Bioquímica aplicada à Nanotoxicologia
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Curso de Extensão Universitária
Atualização de conhecimentos emNANOTOXICOLOGIA
Módulo:Bioquímica aplicada à Nanotoxicologia
Responsáveis:Prof. Dr. José M. Monserrat
Profa. Dra. Juliane Ventura-Lima
Instituto de Ciências BiológicasUniversidade Federal do Rio Grande
Prof. Dr. José M. M
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Tópicos abordados no módulo
Estrutura e funções das proteínas
Enzimas
Lipídios
Ciclo de Krebs
Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
Estrutura e função dos ácidos nucléicos
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ProteínasMacromoléculas compostas de uma ou mais cadeias polipeptídicas, cada uma possuindo uma sequência
característica de aminoácidos (AA) unidos por LIGAÇÕES PEPTÍDICAS
Muitas conformações diferentes são possíveis para as proteínas. Entretanto, somente a conformação NATIVA possui atividade biológica
O tamanho das cadeias polipeptídicas é muito variável. Assim como a composição dos AA. Cada proteína possui uma estrutura precisa que está vinculada com o seu funcionamento.
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ProteínasAs proteínas podem ser classificadas de acordo com a sua composição
SIMPLES: compostas APENAS por aminoácidos A ribonuclease é um exemplo de proteínas simples.
ribonuclease
CONJUGADAS: composta por uma parte protéica (apoproteína) e uma parte não protéica (grupo prostético).
Proteína Grupo prostéticoGlicoproteínas CarboidratosLipoproteínas Lípidos:
- Ácidos graxos
- Colesterol
- Triglicéridos
- FosfolípidosFosfoproteína Grupos fosfatoHemeproteínas HemeMetaloproteínas Fe, Cu, Mn, Mo, Zn
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Estrutura das proteínas
É a ordem na qual os aminoácidos estão ligados.
A estrutura primária é a primeira etapa unidimensional na especificação da
estrutura tridimensional de uma proteína que por sua vez determina as suas
propriedades.
Lys Lys Gly Gly Leu Val Ala His
Estrutura primária
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Estrutura das proteínas
Estrutura secundária
Folha -pregueada
Subunidadesde aminoácidos
-hélice
A estrutura secundária leva em consideração apenas o esqueleto de carbono, ou seja, as cadeias laterais não são levadas em consideração nesta estrutura.
Pode ser de dois tipos: -hélice e folha -pregueada
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-hélice
folha -pregueada
Em uma mesma proteína podemos encontrar os dois tipos de estrutura secundária
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É o arranjo tridimensional de todos os átomos da molécula
Inclui: cadeias laterais, posições de qualquer grupo prostético, arranjo de seções helicoidais e folha -pregueada
A estrutura primária depende de ligações covalentes
As estruturas secundárias e terciárias dependem de interações
não covalentes
As forças estabilizadoras não-covalentes contribuem para que uma dada proteína adote uma estrutura
estável, com baixa energia
Estrutura das proteínas
Estrutura terciária
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Estrutura das proteínas
Forças estabilizadoras da estrutura terciária
Iônicas
Interaçõeshidrofóbicas
As interações fracas são de fundamental importância para a estrutura da proteína, de modo que qualquer situação que interfira nestas interações pode afetar a estrutura e consequentemente na função da proteína.
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Estrutura das proteínas
Estrutura quaternária
É uma propriedade de proteínas constituídas por MAIS de uma cadeia polipeptídica
O número de cadeias polipeptídicas pode variar. E as subunidades podem
ser iguais ou diferentes;
Podem formar dímeros, trímeros, tetrâmeros;
As cadeias interagem entre si por interações não covalentes. Estrutura quaternária composta por 4
subunidades diferentes: TETRAMERO
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Algumas condições, ou até mesmo exposição a certas substâncias pode induzir ao rompimento da estrutura terciária das proteínas→ DESNATURAÇÃO → ALTERANDO A FUNÇÃO DA PROTEÍNA.
AGENTES:- calor – rompimento de interações fracas- extremos de pH – alteração da carga líquida da proteína- solventes orgânicos, uréia e detergentes – ruptura de interações
hidrofóbicas
É importante ter em mente que a desnaturação ocorre sem a quebra das ligações peptídicas.A desnaturação pode ser reversível → RENATURAÇÃO
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Funções das proteínasEnzimas – atividade catalítica. Grupo mais variado e mais altamente especializado. Especificidade (enzima-reação catalisada)
Ciclode
Krebs
Exemplos:
Citrato sintase -
Aconitase -
Isocitrato desidrogenase -
-cetoglutarato desidrogenase -
Nutrientes e Armazenamento : fonte energética ou estocagem de nutrientes
Ovoalbumina Ferritina
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Metabolismo de Açúcares- Insulina
Transportadoras – ligação a íons ou moléculas específicas e transporte a outros compartimentos.
