Aula 3B Biomoleculas

Biologia Celular Molecular 2010-11

1

Biomoléculas


2

Sumário •  Organização molecular da célula •  Noção de molécula e macromolécula •  Açúcares •  Ácidos Nucleicos •  Proteínas e •  Lípidos

Aula N°3B

3 H;C;N;O constituem 99% do total do numero de átomos presentes no corpo Humano.


4

–  Protões •  Núcleo

– Neutrões

•  Electrões •  Orbitais Electrónicas •  Massa atómica •  Número atómico

Átomo

Os electrões da camada mais externa determinam como os átomos interagem


5

Mod

elo

Ató

mic

o

Nuvem electrónica


6

Nív

eis d

e En

ergi

a n

os Á

tom

os

  Nuvens electrónicas podem ficar grandes   Para aumentar em tamanho, deve ser absorvida energia

Energia = capacidade

para produzir trabalho

Uma parte importante para perceber a vida

está em entender como

a energia é armazenada e move se de

molécula para molécula

Ana

logi

a C

atar

atas

Energia Potencial

Energia Cinética

Calor desperdício

(uma vez alcance fundo)

Gerador de turbina ,

Gravidade (centro TERRA)

7


8

Elec

trões

Arm

azen

am E

nerg

ia Energia química

potencial está dentro das ligações químicas!

Ligações químicas


10

• Noção:

• Força atractiva que une dois átomos

para formar uma molécula


Form

ação

de

Lig

açõe

s Cov

alen

tes

Uma ligação covalente é

formada quando electrões

são compartilhados entre átomos

12

Exem

plos

Lig

açõe

s Cov

alen

tes Ligações

Covalentes são fortes

Envolvem um número de

electrões que são partilhados entre átomos


13

Mol

écul

a N

ão-P

olar

14

Lig

açõe

s Cov

alen

tes P

olar

—H

Na ligação covalente polar os electrões são compartilhados de

maneira desigual.


15

Liga

ções

Hid

rogé

nio


16

Ligações Iónicas

Uma ligação iónica é formada quando os electrões são transferidos de um

átomo a outro.

  As ligações iónicas representam um extremo de polaridade

Liga

ções

Ióni

cas

Resultam da atracção electrostática entre dois iões portadores

de cargas opostas. Nesta ligação, não há partilha de electrões. 17

18

Table: Important Ions of the Body

Interacções hidrofóbicas


19

• • Moléculas polares têm afinidade entre si

• • Moléculas apolares têm afinidade entre si, aproximando-se mais umas das outras em presença de água Interacções hidrofóbicas

• • Forças de van der Waals ocorrem entre 2 átomos muito próximos pertencentes a moléculas apolares as nuvens electrónicas tendem a repelir-se, formando um dipolo

20

Mor

fina/

Endo

rfin

a “Forma

molecular é crucial em

biologia porque determina

como moléculas biológicas

reconhecem e respondem uma a outra

com especificidade”

.


21

Fos

folip

idos

Interacções Van der Waals

Somente as moléculas com

formas complementares podem ligar-se

por ligações fracas."


22

Met

abol

ism

o

O metabolismo é a soma de todas as reacções químicas

que se dão dentro dos organismos

Reagentes

Produtos


23

Energia de activação:

•  Energia necessária a fornecer ao sistema para se iniciar uma reacção química.

"  movie


24

Concentração de Iões de hidrogénio (pH) em Bio sistemas

•  Ácido - contribui H+ para a solução

(CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3- )

•  Base - diminui H+ na solução ( NH3 + H2O <=> NH4

+ OH-)

•  Tampão minimiza mudanças de pH

25 :pH scale

Concentração de Iões de hidrogénio (pH) em Bio sistemas

26

A abundância de elementos na crosta terrestre difere radicalmente

da abundância nos tecidos animais

27

Elem

ento

s no

Cor

po

Os elementos de traço são

encontrados em quantidades

menores mas não obstante são

essenciais a uma existência saudável

28 As células são formadas por relativamente poucos tipos de átomos

29

30 Monómeros Mais Comuns nas Células

Molécula No. Presente

Nomes Moléculas Regra na célula

Aminoácidos 20 Ala (A) Leu (L) Arg (R) Lys (K) Asp (N) Met (M) Asp (D) Phe (F) Cys (C) Pro (P) Gln (Q) Ser (S) Glu (E) Thr (T) Gly (G) Trp (W) His (H) Tyr (Y) Ile (I) Val (V)

Monómeros de proteínas

Bases Aromático

5 Adenina Timina Citosina Uracilo Guanina

Monómeros para ácidos nucleicos

Açucares 2 Ribose Componente de ácidos nucleicos

Glucose Metabolismo Energia Lipidos 3 Colina Componentes de

fosfolipidos Glicerol

Palmitato

Estrutura e propriedades da água


30

• Molécula polar, forma pontes de hidrogénio

• • Propriedades únicas:

• – Estado sólido menor densidade (gelo flutua)

• – Temperatura de fusão alta e temperatura de

congelação baixa (intervalo de temperatura alargado

no estado líquido)

• Elevado calor específico (temperatura da água muito

• constante)

Estrutura e propriedades da água


31

• –– Elevada temperatura de evaporação (evita

sobreaquecimento do ambiente adjacente)

• – Coesão e tensão superficial (pontes de hidrogénio

mantêm a coluna de água unida da raíz às folhas de

uma planta; pequenos animais podem-se movimentar

à superfície da água)


33

Water Is Lighter as Solid than as a Liquid

This means that ice forms an insulating blanket over water.

