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Você está em: bioquímica das macromoléculas

A bioquímica é uma das áreas mais importantes da Biologia, se é que podemos colocar dessa forma segmentada. Nela, estudamos os aspectos químicos das moléculas que formam os seres vivos. Um pouco dessa beleza e encanto vamos compartilhar aqui! Você pode ler tudo ou navegar direto para alguma biomolécula no menu ao lado!

A QUÍMICA DA VIDA: METABOLISMOS

Ao longo dessa página inteira você vai conhecer uma diversidade imensa de moléculas químicas que constituem os seres vivos. Vamos estudar uma infinitésima parte da complexidade da vida e mesmo assim, vamos conhecer uma quantidade enorme de coisas diferentes. Vou dar detalhes sobre a estrutura química de alguns compostos e, talvez surja a dúvida: com quais técnicas e procedimentos, nós conseguimos visualizar ou desvendar, mesmo que de forma indireta, os átomos que compõem uma estrutura e a forma como eles se arranjam na molécula?

O ideal, primeiro, é que você isole essa substância. Para isso, existem técnicas de separação, cujo algumas delas você conhece da escola, e outras que nem tanto, como o Cromatógrafo à Gás (CG) e o Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência (HPLC, na sigla em inglês, High Pressure Liquid Cromatography). A ideia da separação é obter a substância na forma pura, para que todos os indicadores e medidas que você obtiver por outros procedimentos, correspondam somente à essa estrutura. Um detalhe é que quando você acopla detectores de massas ou UV, é possível obter ainda mais informações a cerca da identidade da molécula que está sendo purificada. Depois, você pode colocar a substância no espectrômetro de massas, onde as moléculas vão ser ionizadas através de um agente ionizante, e esses íons vão se separar de acordo com um campo magnético, de acordo com as suas massas e cargas (dale fisico-química!). Depois, um detector vai contar e transformar a corrente de íons em sinais elétricos que posteriormente vão para um sistema de computador que processa o sinal. Ou seja, aplicando um campo magnético, você consegue modificar a trajetória desses fragmentos das moléculas com base na massa deles, já que massas menores sofrem um maior desvio. Isso gera um espectro de massas, onde os picos representam as massas dos fragmentos que foram detectados e, claro, quanto maior o pico, mais fragmentos daquela massa específica foram detectados. Aí você já obtém uma boa fonte de informação sobre quais átomos compõem aquela molécula.

O mais comum é que as técnicas sejam usadas em combinação, pois cada uma vai oferecer algumas informações específicas, que quando somadas, dão uma ideia precisa da composição e estrutura da molécula que está sendo estudada. Então, por exemplo, podem ser utilizadas Espectroscopia Raman, Espectroscopia do Infravermelho e Ressonância Magnética Nuclear, que vão ser aplicados em moléculas com características um pouco diferentes. O mais importante é que percebamos que existem muitas técnicas para obtermos informações fidedignas sobre a composição e estrutura de uma determinada molécula. Praticamente todas delas se utilizam das propriedades dos próprios átomos, como a massa, carga, presença de campo magnético, forma como aquele átomo especificamente desvia a luz.

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Como conhecemos a composição e estrutura das moléculas?

proteínas

Proteínas

Proteínas: as 'faz-tudo' dos organismos vivos

Eu chamo as proteínas assim. Intimidade, sabe. Pra vocês é Dona Proteína! Elas são 'faz tudo' pois, quando as estudamos, vemos que estão envolvidas em todos os processos do metabolismo de qualquer ser vivo. Membrana plasmática? Elas estão lá fazendo transporte de substâncias para dentro e fora da célula. Transporte de oxigênio? Deixa com as hemoglobinas. Atividade catalítica? Enzimas, chegou o seu momento. Pigmentação? Melaninas. Controle da glicemia do sangue? Insulina e Glucagon. Defesa do corpo? Anticorpos, nós sabemos que vocês são proteínas também. Impermeabilidade da pele? Queratina, pode entrar. Estrutura dos tecidos conjuntivos? Colágeno! Locomoção do corpo? Vem pro palco, actina e miosina! Eu poderia ficar o mês todo aqui. A verdade é que as proteínas são as macromoléculas mais abundantes e importantes nas células, e perfazem, em média, 50% do peso seco corporal. Ou seja, se a gente pegar seu corpinho de sereia e remover toda a água, metade do peso restante vai ser só de proteína. Bastante, né? O negócio é que as proteínas têm infinitos arranjos e, como vamos ver, a função dessas moléculas está diretamente ligada à sua estrutura. Então, pequenas diferenças nas estruturas já configuram uma molécula com atividade diferente. Esse é um dos motivos de termos tanta variedade de proteínas no planeta. Quimicamente falando, as proteínas são compostos de alto peso molecular, sintetizadas pelos organismos vivos (por comando do material genético) através da ligação entre um grande número de aminoácidos. É disso que vamos falar em seguida.

Olha que surreal. Essas são as cinesinas. São proteínas que conseguem carregar moléculas na célula usando os  microtúbulos como "trilhos". Nesse gif, está sendo representado uma cinesina levando uma molécula de endorfina, dentro de um neurônio.

TUDO EU NESSA CÉLULA.

 TUDO EU.

Um fator importante a esclarecer sobre as ligações peptídicas é que na região da ligação é impossível haver rotação, como nas ligações duplas. Os quatro átomos que participam dessa ligação ficam dispostos em um plano rígido, restando apenas aos grupos laterais a possiblidade de mudar de posicionamento e rotarem.

Os aminoácidos são as unidades monoméricas das proteínas. Isso significa dizer que as proteínas são polímeros, ou seja, moléculas complexas, formadas por muitas partes. Essas "partes", são os aminoácidos. Se a proteína fosse um colar de pérolas, os aminoácidos serias as pérolas. Se a proteína fosse um pano, os aminoácidos seriam os fios de algodão. Acho que você já entendeu, né? Os aminoácidos são os monômeros das proteínas. Sua unidade básica. Então, investigar a estrutura das proteínas tem que começar com uma investigação da estrutura dos aminoácidos. Existem nada a mais, nada a menos que 20 aminoácidos que  formam  todas as proteínas.

Se proteínas são como muros, os aminoácidos, então, são os tijolos!

Todos eles têm a mesma estrutura básica: um carbono central que faz quatro ligações: uma a um grupamento amina (em vermelho), a segunda a uma carboxila (em azul), a terceira a um átomo de hidrogênio e a quarta a um radical (também chamado de cadeia lateral, está em amarelo na imagem acima). Este radical é diferente para cada um dos 20 aminoácidos que formam as proteínas. Ou seja, a estrutura deles é igual até chegar no radical, que aí sim, varia de aminoácido para aminoácido. Na imagem ao lado, os radicais estão grifados em amarelo, verde, vermelho e azul e você pode perceber que tudo que está em lilás é idêntico nas vinte moléculas!

Aqui, cabem ressaltar algumas coisas interessantes sobre a estrutura dos aminoácidos. Primeiramente, a ligação de um aminoácido com outro e assim por diante, para formar uma proteína, se dá pelo que chamamos de ligação peptídica, que é justamente a ligação entre o grupo amina de um, com o grupo carboxila do próximo, liberando uma molécula de água, bem como a imagem abaixo mostra.

