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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