Carbono: elemento central da química da célula

34

• Grupos funcionais em química orgânica

Isómeros


35

• Isómeros estruturais – igual fórmula molecular, diferente fórmula de estrutura

• • Isómeros ópticos – igual fórmula molecular e de estrutura, entre si são uma imagem real é como uma imagem no espelho (vulgar nos açúcares simples e

aminoácidos)

Isómeros ópticos

36

Macromoléculas


37

• Figure 3-5 A GALLERY OF MOLECULES. Space-filling models of proteins compared with a lipid bilayer, transfer RNA, and DNA, all on the same scale. (Modified from Goodsell D, Olsen AJ: Soluble proteins: Size, shape, and function. Trends Biochem Sci 18:65-68, 1993.)


As macromoléculas são constituídas a partir pequenas unidades

39

• • Proteínas: polímeros de aminoácidos

• • Polissacarídeos: polímeros de açucares simples

• • Ácidos nucleicos: polímeros de nucleótidos

• • Lípidos complexos: constituídos por diferentes unidades de lípidos simples

40

• Reacções de formação e de

• degradação de macromoléculas

Proteínas


41

• Macromoléculas mais importantes e abundantes nas células

• • Variedade de funções:

• – Catálise (enzimas)

• – Estrutural

• – Mobilidade celular

• – Comunicação intercelular

• – imunidade

42

Proteínas executam quase todas funções de célula

•  Permitem passagem de moléculas e íões através da membrana celular

•  Servem como mensageiros inter e intracelular

•  Actuam como motores moleculares para mover organitos dentro da célula

•  Copiam material genético

•  Transcrevem e traduzem genes

•  Catalisam reacções de catabolismo

•  Estrutura e Forma

Colagénio


43

Proteínas

•  São polímeros de aminoácidos

•  20 aminoácidos

•  São macromoléculas sintetizadas sob o comando de instruções específicas presentes nos ácidos nucleicos (genes)

–  Alterações nos genes podem causar mudanças na conformação e na acção biológica das proteínas

–  Cada gene codifica uma proteína "  Video

Letra Aminoácido A (Ala) – Alanina C (Cys) – Cisteina D (Asp) – Ácido Aspartico E (Glu) – Ácido Glutâmico F (Phe) – Fenilalanina G (Gly) – Glicina H (His) – Histidina I (Ile) – Isoleucina K (Lys) – Lisina L (Leu) – Leucina M (Met) – Metionina N (Asn) – Asparagina P (Pro) – Prolina Q (Gln) – Glutamina R (Arg) – Arginina S (Ser) – Serina T (Thr) – Treonina V (Val) – Valina W (Trp) – Triptofano Y (Tyr) – Tirosina

Os aminoácidos são designados pelas primeiras três letras do seu nome em inglês, 44


48

•  O carbono α de cada aminoácido está ligado a 4 grupos químicos (um grupo amina, um grupo carboxílico e um hidrogénio).

•  A cadeia lateral é diferente em cada aminoácido.

•  As cadeias laterais variam

•  no tamanho, forma, carga, hidrofobicidade e reactividade.

Aminoácidos


49

  Como o carbono α, com excepção do aminoácido glicina, é assimétrico em todos os aminoácios estas moléculas possuem dois isómeros (L e D).

  Apesar das propriedades químicas destes isómeros ópticos serem semelhantes, a sua actividade biológica é distinta. Apenas os isómeros L são encontrados nas proteínas


50

• Ligação peptídica

• Figure 3-4 THE POLYPEPTIDE BACKBONE. This perspective drawing shows four planar peptide bonds, the four participating α-carbons (labeled 1 to 4), the R groups represented by the β-carbons, amide protons, carbonyl oxygens, and the two rotatable backbone bonds . The dotted lines outline one amino acid. (Adapted

from Creighton TE: Proteins: Structure and Molecular Principles. New York, WH Freeman and Co, 1983.)


52

Aminoácidos

  Os aminoácidos podem ser classificados em hidrofóbicos e hidrofílicos. A diferente solubilidade em água é influenciada pela polaridade das cadeias laterais.

  Os aminoácidos com cadeias laterais polares são hidrofílicos e tendem a estar na superfície das proteínas.

  Os aminoácidos hidrofílicos por interacção com a água fazem com que as proteínas sejam solúveis.

Aminoácidos hidrofílicos


53

Aminoácidos Hidrofóbicos

  Os aminoácidos com cadeia lateral não polar são hidrofóbicos.