Outro fator muito interessante quanto à estrutura dos aminoácidos é que essas moléculas podem sofrer variações na sua carga de acordo com o pH do meio, podendo, assim, se comportarem como ácidos, doando prótons, ou bases, recebendo prótons H+. Observa a estrutura de um aminoácido como o glutamato, por exemplo. Os grupamentos COO- podem receber um próton H+ se o meio estiver muito ácido, se transformando em COOH. O mesmo pode acontecer com H2N, que pode receber um próton pra ficar H3N+. Ou seja, tanto os grupamentos amino quanto os carboxila, seja na estrutura central, seja nas cadeias laterais, podem doar ou receber prótons H+ dependendo do pH do meio. Quando os aminoácidos estão expostos a soluções de pH neutro, são predominantemente zwitterions ou “íons dipolares”. Isto quer dizer que dos dois grupamentos ionizáveis, um se encontra ionizado e o outro estável, deixando a carga da molécula neutra, ou seja, igual a 0. Quando o aminoácido estiver em meio ácido, terá muitos prótons H+ no meio, então como meio de 'equilibrar', a molécula de aminoácido vai saturar-se também de H+, isto é, vai receber prótons e se protonar. Quando a molécula estiver em meio básico, o contrário ocorre: como há poucos prótons H+ no meio, como forma de 'equilibrar', o aminoácido doa seus prótons H+, ou seja, se desprotona. 

Naquela imagem onde eu coloquei a estrutura de todos os aminoácidos, perceba que os aminoácidos estão agrupados em cinco classificações. Isso é resultado do fato de que os Grupos R (ou cadeias laterais) são fonte de classificação para os aminoácidos, e as propriedades que estes grupamentos possuem dizem muito sobre a função das proteínas ou enzimas que eles compõem. Por exemplo, algumas cadeias laterais tem uma característica altamente hidrofílica, já outros são hidrofóbicos, tem aqueles que são positiva ou negativamente carregados, daí em diante. Sete dos 20 aminoácidos têm cadeias laterais facilmente ionizáveis. Estes são capazes de doar ou receber prótons H+ para facilitar reações, assim como para formar ligações iônicas. Estas propriedades dos aminoácidos dotam as proteínas de versatilidade para assumir papéis importantíssimos no organismo, como veremos à frente.

Perceba como a carga de um aminoácido pode mudar de acordo com o pH do meio. Na primeira forma, com pH = 1 (muito ácido), o aminoácido está totalmente protonado, pois ele pegou todos os prótons H+ do meio na tendência natural de equilibrar-se em relação ao meio. Conforme o pH vai diminuindo, na segunda e terceira formas, o aminoácido vai perdendo prótons e tornando alguns dos seus grupamentos negativos. Isso faz com que a carga da molécula se torne negativa. Veja, a carga do aminoácido na primeira forma era +1. Na medida que o pH foi ficando mais básico, ela passou a -1. É claro, a molécula pode transitar entre essas formas. Vai depender, sempre, do pH do meio.

Cada aminoácido vai formando ligações de hidrogênio com os seus vizinhos e construindo uma estrutura de hélice. Cada um faz duas ligações de hidrogênio: uma com o quarto aminoácido acima e outra com o quarto aminoácido abaixo na estrutura. Essas ligações aproximam aminoácidos 'distantes' e fazem com que a estrutura se "retorça" em uma hélice. Essa é a possibilidade mais comum de estrutura secundária nas proteínas.

No caso das folhas-β os aminoácidos estabelecem pontes de hidrogênio com outra região alinhada de forma paralela ou antiparalela. Essas estruturas predominam em algumas proteínas fibrosas, incluindo a proteína da seda da teia de aranhas. O efeito coletivo do grande número de ligações de hidrogênio torna cada fibra da seda da aranha mais forte do que um cabo de aço de mesmo diâmetro.

Estrutura das proteínas

Agora que já entendemos como os aminoácidos se estruturam e se
ligam uns aos outros para formar as proteínas, vamos observar a estrutura desses polímeros em uma ótica mais ampliada! Até por que, considere uma proteína hipotética que tenha 10 aminoácidos de cada tipo, ligados em cadeia, ou seja, é uma proteína com 200 aminoácidos. Você teria a capacidade de inferir sua função, sua forma ou qualquer coisa sobre ela apenas com essa informação que eu dei? Então, contando que você fez que não com a cabeça, podemos entender que somente saber a composição de aminoácidos nos dá pouca informação sobre quem é essa proteína e o que ela realmente faz. O torna uma proteína uma enzima, outra um hormônio e outra um anticorpo? A distinção entre elas está a nível estrutural, claro, mas não somente em quais aminoácidos a compõem, mas também em que quantidade e em que ordem. Sendo 20 o número de aminoácidos que, em suas diferentes ordenações, configuram todas as proteínas conhecidas, as possibilidades numéricas delas são próximas do infinito. Ou seja, proteínas diferentes têm distintas quantidades de aminoácidos (por exemplo, a hemoglobina tem 574 aminoácidos e a lactase tem 1927), distintas composições e ordenamento desses monômeros. Isso determina estruturas diferentes e, consequentemente, funções diferentes.

Aqui, já estamos nos aproximando bastante do que seria a estrutura primária de uma proteína, que se trata da sequência linear dos aminoácidos que a compõe. É a forma fundamental de toda proteína. Se trata da sequência propriamente dita: quais aminoácidos a compõe, em que quantidade e em que ordem?

Esse nível de observação é importante para descrevermos as proteínas e tudo mais, mas nenhuma proteína é encontrada na forma primária na natureza. Isso pois, assim que são produzidas na síntese proteica, a molécula adquire um enrolamento em α-hélice ou em um formato pregueado conhecido como folha-β (como a gente faz com uma folha sulfite para fazer um leque, sabe?). Essa é a estrutura secundária, que consiste na maneira como a cadeia se organiza no espaço. Alguns estudos sobre estrutura das proteínas indicaram que a predominância de alguns tipos de aminoácidos em algumas regiões influencia se a conformação secundária será α-hélice ou folha-β. Áreas ricas em Glutamato, por exemplo, possuem conformação preferencialmente α-hélice, e áreas ricas em valina, folha-β. Uma alta incidência de Glutamato, Lisina, Arginina, Tirosina, Cisteína, e outros grupos carregados no grupo R, pode impedir a formação de α-hélice na cadeia polipeptídica. Esses grupos, se muito próximos, tendem a repelir um ao outro muito fortemente. Então, vemos que até quando se trata ao nível estrutural secundário, a composição de aminoácidos influencia. Algumas proteínas de função estrutural são encontradas nesse nível estrutural, como o colágeno e a queratina.

O colágeno
corresponde a 40% do total de proteínas do corpo humano

O colágeno é uma proteína produzida por células do tecido conjuntivo, chamadas de fibroblastos.

             Dá estrutura e elasticidade à pele, melhorando a saúde dos músculos, tendões e articulações

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Para entender bem a estrutura primária e secundária das proteínas, considere transtiretina, produzida na tireóide e responsável por transportar vitamina A. Essa proteína é composta por quatro cadeias polipeptídicas idênticas, sendo cada uma por 127 aminoácidos. Você pode ver essa cadeia na sua exata sequência na imagem acima! Essa forma não-enovelada, somente demonstrando a ordem e composição dos aminoácidos é o que chamamos de estrutura primária. Cada uma das 127 posições ao longo da cadeia é ocupada por um dos 20 aminoácidos, indicados aqui pelo código de três letras. Se formos pensar matematicamente, existem 20 elevado a 127 maneiras distintas de montar uma proteína com 127 aminoácidos. Mas, para montar a transtiretina, você não tem um arranjo qualquer de 127 aminoácidos, mas a composição exata daqueles que ali estão representados, naquela exata ordem. A estrutura primária, então, por sua vez, determina as estruturas secundária e terciária, devido à natureza química da cadeia principal e das cadeias laterais (grupos R) dos aminoácidos ao longo do polipeptídio. A composição dos aminoácidos na cadeia determinará, portanto, uma tendência de conformação secundária de α-hélice ou folha-β, como já falamos, mas também no arranjo tridimensional, que conhecemos como estrutura terciária.

Nesse tipo de representação tridimensional da estrutura das proteínas, as regiões de α-hélice são representadas pelas estruturas em formato de "cachinho" e folha-β, pelas setas.

