Exercícios: As proteínas

O que são aminoácidos e quantos tipos distintos formam as proteínas dos seres vivos? Indica que grupos químicos são comuns a todos os aminoácidos e qual confere as propriedades particulares a cada um.

Indica quatro funções distintas das proteínas nos seres vivos e dá um exemplo concreto de proteína para cada uma delas.

O que é a ligação peptídica? Indica entre que grupos químicos dos aminoácidos se forma e que molécula é libertada na reação.

Observa o esquema dos níveis de organização das proteínas, numerados de 1 a 4. Dá o nome a cada nível, descreve brevemente a sua característica principal e dá um exemplo de proteína que apresente o nível 4.

A hemoglobina perde a sua forma tridimensional se a temperatura ou o pH se afastarem demasiado dos seus valores normais. Como se designa este processo, que ligações se rompem e que consequência tem sobre a função da proteína?

O que é uma enzima? Explica como consegue acelerar uma reação química, fazendo referência à energia de ativação e ao complexo enzima-substrato.

A hemoglobina funcional de um adulto ($\text{HbA}$) é um heterotetrâmero solúvel. Na anemia falciforme, a mutação pontual no gene da globina $\beta$ substitui um ácido glutâmico por valina na posição 6 da cadeia polipeptídica ($\text{HbS}$), fazendo com que a desoxi-hemoglobina polimerize em longas fibras insolúveis que deformam os eritrócitos.

1. a) A partir das propriedades químicas das cadeias laterais de ambos os aminoácidos, justifica por que razão esta alteração na estrutura primária altera a conformação e solubilidade da proteína, e indica que tipo de interações moleculares fracas estabilizam essas fibras.
2. b) Num rastreio genético detetam-se duas mutações alternativas nesse mesmo codão 6 da globina $\beta$:

• Variante A: o ácido glutâmico é substituído por ácido aspártico ($\text{Glu6Asp}$).

• Variante B: o ácido glutâmico é substituído por leucina ($\text{Glu6Leu}$).

Prevê fundamentadamente qual destas duas variantes manterá uma função biológica praticamente idêntica à $\text{HbA}$ saudável e qual provocará uma agregação patológica semelhante à da anemia falciforme.

Um paciente com desnutrição grave dá entrada na urgência com fraqueza muscular, desorientação e acidose láctica grave (sintomas compatíveis com beribéri). As análises bioquímicas mostram concentrações plasmáticas elevadas de piruvato e lactato, com uma descida acentuada de ATP celular apesar de os níveis de glicose serem normais. A administração urgente de tiamina (vitamina B1) reverte os sintomas.

1. a) Sabendo que a tiamina é o precursor da coenzima pirofosfato de tiamina (imprescindível para o complexo piruvato desidrogenase), explica o que é uma coenzima e justifica bioquimicamente por que razão a sua ausência bloqueia a respiração celular e dispara a síntese de lactato.
2. b) Se, antes de administrar a vitamina, tivesse sido administrado ao paciente soro glicosado concentrado por perfusão para «lhe dar energia», a sua acidose teria piorado rapidamente. Justifica esta afirmação a partir das vias do metabolismo dos glícidos.
3. c) Dado que as coenzimas não se consomem estequiometricamente nas reações que catalisam (regeneram-se), raciocina sobre a razão por que os humanos precisam de um aporte contínuo de vitaminas hidrossolúveis na dieta em vez de uma dose única na vida.

Num laboratório de bioquímica investiga-se a estabilidade térmica de uma enzima humana intracelular. Incubam-se alíquotas da enzima durante 20 minutos a quatro temperaturas distintas ($15\ \text{°C}$, $37\ \text{°C}$, $45\ \text{°C}$ e $70\ \text{°C}$). Em seguida, cada amostra é dividida em duas frações:

• Fração 1: mede-se imediatamente a sua velocidade catalítica à mesma temperatura a que foi incubada.

• Fração 2: devolve-se a amostra a $37\ \text{°C}$, aguardam-se 15 minutos e mede-se então a sua velocidade catalítica a $37\ \text{°C}$.

Os resultados mostram que a Fração 1 tem atividade ótima a $37\ \text{°C}$, muito baixa a $15\ \text{°C}$ e nula a $70\ \text{°C}$. Na Fração 2, a amostra pré-tratada a $15\ \text{°C}$ recupera $100\ \%$ da sua atividade máxima, enquanto a pré-tratada a $70\ \text{°C}$ mantém uma atividade de $0\ \%$.

1. a) Interpreta molecularmente os resultados da Fração 2 para as amostras de $15\ \text{°C}$ e $70\ \text{°C}$, distinguindo entre a energia cinética do sistema e a desnaturação proteica.
2. b) Prevê como variaria a curva da Fração 1 se fosse utilizada uma enzima equivalente purificada da bactéria termófila Thermus aquaticus ($T_{\text{óptima}} \approx 75\ \text{°C}$) e justifica que adaptações nas ligações da sua estrutura terciária lhe permitem ser funcional a essa temperatura.