54


55


56

As proteínas existem numa variedade de formas e tamanhos


57

Estrutura 1.ª Estrutura 2.ª

Estrutura 3.ª Estrutura 4.ª

As proteínas são macromoléculas constituídas por uma ou mais cadeias polipeptídicas e apresentam uma estrutura tridimensional definida. São moléculas com vários níveis de organização.


58

Sequência de aminoácidos unidos por ligação peptídica

Estrutura primária

Estrutura secundária


59

• a-hélice: ligação de H entre o H δ+ do grupo

• NH de um aminoácido e o O δ- do grupo C=O

• de outro aminoácido. As cadeias laterais

• voltam-se para o exterior da hélice


60

Esquerda Direita – hélice α Sentido dos ponteiros do relógio Sentido contra os ponteiros do relógio

Nas proteínas o enrolamento da hélice é para a direita

Estrutura helicoidal

61

Conformação alongada em que os aminoácidos se dispõem numa estrutura em zig zag, estabilizada por pontes de Hidrogénio

Estrutura Secundária – folha β

Estrutura terciária


63

• A cadeia polipeptídica enrola-se sobre si própria;

• enrolamento é estabilizado por ligações de H e covalentes entre grupos SH (cisteínas)

Estrutura terciária


64

• Enrolamento pode ser espontâneo ou

ajudado por outras proteínas (chaperones)

• • Resulta na conformação nativa (maior estabilidade)

Estrutura quaternária

65

• Duas ou mais cadeias polipeptídicas

combinam-se entre si para formar uma proteína

(cada cadeia corresponde a uma subunidade)

Hemoglobina (estrutura quaternária)


66


67

•  Proteínas Fibrosas – mais associadas a suporte, forma e protecção

•  Colagénio, elastina

•  Proteínas globulares – associadas a enzimas e proteínas reguladoras

68

Proteínas Fibrosas

Insolúveis nos solventes aquosos

Pesos moleculares muito elevados.

•  Formadas geralmente por longas moléculas mais ou menos rectilíneas e paralelas ao eixo da fibra.

•  Colagénio do tecido conjuntivo; queratinas dos cabelos; esclerotinas do tegumento dos artrópodes; conchiolina das conchas dos moluscos;, fribrina do soro sanguíneo; miosina dos músculos.

•  Algumas proteínas fibrosas, possuem uma estrutura diferente, •  como as tubulinas, que são formadas por múltiplas subunidades

globulares dispostas helicoidalmente.

69

Colagénio Tecido conjuntivo dos tendões , cartilagens, ossos

Gly – X – Pro ou Gly – X HyPro

Substituições de Gly por outros aa provocam doenças letais como Osteogenesis imperfecta e síndrome de Ehlers-Danlos

Hélice tripla com 3 aa por volta e enrolamento esquerdo, Coiled coil com 3 filamentos forma uma cadeia alfa (c)

Escorbuto Associado à falta Vit C que

afecta estabilidade do colagénio


70

Fibroína da seda

Camadas de folhas β antiparalelas, ricas em Ala (roxo) e Gly (amarelo) Estabilizadas por pontes de hidrogénio e ligações de Van der Waals

Chaperones


71

• Isolam a proteína do meio exterior para permitir o seu enrolamento

72

Cap

Chaperonin (fully assembled) Steps of Chaperonin

Action: An unfolded polypeptide enters the cylinder from one end.

The cap attaches, causing the cylinder to change shape in such a way that it creates a hydrophilic environment for the folding of the polypeptide.

The cap comes off, and the properly folded protein is released.

Proteina enrolada correctamente Polipeptideo

2

1

3

73

Proteínas de Choque Térmico ou “ Chaperones”

A quantidade destas proteínas aumenta por exposição

das células a temperatura elevadas


74

Moléculas Chaperones

•  Auxiliam a formação das complexas moléculas proteicas e a destruição das proteínas defeituosas

•  Não só minimizam a agregação errada das cadeias polipeptídicas, como desfazem as agregações defeituosas e promovem a eliminação, por hidrólise, das moléculas proteicas incorrectamente formadas.

•  Muitas das tarefas das moléculas chaperones são realizadas com gasto de energia fornecida por ATP

•  As principais chaperones são hsp60 e hsp70 (heat shock protein)

Outros níveis estruturais


75

• Motivos: associações de diferentes estruturas secundárias que ocorrem

frequentemente (ex: β-α-β)

Outros níveis estruturais


76

• Domínios: Unidades de estrutura terciária com enrolamento independente


77

Muitas proteínas são formadas por domínios funcionalmente separados

A maioria das proteínas globulares consiste em vários domínios


78

Domínios

Gliceraldeide fosfato desidrogenase: dois domínios funcionais

Estruturas compactas resultantes do arranjo tridimensional

das estruturas secundárias, geralmente associados a uma função.

São as unidades básicas da estrutura terciária.

Cada polipéptido pode conter um ou mais domínios

79

Proteínas globulares com únicos domínios

São mais ou menos esféricas.