Se na estrutura secundária, o que dá coesão e sustentação são as pontes de hidrogênio entre os aminoácidos que compunham a sequência, na estrutura terciária veremos essas α-hélice e folha-β se enrolando entre si, de acordo com a interação das cadeias laterais (ou Grupos R) dos aminoácidos, formando estruturas mais globulares. Ou seja, veremos como ocorre a organização das hélices, fitas e voltas no espaço tridimensional. A maioria das proteínas se encontra nesse nível estrutural! Aqui, finalmente, fica muito claro como que mutações na estrutura primária, isto é, troca de aminoácidos ou inversões na ordem podem ocasionar uma proteína totalmente diferente da original. Se um aminoácido que interage diretamente com outro e assim, aproxima as regiões de fita que eles se localizam, ele gera uma 'dobradura' na fita e uma determinada estruturação pra proteína. Se por algum erro esse aminoácido for trocado ou removido, a estrutura vai admitir uma forma diferente, e isso certamente afetará sua função.  

Veja, você lembra que os aminoácidos tinham, entre si, diferenças nas cadeias laterais, certo? Algumas eram positivamente carregadas, outras neutras e outras negativas. Além disso, se duas cisteínas estiverem muito próximas uma da outra, elas podem fazer ponte dissulfeto, que é uma ligação super forte! Algumas cadeias laterais fazem ponte de hidrogênio e até ligações iônicas com outras. Isso, claro, é determinado pela característica química de cada uma! Essas interações que descrevi acima garantem que partes da estrutura proteica se aproximem ou se afastem de outras, gerando uma forma particular, que é conferida especialmente pela ordem na qual aparecem esses aminoácidos e, consequentemente, suas cadeias laterais. A ideia é que se você remove ou substitui um aminoácido com determinada característica por outro, de propriedade diferente, a interação que influenciava na sua forma não existirá mais e a sua estrutura será diferente. Por isso, de uma forma ou de outra, a sequência primária de uma proteína acaba determinando a estrutura secundária e terciária do polipeptídeo.

A seguir, darei dois exemplos muito críticos sobre como a relação de forma e função das proteínas é central para sua atividade. Em quase todos os casos, a função da proteína depende da habilidade de reconhecer e ligar-se a outra molécula. Em enzimas, por exemplo, a ligação entre o sítio ativo e o substrato é altamente específica, como já escrevi em um post lá no blog! Na figura, você pode observar a complementaridade perfeita entre as estruturas de um anticorpo (que é uma proteína) e uma substância particular no vírus da gripe, à qual o anticorpo se liga e marca para ser destruído pelas células de defesa. É normalmente nesse ponto que os vírus mutam de modo a 'se esconder' do nosso sistema imunológico: modificando as estruturas que permitem que anticorpos e células de defesa o reconheçam, ele se torna algo totalmente novo para o nosso sistema.

Proteína do anticorpo

Proteína do vírus

Um segundo exemplo super crítico é relacionado a uma doença bem conhecida: anemia falciforme. Molecularmente, sabemos que sua origem é genética, na substituição de um único nucleotídeo, que gera a troca do aminoácido correspondente: um glutamato por uma valina. Isso faz com que a forma da proteína mude discretamente e aumente as chances das hemoglobinas se agregarem e formarem fibras, dificultando a sua função de carregar oxigênio. Olha o nível da brincadeira: a hemoglobina tem 4 subunidades, onde cada uma tem cerca de 140 aminoácidos. A mudança de um único gera toda uma questão fisiológica séria e crônica para o transporte desse importante gás.

Reforçando ainda que a função da proteína tem relação com os aminoácidos que a compõem, bem como seu arranjo tridimensional, temos a questão da ligação da proteína hemoglobina com o oxigênio. A hemoglobina é uma proteína que fica na membrana das células vermelhas do sangue (hemácias) e são as estruturas nas quais o oxigênio captado no pulmão ou brânquias se liga para percorrer a corrente sanguínea. Ela é uma proteína com estrutura quaternária, isto é, composta por mais de uma unidade polipeptídica. No caso da hemoglobina, estão ligadas quatro cadeias (também chamadas de subunidades). Cada uma tem um grupamento responsável pela ligação com o oxigênio, chamado de grupo heme. Ele é aquele que dá a cor vermelha ao sangue e tudo que por ele é irrigado. Se cada hemoglobina tem 4 grupos heme, um em cada subunidade, cada hemoglobina tem a capacidade de se ligar a 4 moléculas de oxigênio. Cada hemácia possui aproximadamente 250 milhões de hemoglobinas, logo cada hemácia pode transportar 1 bilhão de moléculas de oxigênio. 

O grupo heme é composto por um anel porfirínico com um átomo de ferro no centro, responsável pela ligação com o oxigênio, de fato. O anel porfirínico é basicamente uma megaestrutura composta por 4 anéis pirrólicos. Nesse caso, os nitrogênios dos anéis que sustentam o átomo  de ferro II no centro.

Algo bem interessante é que o grupo heme está ligado à estrutura da hemoglobina em uma região muito específica: uma "cavidade apolar", composta por aminoácidos apolares. Este ambiente apolar é extremamente importante para evitar que o ferro saia do estado ferroso (Fe+2) e passe para o estado férrico (Fe+3). Isto ocorre, pois, a nuvem eletronegativa sobre moléculas polares são concentradas, enquanto a de moléculas apolares são difusas, tendo menos força para retirar um elétron do Ferro e transformá-lo em um estado Férrico. Mas, por que isso é importante? O Ferro II, pode compartilhar 6 elétrons. Então, interage com os quatro anéis pirrólicos, com a estrutura protéica através de um aminoácido (histidina) da subunidade da hemoglobina que ele está e ainda fica disponível para mais uma ligação, que pode ser com o Oxigênio ou com outro componente, como o Gás Carbônico e o Sulfeto de Hidrogênio (H2S). Ligar-se a essas duas últimas substâncias é, normalmente, sinal de problemas, pois elas têm uma afinidade ainda maior pelo grupo heme do o oxigênio e, por isso, estas substâncias são tão tóxicas para nós.

Heme

Quando o Ferro se liga ao Oxigênio, sempre de forma reversível, ele se alinha com o anel porfirínico, saindo do plano inferior que costumava estar. Quando ele se desloca, puxa consigo a histidina a qual está ligado e consequentemente toda estrutura proteica. Esta mudança de conformação vai levar ao que conhecemos como Curva de Oxigenação da Hemoglobina.

Ela consiste no fato de que toda vez que uma molécula de oxigênio se liga ao grupamento Heme de uma das subunidades, a conformação da hemoglobina é alterada e isso confere às outras subunidades uma maior afinidade pelo oxigênio. Para quantificar um pouco, estima-se que a última subunidade a se ligar ao O2 tenha uma afinidade 300x maior do que a primeira. Este é um fenômeno químico chamado de cooperatividade.
Entretanto, nem tudo são flores: há alguns fatores que diminuem a afinidade da hemoglobina com o O2, são eles: o aumento de temperatura, alguns compostos fosforilados, como o BPG (2,3-bifosfoglicerato), aumento da pressão parcial de CO2 e a redução de pH. No caso do aumento da temperatura que são mais comuns em caso de febre ou intensidade de atividade física, os tecidos extrapulmonares consomem muito mais energia do que em estados normais, então com uma diminuição da afinidade, ela consegue perder o oxigênio para estes tecidos mais facilmente.

O conteúdo deste box não é totalmente autoral. Parte dele está originalmente exposto no Volume II da apostila de Bioquímica do CEDERJ.

Do liso ao crespo: a diferença está nas proteínas!