Apoproteína
Fosfolípidio
Colesterol
TriacilglicerolEsteres de colesterol
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Contráteis ou Motilidade- contração, mudança de forma e deslocamento.
Colágeno(cartilagens,
tendões, couro)
Estruturais – suporte, proteção, resistência de estruturas biológicas.
Quaratina(cabelo)
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Tópicos abordados no módulo
Estrutura e funções das proteínas
Enzimas
Lipídios
Ciclo de Krebs
Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
Estrutura e função dos ácidos nucléicos
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Enzimas
A maior parte das enzimas são proteínas
A atividade catalítica depende da integridade da conformação nativa da proteína
Se houver alteração na estrutura da enzima sua atividade é afetada
As estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias são essenciais para atividade catalítica
O que são as enzimas?
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METABOLISMO: é o somatório de todas as reações químicas dos organismos. Reações enzimaticamente catalisadas - Vias metabólicas.
Nutrientes ricos
em energia
Macromoléculascelulares
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Produtos finais pobres em energia
CO2, H2O, NH3
Moléculas precursorasAminoácidos, açúcares,
ácidos graxos, bases nitrogenadas
ATPNADPHNADH
ADP + PiNADP+
NAD+
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O quê fazem as enzimas?
Perceba que a presença de uma enzima diminui a barreira energética, acelerando a velocidade da reação
Aceleram a velocidade das reações bioquímicas. Mas de que maneira isso acontece?
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Entendendo como as enzimas trabalham
As enzimas oferecem um ambiente para que as reações aconteçam rapidamente
Sítio ativo
Revestido de AA
com grupos
substituíntes que
ligam o substrato e
facilitam a reação
Substrato
Liga no sítio ativo e
age sobre a enzima
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E + S ES EP E + P
Enzima
Substrato
Complexo Enzima-substrato
Complexo Enzima-produto
Produto
Enzima
Enzima e substrato disponíveis
ComplexoEnzima-substrato
Liberação de produtos
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Algumas enzimas NÃO necessitam de nenhum componente químico adicional além de AA para a sua atividade catalítica. Enquanto outras requerem um componente adicional a cadeia polipeptídica.
Coenzimas: moléculas orgânicas (geralmente derivadas de vitaminas).
Cofatores: moléculas inorgânicas.
Enzimas que necessitam tanto de coenzimas como cofatores só exercem a sua atividade na presença destes.
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Classificação das enzimasSão classificadas de acordo com as reações que elas catalisam
Ligases
Classificação Reação catalisada
Transferases Transferências de grupos
Oxidoredutases Transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos de H)
Hidrolases Hidrólise (transferência de grupos funcionais para a água)
Liases Adição de grupos nas ligações duplas ou formação de ligações duplas pela remoção de grupos
Isomerases Transferência de grupos dentro da molécula formando isômeros
Ligases Formação de ligações C-C, C-S, C-O, e C-N acopladas a quebra de ATP.
Fonte: Lehninger
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A atividade das enzimas pode ser medida em laboratório. Existem duas maneira de medir a atividade enzimática:
1) Pelo consumo de substrato 2) Pelo aparecimento do produto.
Atividade da Catalase (CAT)
Beutler, 1975
U CAT = a quantidade da enzima que hidrolisa 1 mol de H2O2 por minuto e
por miligrama de proteína
Abs
tempo
240 nm
H2O2 H2O + O2CAT
Perceba que neste exemplo, houve o consumo do substrato (H2O2).
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Atividade da glutationa S-transferase (GST)
U GST = a quantidade de enzima que conjuga 1 mol de CDNB por minuto e
por miligrama de proteína
Abs
tempo
340 nm
CDNB + GSH CDNB-GSHGST
Neste caso, pode-se medir a atividade da enzima pelo aparecimento do produto (CDNB-GSH)
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Inibição enzimáticaOs inibidores enzimáticos são agentes moleculares que interferem na catálise diminuindo ou parando as reações catalisadas por enzimas.
INIBIÇÃO COMPETITIVA: compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima, impedindo a catálise. Perceba a semelhança do substrato com o inibidor.