São geralmente solúveis nos solventes aquosos

Pesos moleculares situam-se entre 10.000 e vários milhões.

Nesta categoria situam-se as proteínas activas como os enzimas,

transportadores como a hemoglobina, etc.

As proteínas podem se conjugar em formas complexas

Uma proteína com apenas um sitio de

ligação pode formar um dímero com outra

proteína idêntica

Proteínas idênticas com dois sítios de

ligação diferentes formarão um longo

filamento helicoidal

Se os dois sítios estiverem de ligação

estiverem dispostos apropriadamente, as

subunidades proteicas formarão um anel

fechado e não uma hélice. 80


81

Algumas proteínas contêm outros grupos químicos para além dos aminoácidos

Proteínas Conjugadas

82

GLICOPROTEÍNAS


83

Ubiquitina É um polipeptídio constituído por 76

aminoácidos

Presente nas células eucariotas.

•  Marcação das proteínas para a degradação.

•  As proteínas ubiquitinadas são degradadas a peptidos pelo proteossoma, que solta a cadeia de poliubiquitina, possivelmente ainda ligada a algum resíduo, até que alguma enzima desubiquitinase do citoplasma a processe e recicle.

84

Degradação Proteína via the ubiquitina

O proteossoma degrada proteínas de curta duração ou proteínas indesejáveis nas células eucarioticas"



85

Amiloidoses

•  Placas proteicas insolúveis acumuladas nos tecidos, resultantes da conformação anormal de certas proteínas.

Modelo estrutural da proteína amilóide. Aqui estão representadas 4 folhas paralelas.


86

Amiloidoses


87

Ribozimas

•  A maioria das enzimas são proteínas, mas conhecem-se algumas que são constituídas por RNA.


88

Desnaturação proteica

• Desnaturação: perda da conformação

nativa de uma proteína perda da função

• • A conformação de uma proteína depende das condições do meio

• – Temperatura

• – pH

• – Elevada concentração de compostos polares


89

Diminuem a energia de activação das reacções, sem afectar o ΔG.

As enzimas posicionam os reagentes, facilitando a sua

conversão em produtos.

As enzimas permitem aumentar a velocidade da reacção

Mesmo na presença de enzimas, a velocidade atinge um valor

máximo, que se torna constante.

Actuação Enzimática

"  vdeo 90

91

As enzimas catalizam as reacções químicas, aumentando a velocidade

de conversão dos substratos em produtos, sem se consumirem nesta

reacção.

Ocorre uma diminuição da concentração dos substratos

(reagentes), que são consumidos.

Pelo contrário, ocorre a produção de produtos a partir dos substratos.

As enzimas formam um complexo com os substratos, que deixa de existir no

final, quando a concentração de substratos é reduzida.

A concentração da enzima livre diminui, mas retoma aos valores

iniciais no final da reacção.

92

O centro activo da enzima apenas reconhece os

reagentes (substratos) específicos.

Ocorrem interacções entre os reagentes e o

centro activo da enzima.

Estas interacções permitem um

correcto posicionamento dos

reagentes que reagem, originando

os produtos.

Após a reacção, os produtos libertam-se e a enzima fica livre para reagir com mais

reagentes, não se gastando neste

processo.

93

Concentração enzimática

Concentração do substrato Temperatura pH Cofactores

Diversos factores afectam a actividade

enzimática

94

CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA E DO SUBSTRATO

Com o aumento da concentração de substrato verifica-se um aumento da velocidade.

Para concentrações elevadas, todos os centro activos ficam saturados, com estabilização da velocidade máxima.

O aumento do teor de enzimas permite aumentar a velocidade de conversão dos produtos.


95

Muitas enzimas necessitam de outros

compostos para actuarem

Orgânicos Apoenzima

Cofactores

Inorgânicos

96

Existem compostos que se ligam à enzima,

afectando a sua funcionalidade:

Naturais

Artificiais

Inibidores

Indutores

Inibição competitiva

O inibidor liga-se ao centro activo, competindo com o substrato, e diminuindo a actividade da enzima.

Inibição não competitiva

O inibidor liga-se numa região distinta do centro activo,

afectando-o, e diminuindo a actividade da enzima.

Indução

A ligação do indutor provoca modificações no centro

activo, permitindo a actuação enzimática.

97

Importância Biológica das Proteínas •  Função estrutural: Fazem parte da estrutura de todos os constituintes

celulares.

Função hormonal: Muitas hormonas, tem constituição proteica.

•  Função motora: são os componentes maioritários dos músculos (miosina, actina)

•  Função enzimática: Actuam como biocatalisadores de quase todas as reacções químicas que ocorrem nos seres vivos

•  Função imunológica (defesa): Algumas proteínas altamente especificas reconhecem e combinam-se com substâncias estranhas ao organismo, permitindo a sua neutralização.

•  Função de reserva alimentar: Algumas proteínas funcionam como reserva, fornecendo aminoácidos ao organismo durante o seu desenvolvimento.