Você já deve ter ouvido falar no termo queratina, provavelmente no contexto de tratamentos capilares. A queratina (que daqui para a frente chamaremos α-queratina) é uma proteína fibrosa encontrada nos cabelos e pelos, nas unhas, na lã, nos chifres, nas garras, nas penas e na maior parte da camada superficial da pele dos animais. Essa proteína apresenta grande resistência e impermeabilidade, conforme poderíamos imaginar, já que está presente em estruturas tão duras quanto um chifre, por exemplo. A resistência da α-queratina vem das suas características estruturais: ela é formada por α-hélices que se enrolam umas sobre as outras formando uma super hélice. Diferentemente das α-hélices de outras proteínas, na α-queratina cada volta com tamanho de 5,15 a 5,2 Å, em vez de 5,4 Å das hélices tradicionais. Isso significa que a estrutura toda é mais compacta, o que lhe confere maior resistência. Outra característica da estrutura da α-queratina é que as hélices são entrelaçadas de tal maneira que a superfície de cada uma delas, que toca a hélice adjacente, é composta por aminoácidos hidrofóbicos como alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina e fenilalanina. Esse contato possibilita a formação de interações hidrofóbicas entre esses aminoácidos, ajudando a estabilizar a estrutura da super-hélice. Você pode estar se perguntando: “Se os fios de cabelo de todas as pessoas são formados por essa tal de α-queratina, como é que uns têm cabelos enrolados e outros, lisos?” Essa é uma excelente pergunta, cuja resposta está nas pontes dissulfeto. 

As α-queratinas podem apresentar uma grande quantidade de cisteínas e, por isso, serem capazes de formar pontes de enxofre ou pontes dissulfeto. Essa interação é mais uma força envolvida na manutenção da estrutura da super-hélice dessas proteínas e confere à estrutura das queratinas alta resistência. Como essas interações interferem na forma do cabelo? Muito simples: a maneira como as pontes dissulfeto são formadas (quais resíduos de cisteína estão envolvidos) é que determina. Assim, se tivermos cisteínas pareadas formando pontes dissulfeto, o cabelo apresenta aspecto mais liso. Já se são formadas entre resíduos mais afastados, o cabelo assume aspecto ondulado. Esse, inclusive, é o princípio daquele tratamento capilar conhecido como permanente.

A diferença de um fio liso ou ondulado para um fio crespo está também à nível proteico, simplesmente na forma como a queratina se distribui nas estruturas do fio capilar. No cabelo crespo a queratina é distribuída de maneira elipsoide no córtex do fio, ou seja, em forma de elipse. Assim, existe mais queratina ao redor do fio do que no centro, sendo o fio crespo quase oco na sua camada interna. Por isso, ele é mais frágil e necessita de mais cuidados do que cabelos lisos ou ondulados: hidratações, shampoos especiais, etc.

A forma como a queratina se distribui no fio, claro, é geneticamente determinada, principalmente pelo gene TCHH, presente no cromossomo 1. Esse gene codifica uma proteína chamada trico-hialina, que dentre outras funções, forma ligações entre a cabeça e a cauda das cadeias de queratina e participa dessa reticulação que define a forma do fio. Ela confere resistência mecânica à bainha interna da raiz do folículo piloso e a outros tecidos epiteliais.

A química por trás do permanente 

Primeiro, enrolamos os cabelos sobre um molde que lhes dará sua forma ondulada futura. Em seguida, adicionamos um produto que funciona como agente redutor das pontes de enxofre, isto é, o produto reduz as ligações S-S desfazendo-as entre duas cisteínas, deixando-as livres e reduzidas.

Como não são apenas as pontes dissulfeto responsáveis pela estrutura da super-hélice dos fios, o cabelo deve ser aquecido para fazer com que as pontes de hidrogênio existentes entre as duas hélices também  sejam rompidas. O agente redutor, associado ao calor, faz com que as hélices da queratina se desfaçam. Depois de um determinado tempo, o produto redutor é removido dos cabelos e um outro produto, agora oxidante, é aplicado. Este produto vai fazer com que novas pontes de enxofre se formem entre as duas hélices da α-queratina. As pontes de enxofre resultantes desse processo não são as mesmas que as anteriores, e os cabelos ficam ondulados (veja
a figura a seguir).

Proteínas e homologia

Muitas destas sequencias que são variáveis possuem pouco ou nenhum efeito na função da proteína. As proteínas homólogas são proteínas relacionadas evolutivamente, que geralmente possuem a mesma função em espécies diferentes. O significado funcional é bem ilustrado pelo Citocromo C, uma proteína mitocondrial que contém ferro e transfere elétrons durante oxidações biológicas em células eucarióticas. Ele possui 27 posições invariantes em todas as
espécies testadas nos estudos sobre o tema, Os resíduos em outras posições apresentam algumas variações interespécies, mas em muitos casos estas variações são do tipo substituições conservativas entre aminoácidos positivamente carregados. O exame das sequências do citocromo c e de outras proteínas homólogas levou a uma conclusão importante: o número de aminoácidos que se diferem em proteínas homólogas de duas espécies quaisquer é proporcional à distância filogenética entre estas espécies. Ou seja, podemos, de alguma forma, medir o 'parentesco' das espécies de acordo com o grau de semelhança de algumas estruturas proteicas!

Milhares de doenças genéticas humanas são decorrentes de proteínas defeituosas; talvez um terço seja por causa de uma única alteração em sua sequência de aminoácidos, o que reitera o que já disse sobre a importância e sensibilidade da relação forma e função para as proteínas. Mas é importante saber que a cadeia polipeptídica não é absolutamente fixa ou invariante para uma proteína em particular, ela pode ser flexível. Estima se que 20 a 30% das proteínas humanas sejam polimórficas, isto é, possuem variantes em suas sequências de aminoácidos.  Muito disso também vimos em um post lá do blog intitulado "Quantas proteínas o ser humano é capaz de produzir?"

Desnaturação, quando a proteína perde o que lhe é mais sagrado: sua forma.

Nós já vimos que cadeias polipeptídicas com sequências específicas de aminoácidos são capazes de se dobrar espontaneamente em uma estrutura tridimensional determinada por interações responsáveis pelas estruturas secundária e terciária, sejam elas as ligações de hidrogênio, sejam van-der-Waals, pontes dissulfeto ou ligações iônicas. Esse dobramento normalmente ocorre à medida que a proteína é sintetizada no interior da célula, com o auxílio de outras proteínas. No entanto, a estrutura de uma proteína também depende das condições físicas e químicas no ambiente da proteína. E claro, não existe um ambiente universalmente bom ou universalmente ruim. Por exemplo: um pH = 2,0 é bom ou ruim para a proteína? Depende. Pra uma proteína ou enzima que atua no estômago é ótimo, mas para uma que atua no intestino ou no sangue, é péssimo.

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Cada tipo de enzima e proteína tem o seu conjunto de fatores ambientais ideais. Por ambiente, no que se refere a afetar a estrutura proteica, estou falando principalmente do pH, concentração de sais e temperatura. Se esses fatores estiverem muito fora dos parâmetros dos limites químicos da proteína, as ligações químicas fracas e as interações na cadeia peptídica podem ser destruídas, fazendo a proteína se desenrolar e perder a sua forma original, alteração chamada de desnaturação. Um exemplo muito comum de desnaturação, é quando fritamos o ovo. A clara tem suas proteínas, como a albumina, desnaturadas e aí elas se tornam insolúveis e solidificam. Mas veja, desnaturar a proteína não altera seu valor nutricional, pois seja na frigideira, fogueira ou estômago, as proteínas têm que ser quebradas em aminoácidos, que esses sim, são absorvidos pelo sistema digestivo.