SEM inibidor
COM inibidor
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Inibição reversívelINIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA: o inibidor liga-se a um sítio diferente do sítio ativo do substrato
INIBIDORES IRREVERSÍVEIS
Ligam de forma covalente a um grupo funcional da enzima Destruir o grupos funcional Formação de ligação não covalente estáveis → afetando a atividade da enzima
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Tópicos abordados no módulo
Estrutura e funções das proteínas
Enzimas
Lipídios
Ciclo de Krebs
cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
Estrutura e função dos ácidos nucléicos
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Definição de lipídeosEmbora possuam os diferentes tipos de lipídeos possuam variadas funções a característica mais importante dos lipídeos é sua natureza apolar, o que levaa sua insolubilidade em água.
São componentes de membrana de plantas, animais e micróbios;
Insolúveis em água, solúveis em solventes orgânicos.
Os lipídeos poderão ser classificados em 2 grupos:
(1) os de cadeia aberta com cabeças polares e caudas apolares: por exemplo, ácidos graxos, triacilgliceróis (2) cadeia cíclica, exemplo colesterol.
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ÁCIDOS GRAXOS
Os ácidos graxos que aparecem nos organismos vivos geralmente contêm um número par de átomos de carbono Usualmente a cadeia de hidrocarbonetos não é ramificada Altamente reduzido →oxidação altamente exergônica
Por isso, sãoANFIPÁTICOS
Cadeia de hidrocarboneto longa Grupo carboxílico
Características comuns dos ácido graxos
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A natureza química dos lipídeosPodem ser: Saturados ou Insaturados
Ácidos graxos de ocorrência natural estão na configuração cis
Configuração trans ocorre em gorduras derivadas de leite e da carne (ruminantes)→ Aumento de LDL e diminuição de HDL
Grupo carboxil
Cadeia de hidrocarboneto
Saturados Mistura de AG saturados e insaturados
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A nomenclatura para ácidos graxos indica o número de carbonos e o número de ligações duplas. O primeiro número indicia o número de carbonos e o segundo o número de ligações duplas.
Palmitoléico
Linoléico
16:0
Os ácidos graxos insaturados têm menor ponto de fusão, por isso tendem a serem líquidos na temperatura ambiente. 18:2
16:0
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Numero de
átomos de
carbono
Solubilidade (g/l)
2 Infinita4 Infinita6 9.78 0.710 0.1512 0.05514 0.0216 0.00718 0.003
Quanto maior o número de carbonos de um AG e menor seu número de ligações duplas: MENOR sua solubilidade.
Difusão lateral
Flip-flopRotação
Flexão
Fluidez da membrana: um conceito vital
Propriedades físicas dos ácidos graxos
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Os ácidos graxos poliinsaturados são alvos fáceis de oxidação formando produtos de peroxidação lipídica. A figura abaixo mostra a oxidação pelo
radical hidroxila .OH.R2R1
H H HH
R1 R2.
Lipídio com ácidos graxos insaturados HO. Radical lipídicoH2
O
Abstração de H Iniciação
Formação de dienos
R1
H
CHR2.Adição de O2.
H
R1 C-R2|OO
Peroxiradical lipídico
HH
R3 R4
Propagação
OOH|C-R2R1
HHidroperóxido lipídico
+ R4R3
H H
.Radical lipídico
Continua a propagação
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Logo se as membranas podem ser oxidadas; pela lógica as membranas diminuirão ou até mesmo perderão a sua fluidez e processos celulares, como transporte através de proteínas também ficarão comprometidos.
Danos oxidativos em lipídios são comuns em tecidos/células sob condições estressoras, como exposição a nanomateriais, por exemplo.