#

Centrifugação pode separar moléculas que diferem em massa ou densidade

98

99

Electroforese bidimensional separa moléculas de acordo com a carga e a massa


100

Separação de proteínas através de tamanho: cromatogafia de filtração de gel


101

Separação de proteínas através da carga: cromatografia de troca de iões


102

Separação de proteínas ligando específico para outra molécula: cromatografia de afinidade


103

Enzimas altamente específicas e ensaios de anticorpos podem descobrir proteínas individuais

104

Estrutura primária da proteína pode ser determinada através de métodos químicos e de sequencias de gene

Edman degradation!


105

Espectrometria de massa mede a massa de proteínas e peptidos


106

•  Cristalografia raios X –  É usada para determinar a estrutura tridimensional de uma

proteína X-ray diffraction pattern

Photographic film Diffracted X-rays

X-ray source

X-ray beam

Crystal Nucleic acid Protein

(a) X-ray diffraction pattern (b) 3D computer model


107

• Carbohidratos

Característica estrutural: H-C-OH


108

• Funções:

•  Fonte de energia

•  Formação de estruturas

•  Componentes de outras moléculas

109

Monossacáridos

São os glícidos mais simples (3-7 átomos carbono)

As trioses são formadas no decurso da degradação metabólica das hexoses

As pentoses são constituintes dos ácidos nucleicos e de muitas coenzimas

As hexoses, glicose, galactose e frutose, tem grande importância fisiológica.

Monossacáridos Triose sugars

(C3H6O3) Pentose sugars

(C5H10O5) Hexose sugars

(C6H12O6)

H C OH H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

HO C H

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

HO C H

HO C H

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH H C OH

H C OH

C O C O

H C OH H C OH

H C OH HO C H

H C OH

C O

H

H

H

H H H

H

H H H H

H

H H

C C C COOOO

Ald

oses

Glyceraldehyde

Ribose Glucose Galactose

Dihydroxyacetone

Ribulose

Ket

oses

Fructose

Aldose, o átomo de carbono da função aldeído é o átomo número 1; Cetose, o átomo de carbono da função cetona tem o número mais baixo possível, mas nas cetoses que intervêm no metabolismo fundamental, é sempre o carbono 2.


112

ISOMERIA

•  Se observarmos a fórmula do gliceraldeído, podem existir duas configurações, dependendo da posição do oxidrilo do carbono assimétrico, se encontrar à direita (D de dextra) ou à esquerda (L de levogira).

•  Estes isómeros, designados enantiómeros, possuem a característica de serem entre si como um objecto e a sua própria imagem num espelho.

•  Por razões não esclarecidas, a grande maioria das oses que intervêm na composição e no metabolismo das células, pertencem às séries D.


113

• Monossacarídeos com 5 ou 6 carbonos podem formar anéis

114

Ciclização •  Os monossacarídeos, a partir da tetrose (na série das aldoses) e

da pentose (na série das cetoses) podem, em solução aquosa, sofrer uma ciclização e formar anéis de cinco (furanoses) ou de seis lados (piranoses). Esta ciclização ocorre por eliminação de uma molécula de água, entre o OH que ficou ligado ao carbono 1 das aldoses (ou carbono 2 das cetoses) e o OH ligado ao penúltimo ou

ao antepenúltimo da estrutura.

Ciclização de uma hexose (D-Glucose a)

piranose

furanose

115

•  Monossacarideos –  Pode ser linear –  Pode formar anéis

H

H C OH

HO C H

H C OH

H C OH

H C

O

C

H

1

2

3

4

5

6

H

OH

4C

6CH2OH 6CH2OH

5C

H OH

C

H OH

H

2 C

1C

H

O

H

OH

4C

5C

3 C

H

H OH

OH

H

2C

1 C

OH

H

CH2OH

H

H

OH HO

H

OH

OH

H 5

3 2

4

(a) Linear and ring forms. Chemical equilibrium between the linear and ring structures greatly favors the formation of rings. To form the glucose ring, carbon 1 bonds to the oxygen attached to carbon 5.

OH 3

O H O O

6

1



116

Monossacarídeos


117

Glícidos


118

Dissacarídeos

hidrossolúveis

hidrolisáveis

Alguns são redutores :

Maltose e lactose.

Sacarose – não redutora

Oligosacarídeos


119

• Cadeias de 3-20 monosacarídeos ligados por ligações glicosídicas

120

Polissacarídeos ◊ insolúveis na água;

hidrolisáveis .

◊ Funções :

- Energética - amido, nas plantas

glicogénio, nos animais

- Reserva – amido e glicogénio

- Estrutural – celulose e quitina


121

Mitochondria Giycogen granules

0.5 µm

(b) Glycogen: an animal polysaccharide

Glycogen

Figure 5.6

122

Celulose – homopolímero linear não ramificado, formado por associação de β-D-Glucose

Maior parte dos animais não degrada celulose porque não tem celulases.