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Dependendo de alguns fatores, a desnaturação pode ser revertida, ou seja, acontecer a renaturação, que seria a volta da estrutura nativa da proteína uma vez retomados os fatores ambientais 'aceitáveis'. Queria aproveitar esse tema para abordar a desnaturação aplicada a mais uma questão cotidiana. Vocês conhecem a chapinha, né? Aquele aparelho para alisar cabelos, que parece uma pinça gigante, mas que têm duas chapas quentes que, quando são passadas no cabelo, o alisam. Aqui é importante saber que a fibra capilar é constituída por 3 camadas: cutícula, córtex e medula. A cutícula é a camada mais externa, responsável por regular a entrada e saída de água da fibra. O córtex é responsável pela maior parte do fio e sua força. Quando essas camadas são danificadas pelo uso de chapinhas, as células cuticulares se separam, a superfície então fica rugosa e porosa. A desnaturação protéica do cabelo é um fenômeno que ocorre com proteínas, ocasionado por excesso de calor. Algumas proteínas corporais desnaturam a partir de 40-45°C. Em temperaturas inferiores ou iguais a 100°C, a água fracamente ligada ao cabelo evapora. A evaporação da água que faz parte da constituição do fio capilar ocorre a 135°C, ocasionando a desnaturação da queratina. Quando a temperatura da chapinha é mantida abaixo de 230°C ela consegue remover a umidade, rompendo as pontes de hidrogênio, dando um novo formato para o fio. Acima de 350°C ocorre dano total ao fio de cabelo.

É possível morrer de febre, literalmente?

A febre é uma resposta inflamatória sistêmica que ocorre em resposta a certas infecções causadas por patógenos. As substâncias liberadas pelas nossas células de defesa sinalizam ao termostato do corpo, no hipotálamo, que a temperatura deve ser reajustada para cima. A sua função ainda é debatida e vai desde um possível benefício no combate a certas infecções, onde a temperatura corporal elevada pode intensificar a fagocitose e, ao aumentar a velocidade das reações químicas, acelerar o reparo dos tecidos, até a hipótese de que a febre seria uma forma de nos deixar repousados e cansados, de modo a concentrar energia para o combate imunológico. Fato é que a febre é uma resposta imunológica, produzido pelo nosso próprio corpo e potencialmente possui funções importantes, mas que pode se tornar algo negativo se for muito alta. Isso por que febres muito altas elevam a temperatura também do sangue (claro, ele faz parte de um corpo que está muito quente). Quando a temperatura do corpo está entre 39,5°C e 41°C, pode causar ainda tontura, náusea, vômito, alucinação, convulsão, irritabilidade e confusão. Superior a isso, a vida da pessoa começa a entrar em risco sério, uma vez que uma elevação tão grande da temperatura causará certamente uma desnaturação das proteínas sanguíneas, o que interromperá, entre outros processos, o transporte de oxigênio. Uma febre tão alta pode facilmente levar ao coma e a morte.

"A Vida no Limite" é um livro que fala sobre a ciência da sobrevivência e dos desafios que enfrentamos em ambientes altamente hostis: em grandes altitudes, sob intensa pressão, no calor e no frio extremos, na velocidade, no espaço. 

Função energética das proteínas

Ao falar de todos os processos que as proteínas participam, acabamos deixando de lado uma função importante delas: a função energética. Prover energia para o corpo é mais comumente ligado aos carboidratos (açúcares, como glicose, frutose, entre outros), mas proteínas podem participar desses processos, principalmente quando os açúcares são escassos. Algo importante de lembrarmos é que existem órgãos no nosso corpo que só conseguem produzir energia na presença específica de glicose, como a medula renal, retina, mucosa intestinal e o cérebro.

Então, quando a glicose começar a diminuir muito, durante um jejum muito prolongado, o seu corpo vai começar a usar as reservas. Primeiro, ele vai usar o glicogênio, armazenado nos músculos e no fígado. Depois, ele vai acionar as reservas de gordura e, meio que junto, vai começar a degradar o tecido muscular para liberar alguns aminoácidos que podem se transformar em carboidratos. O processo de fabricar carboidratos a partir de moléculas que não são carboidratos (como gorduras e proteínas), chamamos de gliconeogênese, que  vai ocorrer principalmente no fígado, mas também um pouco nos rins. 

Só pra falarmos um pouco de números, os músculos e o fígado armazenam glicose na forma de glicogênio (que consiste em alguns milhares de glicoses ligadas), suficiente para abastecer o corpo de glicose por 8h de jejum. Depois disso, as reservas energéticas não-glicídicas começam a ser avidamente ativadas. As moléculas que podem ser transformadas em carboidratos são glicerol, lactato e aminoácidos (com exceção da Lisina e Leucina).

As proteínas presentes na musculatura esquelética podem ser catabolizadas (ou seja, desmontadas) e seus aminoácidos, convertidos em alanina (um aminoácido) que será levada para o fígado para ser transformada em piruvato. Se você for observar a respiração celular, que já estudamos em Metabolismo Energético da Célula, vai ver que o piruvato é o produto final da primeira fase da Respiração, onde uma molécula de glicose, com 6 carbonos, dará origem a duas moléculas de piruvato, com 3 carbonos cada. Então, uma vez que a maioria dos aminoácidos podem ser convertidos em piruvato, se torna possível realizar as outras fases da respiração celular mesmo sem glicose! Vamos falar mais sobre metabolismo de carboidratos mais a frente, mas antes, é importante falar sobre as enzimas.

Alanina (um aminoácido)

Piruvato (um alfacetoácido)

"Além dos 20", os aminoácidos menos conhecidos: onde vivem, como são formados, o que fazem?

Você sempre lê em livros, sites e ouve de professores que são 20 os aminoácidos que formam proteínas, dando a entender que existem aminoácidos que não formam proteínas. Pode isso, Arnaldo? Pode, eu vou te explicar, mas vamos por partes.

Os aminoácidos são os monômeros das proteínas e quase sempre serão encontrados compondo estruturas proteicas em algum momento. Os 20 aminoácidos que tanto falamos são aqueles que podem ser encontrados em todas as proteínas, sejam elas proteínas de uma bactéria, de uma batata ou de um mamífero. Os outros aminoácidos possíveis são raramente citados pois são encontrados em proteínas que fazem parte de um grupo bem restrito e, na verdade, nada mais são do que os aminoácidos que já conhecemos, mas que sofreram modificações por enzimas muito específicas depois de já estarem formando a estrutura das proteínas. Vou te mostrar alguns, como a 4-hidroxiprolina e a 5-hidroxilisina, que estão no colágeno. 

Falando sobre o colágeno, algo importante aqui deve ser lembrado: ele está em tecidos conjuntivos super importantes para o corpo, como pele, músculos, tendões, articulações, lembra? A hidroxiprolina, que eu falei ali em cima, é construída quando uma prolina recebe um grupamento OH no carbono da posição 4. Essa reação é promovida por uma enzima denominada prolil-hidrolase, que necessita de ácido ascórbico (vitamina C) para adicionar esse OH à prolina. Não é atoa que a carência de vitamina C num organismo causa uma doença chamada Escorbuto, que afeta gengivas, causa irritações na pele e hematomas espontâneos, ou seja, no tecido conjuntivo! Agora você sabe o porquê: a carência de vitamina C afeta a construção de um dos aminoácidos da proteína colágeno.

A outra possibilidade são os aminoácidos que realmente não estão agregados em estruturas proteicas, como é o caso da ornitina e a citrulina, que participam de vias metabólicas importantes no nosso organismo, como o ciclo da uréia.

