíveis

Os inibidores reversíveis podem se dissociar da enzima sem danos. São divididos em:

• Competitivos: Competem pelo mesmo sítio ativo (o aumento da concentração de substrato aumenta as chances da competição pela quantidade e afinidade).
• Não-competitivos: Associam-se a outra parte da enzima, promovendo alteração enzimática (nem o aumento da concentração de substrato ajuda).

Lipoproteínas: Tipos e Funções no Transporte de Lipídios

Tipos de Lipoproteína

Todas as lipoproteínas são compostas de um centro apolar com triacilgliceróis (TAGs) e colesterol, envolvidos por lipídios anfipáticos (fosfolipídios), capazes de percorrer o sangue (que é uma substância aquosa) e associados a apolipoproteínas que garantem estabilidade para essa partícula composta por moléculas hidrofóbicas em um meio hidrofílico. Essas proteínas também permitem a interação dessa partícula com outras células, permitindo a entrega de lipídios a elas.

Quilomícrons

Os quilomícrons são as maiores lipoproteínas e possuem a menor densidade. Sua função é transferir triacilgliceróis para o tecido adiposo. Saem do intestino para o sangue, e uma lipase retira ácidos graxos do seu TAG interior para serem absorvidos pelo tecido adiposo. Com a menor quantidade de TAG, são direcionados para o fígado.

VLDL

As VLDL (lipoproteínas de muito baixa densidade) têm o mesmo tamanho dos quilomícrons e muito baixa densidade. Transportam os TAGs do fígado para os tecidos periféricos e, com a saída de ácidos graxos, tornam-se VLDL remanescente ou IDL, que perde mais ácidos graxos e torna-se LDL. A LDL é responsável pela redistribuição de colesterol ou, então, retorna para o fígado (o colesterol que estava junto com o TAG dentro da lipoproteína é reutilizado pelo fígado, por exemplo, na síntese de sais biliares, e ele também pode ser internalizado por outros tecidos pelas VLDLs de novo).

HDL

A HDL (lipoproteína de alta densidade), chamada de "colesterol bom", tem a função de diminuir a concentração de colesterol no sangue. São as menores lipoproteínas e as mais hidrossolúveis. São sintetizadas e secretadas pelo fígado e intestino com pouca quantidade de colesterol e vão adquirindo essa molécula enquanto circulam pelo sangue. Quando ricas em colesterol, retornam para o fígado. Realizam o transporte reverso do colesterol.

Albumina

A albumina é uma proteína que transporta ácidos graxos do tecido adiposo para os outros tecidos do corpo. É a proteína mais abundante no plasma sanguíneo e possui alta densidade. Após estímulo hormonal (glucagon), uma lipase degrada o TAG em glicerol e ácidos graxos que se ligam à albumina para serem distribuídos para outros tecidos.

Placas de Ateroma

Os quilomícrons, VLDL e LDL contribuem para a formação das placas de ateroma, pois transportam ácidos graxos dos tecidos para o sangue, enquanto o HDL retira o colesterol do sangue, auxiliando a não formação dessas placas. Estas placas são uma capa fibrótica sobre um centro rico em lipídios, causada por um quadro inflamatório decorrente de uma lesão no endotélio. Com uma grande quantidade de ácidos graxos no sangue, sua formação é facilitada.

Lipídios: Estrutura, Função e Tipos

Ácidos Graxos

Os ácidos graxos possuem uma cauda apolar (hidrocarboneto) e uma cabeça polar (carboxila).

Triacilglicerol

O triacilglicerol é composto por três ácidos graxos unidos por ligações éster a uma molécula de glicerol.

Função do Triacilglicerol (TAG)

As funções do TAG incluem:

• Proteção mecânica
• Isolamento térmico
• Transporte e absorção de vitaminas lipossolúveis (A, D, E, K)

Fosfolipídios

Os fosfolipídios possuem uma porção apolar (ácidos graxos) e uma porção polar (grupamento fosfato).

Esteróis

Os esteróis incluem o principal esteroide das membranas, o colesterol (que confere rigidez). Hormônios esteroides, como testosterona e estradiol, e ceras também são exemplos.

Micelas Lipossômicas vs. Membranas Bilipídicas

Ambas são formadas por fosfolipídios. As micelas lipossômicas possuem um centro apolar (ácidos graxos) e superfície polar (grupamento fosfato). Enquanto as membranas bilipídicas são compostas por duas fileiras de fosfolipídios paralelas, com os ácidos graxos voltados para o espaço entre elas.