A : disposição das moléculas de glucose, unidas por ligações glicosídicas

B: as moléculas de glucose assumem a configuração em cadeira e

estabelecem entre si pontes de hidrogénio


123

•  A celulose é difícil de digerir •  As vacas tem micróbios nos seus estômagos para facilitar este

processo

Figure 5.9

124

Quitina •  Quitina, um outro polissacarideo estrutural importante

–  É encontrado no exosqueleto dos artrópodes –  Pode ser usado como linha cirúrgica

(a) The structure of the chitin monomer.

O

CH2OH

OH H

H OH

H

NH

C

CH3

O

H

H

(b) (c)

OH



125

Desoxiaçucares •  São os açucares que contém o menor número de

átomos de oxigénio que de carbono. •  Desoxirribose (DNA)

D-Glucose-6-fosfato


126

127

Amino-Açucares (Hexosaminas)

•  Açucares contém um grupo amina. •  D-glucosamina é um constituinte do ácido hialurónico. •  D-galactosamina (condrosamina) é um constituinte da condroitina. •  D-manosamina é um constituinte da mucoproteína

The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism Vol. 89, No. 10 5132-5137 Copyright © 2004 by The Endocrine Society

Role of Hexosamines in Insulin Resistance and Nutrient Sensing

in Human Adipose and Muscle Tissue Hexosamines, insulin resistance, and the complications of diabetes:

current status Am J Physiol Endocrinol Metab, January 1, 2006; 290(1): E1 - E8.


128

GLICOSÍDEOS •  Qualquer composto que contém uma molécula carbohidrato

(açúcar), no qual o grupo hidroxilo ligado ao primeiro carbono é substituído por um grupo alcoólico, fenólico ou outro.

•  O nome é em relação ao açúcar contido, como: •  glicosídeo (glicose), •  pentosídeo (pentose), •  frutosídeo (frutose) •  Galactosideo (galactose), etc. •  A hidrólise, de glicosídeos, forma um componente açúcar e um

componente não açúcar (aglicona). •  Aglicona pode ser o álcool etílico, o glicerol, um esterol, um fenol,

etc.

129

Glicosaminoglicanos

Hialuronato

Sulfato-4 de condroitina

Sulfato de queratano


130

Glicosaminoglicanos GAG Localization

Hyaluronate synovial fluid, vitreous humor, ECM of loose connective tissue

Chondroitin sulfate cartilage, bone, heart valves

Heparan sulfate basement membranes, components of cell surfaces

Heparin mast cells lining the arteries of the lungs, liver and skin

Dermatan sulfate skin, blood vessels, heart valves

Keratan sulfate cornea, bone, cartilage aggregated with chondroitin sulfates

Lípidos


131

• Ácidos gordos, triglicéridos,

• fosfolípidos e esteróides


133

Lípidos

•  Insolúveis em água

•  Solúveis em solventes orgânicos , como benzeno, éter e o clorofórmio

•  Lligação: éster

•  Por hidrólise, produzem ácidos gordos e outras substancias

•  Função mista, isto é plásticos e energéticos.


134

Lípidos de Reserva

O glicerol ou glicerina, é um álcool com 3 grupos (OH) capazes de estabelecer ligações covalentes com os átomos de carbono dos grupos COOH dos ácidos gordos . Ligação éster

Ácidos Gordos Saturados

•  Tem o número máximo dos átomos de hidrogénio possíveis –  Não tem ligações duplas

(a) Saturated fat and fatty acid

Stearic acid

Figure 5.12

A presença ou a ausência das ligações duplas faz a diferença

entre a margarina dura (saturada) e a mole (poliinsaturada).

136

•  Ácidos Gordos Insaturados –  Tem uma ou mais ligações duplas

(b) Unsaturated fat and fatty acid cis double bond causes bending

Oleic acid

Figure 5.12

Ácidos Gordos Poli-insaturados - Tem mais que 1 dupla ligação. O local da dupla ligação é rígido


137

Lípidos Estruturais

•  A sua estrutura resulta da ligação de uma molécula de glicerol com dois ácidos gordos e com uma molécula de ácido fosfórico.

•  São moléculas anfipáticas.

Fosfolipidos


138


139

• Fosfolípidos: principais componentes das membranas biológicas

140

•  Estrutura dos Fosfolípidos

Hydrophilic head

WATER

WATER Hydrophobic tail

Em ambiente aquoso, as caudas hidrofóbicas dos fosfolípidos

Compactam-se entre si, expulsando a água e formando uma

bicamada com a cabeça hidrofílica de cada fosfolípido voltada

para o ambiente aquoso.



141

Lípidos Estruturais


142

Lípidos com Função Reguladora Esteróis

São caracterizados por uma estrutura carbonada rígida de 4 anéis

Hormonas Sexuais: Testosterona, progesterona

O colesterol é predominante

nas membranas plasmáticas

das células animais, tendo por

função estabilizar a membrana

Esteróides


143

O colesterol e as hormonas esteróides têm uma estrutura comum


144


145

Importância Biológica dos Lípidos

•  Reserva energética – as gorduras constituem uma importante fonte de energia.