4-Hidroxiprolina

Prolina

Agregados supramoleculares e doenças amiloidogênicas

"Amiloidogênico? Supramolecular? Vivian, sei que você é fluente em português, grego e biologês (uma língua derivada do grego), mas agora você falou esperanto, hebraico, suaíle, sei lá". Calma, que conforme eu for explicando, o nome vai se traduzindo sozinho. "Nós estamos estudando proteínas e você me vem com doenças amiloidogênicas. Ou seja, 'originadas a partir do amido'. Mas amido não é carboidrato?". De fato é, mas é que nos primeiros estudos com doenças como Alzheimer e Parkinson, foram observados depósitos fibrilares presentes em alguns tecidos ou órgãos. Essas doenças são parte de uma classe de doenças ocasionadas pelo mau enovelamento de uma determinada proteína, o que gera esses depósitos. Hoje sabemos que se tratam de proteínas, mas quando inicialmente pesquisaram essas moléculas, percebiam que ao reagir com corantes com iodo, ficavam com o mesmo padrão de coloração do amido, então pensaram que essas moléculas eram carboidratos, mas depois novos estudos revelaram que esses depósitos fibrilares não eram de amido, mas sim de proteínas. O nome amiloidose, no entanto, permaneceu. Tipo, o nome já tinha pegado, né.

Essas doenças não são contagiosas e muito menos causadas por bactérias, vírus ou protozoários. São causadas quando algumas proteínas adquirem uma conformação alterada, ou seja, diferente da forma nativa que é designada pela sua respectiva sequência primária, aí elas formam agregados e depósitos fibrilares que causam danos aos tecidos e órgãos onde se acumulam. Provocando a degeneração desses tecidos, essas doenças comumente levam à morte.

No caso do Parkinson e Alzheimer, essa produção incorreta das proteínas faz com que elas adquiram uma conformação também incorreta, deixando certos aminoácidos voltados para fora na estrutura proteica. Não qualquer aminoácido, mas aqueles que são apolares. Assim, esses aminoácidos com característica hidrofóbica (que naturalmente estariam voltados para dentro da proteína, fugindo da água), terão a tendência de se associar a outros e formar agregados, para diminuir sua área de contato com a água (ou seja, com o ambiente polar). As doenças amiloidogênicas são, portanto, causadas por erros na estrutura das proteínas e, portanto, não são transmissíveis. Existe uma exceção, claro, que é a Doença da Vaca Louca, conforme explico ao lado.

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O Mal de Alzheimer acomete 1 em cada 4 (25%) das pessoas com mais de 80 anos

Me explica como uma doença neurodegenerativa originada por uma proteína defeituosa em bovinos pode ser transmitida para um ser humano através do consumo da carne? O pior de tudo, é que a doença aparentemente nem se origina nas vacas, mas em ovelhas. As vacas teriam adiquirido a encefalopatia devido ao fato de, na Inglaterra, serem alimentadas uma ração enriquecida com uma farinha preparada com vísceras de ovelhas. As ovelhas seriam os paciente zero. Isso abre totalmente um novo paradigma na Biologia Molecular, né? Por que estamos acostumados a ver doenças causadas por agentes etiológicos (vírus, bactérias, fungos, protozoários e até animais e plantas). Agora, por uma proteína?

Nós chamamos de príons as proteínas que existem naturalmente nas membranas das células nervosas. Não se sabe muito bem qual é a sua função, mas sabemos que a estrutura dessa proteína é rica em α-hélices e pobre em folhas β. Nessa conformação, ela não causa mal algum ao animal e é chamada de proteína prion celular (PrPC). Por algum motivo – que os cientistas desconhecem até agora –, essa proteína pode assumir uma outra conformação, que é rica em folhas β e pobre em α-hélices. Essa conformação anormal (PrPSC) é capaz de se agregar formando fibrilas que se acumulam no sistema nervoso do animal e causam dano cerebral. O mais impressionante é que algumas evidências experimentais confirmaram que esta conformação alterada, ao entrar em contato com a proteína celular PrPC presente no cérebro de vacas sadias, causaria uma mudança na conformação na proteína normal e convertendo ela na forma anormal.

Enzimas

ENZIMAS

As enzimas são moléculas com atividade catalítica

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O mais comum quando estudamos reações químicas é ver os reagentes dando origem a produtos, certo? Com as reações que são mediadas pelas enzimas (catálises), não é diferente. Unica coisa que muda é que chamamos aquelas moléculas nas quais a enzima atua de substratos. Eles são equivalentes aos "reagentes".

Observe na seguinte reação catalisada pela enzima lactase. Ela utiliza a lactose como substrato (reagente), que é um dissacarídeo, para quebrá-la em dois monossacarídeos, galactose e glicose (produtos). Entretanto, é importantíssimo perceber que a lactase não foi consumida na reação. Isto é, assim que termina de realizar a reação, ela pode fazê-la novamente com mais moléculas de lactose.

Essa é a definição mais correta das enzimas. Digo isso no lugar do que se diz muito por aí, que as enzimas são "proteínas com atividade catalítica", "proteínas globulares especializadas" ou "moléculas orgânicas de natureza proteica". Nem todas as enzimas são proteínas e isso não um mero detalhe, como o quadro a seguir explorará mais a fundo. Uma vez que você deu a devida importância pra essa ressalva, vamos tratar especialmente agora das enzimas proteicas, que são a grande maioria. Isso é verdade mesmo, rs.

Primeiro, temos que pensar o que define uma enzima, né? As enzimas proteicas têm tudo que qualquer outra proteína tem e uma estrutura composta principalmente por aminoácidos, cuja ordem e constituição são definidas por genes, que estão no nosso material genético. Não lembra disso? Dá uma olhada lá no conteúdo de genética e depois volta. Eu te espero.

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As principais características que todas as enzimas têm em comum são:

 

  • Apresentam alta atividade catalítica (aceleram de 106 até 1012 vezes uma reação)

  • São altamente especifica em relação aos substratos e produtos relacionadas a ela;

  • Não são consumidas ou alteradas permanentemente ao participar da catálise;

  • Tem atividade regulada geneticamente ou por condições metabólicas

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Mas o interessante é que a maioria das proteínas possuem, além da sua cadeia de aminoácidos, estruturas de outras classes de moléculas, que são denominados grupos prostéticos, associadas à sua estrutura. Isto é, algumas enzimas não requerem nenhum outro grupo químico além de seus próprios resíduos de aminoácidos, mas a maioria requer componentes químicos adicionais chamados de cofatores e coenzimas.

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  • Cofatores consistem em um ou mais íons metálicos inorgânicos, como Fe2+, Mg2+, Mn2+ ou Zn2+s, que apresentam um grande número de cargas positivas especialmente úteis na ligação de pequenas moléculas. Os cofatores fazem ligações reversíveis com as enzimas, participando da reação e depois sendo desligado da estrutura principal.

  • Coenzimas são moléculas orgânicas pequenas, frequentemente derivadas de vitaminas. Algumas coenzimas podem funcionar como transportadores recicláveis ou até mesmo como agente de transferência de grupamentos, podendo facilitar a ligação da enzima com o substrato. São exemplos de Coenzimas: NAD/NADH (remoção e adição de hidreto), Acetil-CoA (C2-alquilação), ATP (fosforilação), Biotina (carboxilação), etc. Estudamos muitas delas no nosso metabolismo energético.

Então, resumindo a ópera: muitas enzimas são compostas pela apoenzima (componente proteico) e por um grupo prostético (componente não-proteico, que pode ser um metal, um cofator ou uma coenzima). A enzima só é considerada cataliticamente ativa quando ligada ao seu respectivo grupo prostético. Quando isto acontece, chamamos o conjunto de holoenzima (forma ativa).

Se você sabe como proteínas são produzidas, sabe que estou falando dos processos de transcrição e tradução do DNA. Se já leu algo sobre, sabe também que o processo é mediado e rigorosamente controlado por dezenas de enzimas. É algo altamente complexo! Mas, se as enzimas são proteínas, como que foi possível produzir as primeiras enzimas se elas, para serem produzidas, precisam de um processo que depende de enzimas? Entendeu a Nazaré confusa? Fez um paradoxo aí, né? Na verdade você só fica confuso com essas informações que eu te dei, se você usar a errônea premissa de que todas as enzimas são proteínas. Segue o fio: as proteínas são produzidas por transcrição e tradução do DNA, logo assim como todas as enzimas protéicas. Até aí tudo bem? 