•  Função estrutural – alguns lípidos, como os fosfolípidos e o colesterol, são constituintes de membranas celulares.

•  Função protectora – gordura subcutânea

•  Função vitamínica e hormonal – Vitaminas E e K; –  Progesterona


146

•  Lipoproteínas (moléculas de transporte do sangue) •  Glicoproteínas (estrutura membrana) •  Glicolípidos (receptores membrana)

Combinação Biomoléculas

Ácidos nucleicos


147

Ácidos nucleicos


148

•  Toda a informação que uma célula necessita durante a sua vida e a dos seus descendentes, está organizada em forma de código nas cadeias dos ácidos nucleicos

–  Constituem o “armazém” e são os transmissores de informação nos seres vivos.

•  Esta informação traduzida em proteínas permite que a célula execute todo o trabalho necessário à sobrevivência de um organismo.

•  Existem dois tipos de ácidos nucleicos –  Ácido desoxirribonucleico ou DNA e ácido ribonucleico ou RNA –  Ambos são polímeros lineares de nucleotidios conectados entre si

via ligações covalentes denominadas ligações fosfodiéster

Diferenças entre DNA e RNA


149

• DNA

•  Informação genética

•  Moléculas grandes

•  Contem desoxiribose

•  Contem timina

•  Cadeia dupla

• RNA

•  Expressão da informação

• genética (síntese proteica)

•  Moléculas mais pequenas

•  Contem ribose

•  Contem uracilo

•  Cadeia simples

150

DNA Base Nucleosido1 Nucleotido2

Purinas

• Adenina Desoxiadenosine dAMP

• Guanina Desoxiguanosina dGMP

Pirimidinas

• Citosina Desoxicitidina dCMP

• Timina Timidina dTMP

1base + açucar 2base + açucar + fosfato Biologia Celular Molecular

2010-11


151

RNA Base Nucleosido1 Nucleotido2

Purinas

• Adenina Adenosina AMP

• Guanina Guanosina GMP

Pirimidinas

• Citosina Citidina CMP

• Uracilo Uridina UMP

1base + açucar 2base + açucar + fosfato


152

• Estrutura de um nucleótido

• RNA • DNA


153

• Bases azotadas


154

• Nucleosídeos: base + pentose

• (adenosina, uridina, guanidina, citidina

• ou

• (desoxiadenosina, desoxitimidina, …)

• Nucleótidos: nucleosídeos fosfatados


155


156

Estrutura dos ácidos nucleicos

•  DNA e o RNA partilham muitas semelhanças químicas, uma vez que ambos são polímeros de nucleótidos:

•  há 4 tipos de nucleótidos, todos possuindo uma estrutura típica em comum:

•  grupo fosfato

•  pentose

•  base azotada


157

• 

• as diferenças entre estas duas moléculas (DNA e RNA) reside na composição de:

•  pentose:

•  ribose – RNA

•  desoxirribose – DNA

•  bases azotadas:

•  adenina (A), citosina (C) e guanina (G) – comuns DNA e RNA

•  timina (T) – exclusiva do DNA

•  uracilo (U) – exclusiva do RNA (em substitição da T)


158

•  As bases azotadas agrupam-se em:

•  pirimidinas (C, T e U) – 1 anel

•  purinas (A e G) – 2 aneis

•  Os nucleótidos polimerizam para originar os ácidos nucleicos através de ligações fosfodiéster:

•  estabelecem-se entre o grupo hidroxilo

(C3) de um nucleótido e o grupo fosfato

(C5) do nucleótido seguinte, na

orientação 5’→3’

159

•  o RNA existe na forma de cadeia simples, enquanto que o DNA existe na forma de cadeia dupla

•  consiste na associação de duas cadeias polinucleotídicas que se enrolam no espaço para originar uma hélice dupla:

•  os açúcares ficam projectados para o exterior

•  as bases projectam para o interior

160

•  a orientação destas cadeias é antiparalela – as direcções 5’→3’ são opostas:

•  as duas cadeias mantêm-se unidas através de pontes de hidrogénio (PH) que se estabelecem entre as bases azotadas:

•  A emparelha com T através de 2 PH

•  G emparelha com C através de 3 PH

•  trata-se do fenómeno de complementariedade

•  permite manter a estrutura do DNA

•  é importante para os processos de transcrição (síntese proteica) e replicação do DNA (divisão celular)

161

Modelo de Watson e Crick

1953 dados químicos de Chargaff; difracção de raios X de Rosalind Franklin .

Prémio Nobel 1962

  duas cadeias nucleotídicas   dupla hélica

  cadeias antiparalelas   estrutura fosfato-açúcar-fosfato : exterior da hélice   bases: interior da hélice, plano perpendicular à hélice


162

O DNA é o responsável pelo armazenamento e transmissão da informação genética


163

  interacções hidrofóbicas e de van der Waals entre bases empilhadas

  ligações de hidrogénio entre bases complementares

  complementaridade de bases: purina–pirimidina, A e T, G e C

  complementaridade das cadeias

Modelo de Watson e Crick

  espaços adjacentes entre voltas da hélice: depressão maior e menor.

164

Modelos para as várias estruturas de DNA conhecidas

  A forma B do DNA tem ≈ 10.5 pares de bases por volta   A forma A é a mais compacta, tem 11 pares de bases por volta   A forma Z é uma hélice dupla que enrola para a esquerda, 12 pares de bases por volta

Nota: O DNA pode também existir na forma de hélice tripla.


165

Outras características do DNA dos eucariotas

•  Existência de famílias de genes.

•  Existência de grandes extensões de DNA que não codificam proteínas.

•  Existência de sequencias repetitivas.

•  Estas características contribuem para o aumento da quantidade de DNA sem que haja aumento da quantidade de genes (podem não passar de 3% do total do DNA).


166

Estrutura do DNA de Eucariotas


167

Estrutura do DNA de Eucariotas


168

Histonas

Modelo solenóide de uma fibra de cromatina com 30 nm de diâmetro

Nucleossoma

O estudo estrutural detalhado mostra que cada nucleossoma é composto por um esqueleto central proteico, constituído pelo octâmero de histonas 2x (H2A, H2B, H3 e H4) em torno do qual o DNA se enrola duas vezes.

Este duplo enrolamento é estabilizado por outra histona (H1).


169

Estrutura do DNA

DNA circular super enrolado

• mitocondrial, viral, bacteriano (super enrolamento negativo)

DNA eucariótico linear super enrolado

• compactação do DNA dos cromossomas no núcleo • pressão do sobre enrolamento facilita a separação das cadeias na transcrição e replicação (topoisomerases)


170

DNA mitocondrial humano

  DNA mitocondrial mais pequeno (16kbp)   Codifica 2 rRNAs, 22 tRNAs usados na tradução do mRNA   Tem 13 sequências que começam com o codão ATG   Não possui intrões


171

Características estruturais do DNA

DNA super enrolado: mais compacto, ocupa menos volume, migra ou sedimenta mais rapidamente

Relaxado

Superenrolado


172

Nucleotides, DNA, and RNA

Figure 2-18: RNA and DNA


173 A dimensão do genoma não corresponde a complexidade do organismo


174

•  um gene eucariótico é composto por fragmentos codificantes de proteínas que estão descontínuos – exões

•  estes fragmentos, separados pelos intrões, têm de ser associados após a transcrição de modo a originar o mRNA que transportará a informação neles contida para os ribos-somas, onde ocorrerá a síntese proteica


175

Genes

•  Um gene é uma sequencia de nucleótidos do DNA que pode ser transcrita de modo a dar um produto final.

•  Este produto pode ser RNA (rRNA ou tRNA) ou um polipéptido


176

O dogma central da biologia molecular

Filme


177

mRNA

Transcrição

Dogma Central

Célula

Polipeptido (proteína)

Tradução Ribossoma

Tanscrição Reverse DNA


178

DNA

Citoplasma

Núcleo

Transcrição Eucariotas

Exportação G AAAAAA

RNA

Transcrição

Poros Nucleares

G AAAAAA

RNA Processing

mRNA


179

Estrutura típica do RNA, Right handed

Bases – branco Fosfato – amarelo Riboses - verde

O RNA transfere a informação genética do DNA para as proteínas

RNA

180

• RNA mensageiro (mRNA): cadeia simples

•  Sintetizado a partir de DNA, serve de molde para a síntese da cadeia polipeptídica

•  RNA de transferência (tRNA)

•  Transporta os aminoácidos para o complexo mRNA-ribossoma (anti-codão complementar ao codão)

•  RNA ribossomal (rRNA)

•  Entra na constituição dos ribossomas


181

RNA cadeia simples de ribonucleótidos

Tipos de RNA:

mRNA (≈ 5%): transporta a informação genética do DNA até aos ribossomas onde ocorre a tradução.

rRNA (≈ 85%): associado a proteínas entra na constituição dos ribossomas

tRNA (≈10%): transporta os aminoácidos; assegura a sua correcta inserção de acordo com o código genético do mRNA.


182

Estruturas secundárias do RNA

183

D Arm - Contains dihydrouridine

Acceptor Arm - A specific amino acid is attached to the 3’ end

TψC arm - ψ stands for pseudouridine

Extra Arm - May vary in size

Anticodon

Transfer RNA (tRNA)

U* 9

26 22 23 Pu

16 12 Py 10

25 20:1

G* 17:1

Pu

A 20:2

17 13

20 G

A 50 51

65 64 63 G

62 52 C Pu

59

ψ

A*

C

Py

T 49

39

41 42

31

29 28

Pu*

43 1 27

U 35

38

36

Py*

34

40 30 47:1

47:15

46

Py 47:16

45 44

47

73 C C A

70 71 72

66 67 68 69

3 2 1

7 6 5 4

Amino Acid attachment site



184

• rRNA

• As moléculas de RNA podem

• conter regiões de cadeia dupla


185

FIM

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