Precisa de enzimas pra produzir enzimas... ué, pera.

Entetranto, nem todas as enzimas são proteínas e é aqui que isso deixa de ser um mero detalhe para ganhar uma importância de história biológica imensa! Como produzir enzimas proteicas se você precisa de enzimas proteicas para produzi-las?  A resposta é simples: com enzimas que não são proteicas. As enzimas não proteicas são as conhecidas ribozimas, ou seja, pequenos trechos de RNA (ácido ribonucleico) capaz de realizar atividade catalítica. Os bioquímicos, inclusive, têm muitas razões para crer que o RNA foi uma molécula que surgiu antes do DNA. Sendo assim, o mais provável é que moléculas de RNA serviram não somente como 'material genético' dos primeiros organismos vivos, quanto como uma molécula com atividade catalítica.

Alguns RNAs, inclusive, têm até atividade autocatalítica, isto é, conseguem se replicar de forma autônoma, sem ajuda de outras moléculas para mediar o processo. Em alguns organismos, o processamento do RNA que ocorre logo após a transcrição, pode ocorrer sem a participação de proteínas ou mesmo de moléculas adicionais de RNA: o íntron de RNA atua como ribozima e catalisa a sua própria clivagem, no processo de splicing.

Só pra não perder a oportunidade aqui, é importante a gente já classificar uma 'organela' muito conhecida: os ribossomos. Eles são moléculas compostas por RNA ribossomal (rRNA) e auxiliam diretamente na ligação dos tRNA com o mRNA para realizar a correspondência entre sequência de nucleotídeos (DNA/RNA) e sequência de aminoácidos (proteína). Por isso, o ribossomo pode ser considerado uma ribozima, ou seja, um trecho de RNA com atividade catalítica.

Fatores que afetam a atividade enzimática

Não podemos pensar que a enzima simplesmente faz o seu trabalho e pronto. Sua atividade é afetada por diversos fatores, como por exemplo: pH, temperatura e concentração de substrato. Aqui, vamos entender exatamente o porquê e como cada um desses fatores atua sobre a atividade enzimática.

  • A temperatura age fornecendo mais energia e agitação para as moléculas atingirem o estado de transição mais rapidamente. Isto ocorre até que se atinja uma velocidade máxima, correspondente à temperatura “ótima”. Acima disso, a atividade enzimática declina abruptamente pois sua estrutura proteica sofre desnaturação, conforme já vimos anteriormente. A desnaturação por conta da temperatura se dá pois a agitação das moléculas, em níveis elevados, rompe as ligações fracas que, em conjunto, sustentam a estrutura da proteína. Sob condições de hipotermia, a atividade enzimática também é deprimida e pode chegar a ser interrompida a depender de quão baixa está a temperatura. O gráfico ao lado exprime bem essa lógica que descrevemos acima. Importante perceber que a enzima têm uma tolerância em torno da sua temperatura ótima, tanto para mais quanto para menos. Outra coisa importante de perceber é que a nossa tolerância para hipotermia é muito maior do que para hipertermia, o que de certa forma também é justificado pelo gráfico ao lado. Nossas enzimas resistem melhor à quedas de temperatura do que ao aumento!

  • Variações de pH afetam diretamente a atividade enzimática. A atividade catalítica de certas enzimas, por exemplo, necessita da forma protonada do grupo amino. Se o pH se torna tal alcalino a ponto do grupo desprotonar, a atividade da enzima pode ser reduzida. No geral, o pH pode alterar a capacidade de ligação ao sítio ativo e ainda alterar a estrutura terciária da enzima, conforme já vimos. Uma mudança drástica pode ser crucial para a enzima, levando-a a desnaturação. Algumas enzimas, dependendo da mudança de pH, podem se renaturar se o pH voltar aos padrões ideais.

  • Em relação à concentração de substrato, podemos entender a forma como ele afeta a atividade a enzima da seguinte forma: pense que as enzimas são funcionários de uma empresa que realizam um trabalho monótono de rasgar folhas de papel. Chega uma folha, o cara rasga e coloca as duas metades em uma caixa. Faz isso repetidamente. A folha é o substrato, caso não tenha assimilado ainda. Na busca por incentivar os funcionários de sua empresa a produzir mais rápido o chefe dessa seção resolve dar as folhas 2x mais rápido para que os funcionários rasguem. Eles conseguem. Estão, entretanto, na máxima velocidade que conseguem alcançar. Ignorando essa informação, o chefe resolve dobrar novamente a velocidade na qual os papéis são dados aos funcionários. O que tende a acontecer? Como os funcionários já estavam na sua velocidade máxima, adicionar mais papel só fará com que o papel se acumule na mesa dos funcionários. Ou seja, podemos adicionar substrato e isso ocasiona um aumento na atividade da enzima, já que mais substrato no meio aumenta muito as chances da enzima topar com uma molécula do substrato e se ligar a ela para executar a reação. Até certo ponto, esse aumento no substrato gera um aumento na velocidade da reação. Entretanto, quando todos os sítios catalíticos das enzimas, ou seja, quanto todas elas já estão ocupadas (o que chamamos de ponto de saturação), adicionar mais substrato não interfere mais na velocidade da reação, visto que o substrato vai se acumular.

Essa infecção gera muita coceira, vermelhidão, ardência e um corrimento com alguns grumos, dando aspecto de 'nata de leite'. Algumas vezes pode estar acompanhada de ardor ao urinar e sensação de queimadura. Esses sintomas se intensificam no período pré-menstrual, quando a acidez vaginal normalmente aumenta. Ou seja, já está ficando claro que um dos principais causadores desse desequilíbrio é uma alteração no pH vaginal, certo? Acontece que esse fungo se desenvolve bem em pH ácido, quando outros microrganismos ficam mais prejudicados, incluindo aqueles que ajudam a controlar os níveis de Candida albicans.

Por isso, um cuidado e atenção constantes cm a saúde da vagina, o que inclui alimentação e higiene são cruciais. E por falar em higiene, uma última dica: o uso de alguns tipos de sabonetes íntimos pode piorar a candidíase por não respeitar o pH natural da vagina. Então isso é algo que temos que nos atentar na leitura do rótulo na hora de comprar! 

pH vaginal, candidíase e sabonetes íntimos

Duas informações são muito importantes para entender como se dá o desenvolvimento de uma candidíase. A primeira é que a vagina é rica em microrganismos, cujo conjunto é chamado de flora vaginal. Depois do cólon, uma porção do intestino grosso, a vagina é a região com mais microrganismos em todo o nosso corpo. Essa 'flora', composta por fungos e bactérias é altamente importante para proteger essa mucosa da entrada de microrganismos patógenos (que causam doença), simplesmente por competição. A flora que vive naturalmente nas vaginas competem com microrganismos que queiram entrar no corpo por ali. A segunda informação importante é que a vagina é uma mucosa naturalmente ácida. Seu pH varia entre 4,0 e 4,5. A candidíase é uma infecção na vulva e na vagina, causada por fungos que habitam naturalmente a mucosa vaginal, como a Candida albicans. Essas leveduras podem-se tornar patogênicas quando o local de colonização do hospedeiro passa a ser favorável ao seu desenvolvimento, ou seja, algumas micoses são oportunistas, ocorrendo apenas quando uma alteração nos microrganismos do corpo, no ambiente químico ou no sistema imune permite que o fungo cresça de forma descontrolada. 

Como regular enzimas?

Pensa comigo: se praticamente todas as reações do metabolismo dos organismos vivos são mediadas por enzimas, para regular o metabolismo é só regular a atividade das enzimas. De fato, lendo tudo que escrevi sobre as enzimas, acima, podemos ver que a o seu papel nas reações químicas é tão central que uma baixa na sua atividade causa uma baixa na formação de produto e o contrário também é verdadeiro. Aqui, eu vou explicar para vocês uma forma muito comum de regular a atividade das enzima no metabolismo: através de moduladores. Moduladores são moléculas que se ligam à alguma parte da enzima para 'modular' a sua atividade. Se você não sabe o que significa modulação, é só você prestar atenção no rádio do carro: o controle do volume do som é um modulador.

Aqui, portanto, temos dois tipos de moduladores: alostéricos negativos (NAM) e alostéricos positivos (MAP). Os moduladores positivos são aqueles que estimulam a atividade enzimática, podendo até ser responsáveis por iniciá-la. No gráfico abaixo podemos ver a diferença entre uma modulação alostérica positiva (1), a curva normal de atividade enzimática (2) e uma modulação negativa (3), deixando evidente a influência de tais moléculas na afinidade entre enzima e substrato. Exemplos de moduladores alostéricos positivos bem conhecidos são os benzodiazepínicos, conhecidos pelas formulações de diazepam, alprazolam, midazolam, etc. São medicamentos hipnóticos e ansiolíticos, ou seja, que ajudam a controlar quimicamente a ansiedade. Além disso, também podem ser usados como anticonvulsivo, anestésico e relaxante muscular. Percebe o que tudo isso tem em comum? Tudo está envolvido em uma atividade depressora do Sistema Nervoso Central (SNC). Essa alteração é possível pois os benzodiazepínicos atuam potencializando a ação inibitória do neurotransmissor Ácido Gama Aminobutiírico (GABA). Ou seja, o GABA é um dos neurotransmissores mais importantes do corpo e tem justamente a função de diminuir a atividade do SNC. O que o benzodiazepínico faz é aumentar a atividade do GABA, fazendo com que ele iniba mais fortemente ainda o SNC. Apesar de se tratar de uma inibição, o processo envolvido por trás ainda é de uma modulação alostérica positiva, já que a atividade de uma molécula inibidora está sendo potencializada! Sabe quem também é um modulador alostérico positivo do GABA? O álcool etílico (aquele mesmo das bebidas). Ou seja, a ingestão de bebidas alcoólicas deprime o nosso sistema nervoso central, diferentemente de outras drogas como a cocaína que estimulam o sistema.

Os Moduladores Alostéricos Negativos são entendidos em dois grupos: irreversíveis, que inativam de forma definitiva as enzimas, como compostos organofosforados (componente de inseticidas muito utilizados na agricultura) e reversíveis, que são os mais utilizados na fisiologia do nosso corpo. Os reversíveis ainda podem ser de dois subgrupos: 

  • Competitivos – capazes de se ligarem no sítio ativo da enzima, realizando barreira física. É importante que se observe a quantidade de substrato em relação à quantidade de inibidor. Quando o primeiro for muito maior que o segundo, o efeito de inibição é praticamente anulado. No primeiro gráfico ao lado podemos observar o efeito de duas concentrações de um inibidor competitivo. Conforme se aumenta a concentração do inibidor, menos afinidade a enzima tem com o substrato. Como dito antes e agora constatável pelo gráfico, conforme a concentração de substrato aumenta muito, a ação inibitória não ocorre.

  • Não-competitivos – são aqueles que não tem semelhança estrutural com o substrato e, portanto, a inibição é provocada pela ligação entre eles e grupamentos que não pertencem ao sítio ativo. Essa ação não é específica, e um mesmo inibidor não-competitivo pode realizar inibição sob vários tipos de enzimas diferentes. No gráfico podemos ver o efeito de duas concentrações de inibidor não competitivo sobre a ação de uma enzima. É importante observar que a ligação do modulador não competitivo se dá fora do sítio ativo, não sendo responsável por nenhuma alteração na afinidade enzima-substrato. O que muda é a velocidade máxima, pois o inibidor altera a eficiência catalítica, não a afinidade da enzima.

Duas formas de ver o Ácido Gama Aminobutírico (GABA). Acima, representação em bastão. Ao lado, em 3D.

Com inibidor competitivo

O que chamamos de “km enzimático” é a Constante de Michaelis, que designa a concentração específica de substrato que corresponde à metade da velocidade máxima de catálise. Esse valor pode simbolizar a afinidade de uma enzima pelo seu substrato, isto é, quanto maior for o Km, maior a quantidade de substrato necessário para atingir a velocidade máxima e então, menor a afinidade. Então perceba, no inibidor competitivo, que se liga ao sítio ativo da enzima, veja que quanto mais o inibidor está presente no meio, mais aumenta o Km, ou seja, isso indica que a enzima perde afinidade. No caso de inibidores não-competitivos, perceba que o Km não muda quando aumenta a concentração do inibidor, mas  a velocidade da reação é severamente afetada.

Com inibidor não-competitivo

No dia 24 de março de 1989, o navio petroleiro Exxon Valdez transportava entre 257.000 a 750.000 barris de petróleo  na costa do Alasca, quando bate contra rochas submersas, causando um rasgo no fundo do petroleiro. As consequências ambientais foram enormes, como a morte de 260 mil pássaros marinhos, 2.800 lontras marinhas, 250 águias e 22 orcas, além da perda de bilhões de ovos de salmão. Caso nada fosse feito, ao deixar que a natureza se encarregue de degradar o petróleo que foi derramado, isso demorararia séculos e os danos se agravariam.

Biorremediação e as enzimas

Entretanto, é possível fazer a remediação do petróleo por  biorremediação onde microorganismos serão utilizados para degradar o petróleo, que nada mais é que uma combinação de compostos orgânicos. Alguns microorganismos específicos podem utilizar o petróleo como fonte de energia para seu metabolismo, quebrando-o pela atividade de suas enzimas. Dessa forma, esse contaminante pode ser removido do ambiente muito mais rapidamente. Esta degradação de petróleo, portanto, é mediada pelas enzimas, capazes de quebrar o petróleo para gerar energia para os microorganismos que estão participando do processo, acelerando a degradação do óleo negro.

LIPÍDIOS

Lipídios

Lipídios odeiam água: os hidrofóbicos!

Os lipídios são moléculas orgânicas que, apesar de ser um grupo muito variado, têm algo em comum: são parcialmente ou totalmente insolúveis em água, que é o que chamamos de hidrofobia. Por consequência, são solúveis em solventes orgânicos, como álcool, clorofórmio, benzina e éter. Essa relação, claro, se encontra explicada pela estrutura química dos lipídios, que são apolares, enquanto a água tem uma estrutura fortemente polar. Por isso, não se misturam. Eu discuto lá na página de água, se você ainda  não viu, dê uma olhada lá!

Os lipídios são muito lembrados na sua função de armazenamento energético, estocados nos tecidos adiposos que dão volume a muitas regiões do nosso corpo, como as mamas, braços, nádegas e queixo. Mas não podemos esquecer que essas moléculas também estão presentes nas membranas biológicas dando rigidez, além de colaborando com a ação enzimática como cofatores, transportadores de elétrons, pigmentos que absorvem radiações luminosas, agentes emulsificantes da digestão, hormônios e mensageiros intracelulares. No corpo, de uma forma geral, camadas de gordura tem função de isolamento térmico, elétrico e mecânico.

Há lipídios presentes nos alvéolos pulmonares que diminuem a tensão superficial e impedem que os alvéolos colapsem (tenham suas paredes “coladas” uma na outra) quando você expulsa o ar, na expiração. Há aqueles que formam a bainha de mielina que recobre o axônio das células nervosas e desempenham importante papel na transmissão do impulso nervoso. O colesterol, por exemplo, tido como grande vilão da alimentação, é precursor da bile, ácido produzido pelo intestino para auxiliar na digestão de gorduras. Além do colesterol, temos ácidos graxos, triglicerídeos, ômega-3, ômega-6 e tantos outros que são cruciais no nosso metabolismo.