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Tópicos abordados no módulo
Estrutura e funções das proteínas
Enzimas
Lipídios
Ciclo de Krebs
Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
Estrutura e função dos ácidos nucléicos
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Acontece na matriz mitocondrial
NADH FADH 2
Glicose (6 C)
Piruvato (3 C)
ADP + Pi
ATP
NAD+
NADH
GlicóliseAnaer óbica
Oxida ção Aeróbica
Lactato ou CO2 + Etanol
NADH
NAD+
Ciclo de Krebs
Fosforila çãoOxidativa
NADH ou FADH 2
NAD+
ou FAD +
O2
CO2 + H2O
GDP + Pi
GTP
NADH FADH 2
Glicose (6 C)
Piruvato (3 C)
ADP + Pi
ATP
NAD+
NADH
GlicóliseAnaer óbica
Oxida ção Aeróbica
Lactato ou CO2 + Etanol
NADH
NAD+
Ciclo de Krebs
Fosforila çãoOxidativa
NADH ou FADH 2
NAD+
ou FAD +
O2
CO2 + H2O
GDP + Pi
GTP
Glicose (6 C)
Piruvato (3 C)
ADP + Pi
ATP
NAD+
NADH
GlicóliseAnaer óbica
Oxida ção Aeróbica
Lactato ou CO2 + Etanol
NADH
NAD+
Ciclo de Krebs
Fosforila çãoOxidativa
NADH ou FADH 2
NAD+
ou FAD +
O2
CO2 + H2O
GDP + Pi
GTP
Piruvato (3 C)
ADP + Pi
ATP
NAD+
NADH
GlicóliseAnaer óbica
Oxida ção Aeróbica
Lactato ou CO2 + Etanol
NADH
NAD+
Ciclo de Krebs
Fosforila çãoOxidativa
NADH ou FADH 2
NAD+
ou FAD +
O2
CO2 + H2O
GDP + Pi
GTP
Membrana interna
Membrana externa
Matriz
Crista
Visão geral do metabolismo aeróbico
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AcetilCoa
Piruvato
Piruvatodesidrogenase
(PDH)
Coenzima A (CoA-SH)
+ CO 2
NAD +
NADH
Rea ção de descarboxila ção
oxidativa
Co-enzimas : - TPP (tiamina
pirofosfato , derivado da vit . B1)
- FAD- Lipoato
AcetilCoaAcetilCoa
PiruvatoPiruvato
Coenzima A (CoA-SH)
+ CO 2
NAD +
NADH + H+
Rea ção de descarboxila ção
: - TPP (tiamina
, derivado da vit . B1)
- FAD- Lipoato
Hidrólise forneceenergia suficientepara as outras reações
Reação dedescarboxilaçãooxidativa
∆G’0= -33,4 kj/mol
A piruvato desidrogenase é um complexo de três enzimas (piruvato desidrogenase, diidrolipoil-desidrogenase e diidrolipoil transacetilase) que catalisa um tipo de reação denominada “descarboxilação oxidativa”
Conversão do Piruvato a Acetil-CoA
Fase preparatória do ciclo de Krebs
Molécula de entrada no ciclo de Krebs
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NADH + H+
FADH2
GTP (ATP)
NADH + H+
Desidratação/hidrataçãoOxidação
Oxidação
Fosforilação
Desidrogenação
Hidratação
Desidrogenação
Oxaloacetato
Citrato
Isocitrato
a-cetoglutarato
Succinil-CoA
Succinato
Fumarato
Malato
Acetil-CoA1
3Condensação 2
4
5
67
8
6C
6C 5C
4C
4C
4C
4C
4C
2C Citratosintase
Aconitase Isocitratodesidrogenase
a-cetoglutaratodesidrogenase
Succinil-CoAsintetase
Succinatodesidrogenase
Fumarase
Malatodesidrogenase
NAD+
NADH + H+
NAD+
GDP(ADP) + Pi
FAD
NAD+
Piruvato
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RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs
Tipo de reação Enzima
Estágio I1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase
Estágio I I2. I somerização aconitase3. Descarb. Oxidativa: 6C5C isocitrato descarboxilase4. Descarb. Oxidativa: 5C 4C -cetoglutarato
desidrogenase
5. Fosforilação a nível de substrato succinil CoAsintetase
Estágio I I I6. Oxidação succinato desidrogenase7. Hidratação f umarase8. Oxidação malato desidrogenase
Produção (por cada giro do ciclo de Krebs)
3 NADH 1 FADH2
1 GTP
RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs
Tipo de reação Enzima
Estágio I1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase
Estágio I I2. I somerização aconitase3. Descarb. Oxidativa: 6C5C isocitrato descarboxilase4. Descarb. Oxidativa: 5C 4C -cetoglutarato
desidrogenase
5. Fosforilação a nível de substrato succinil CoAsintetase
Estágio I I I6. Oxidação succinato desidrogenase7. Hidratação f umarase8. Oxidação malato desidrogenase
Produção (por cada giro do ciclo de Krebs)
3 NADH 1 FADH2
1 GTP
Logo veremos que qualquer processo bioquímico que alimente ao ciclo de Krebs inevitavelmente estará ajudando a produzir ATP
O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica (participa tanto de reações anabólicas quanto catabólicas). Este ciclo acontece em 8 reações envolvendo 8 enzimas diferentes. Em cada passo o produto de uma reação serve de substrato para outra, de forma que, qualquer perturbação em uma das enzimas do ciclo de Krebs pode resultar em déficit energético para a célula, podendo afetar processos celulares que dependem de ATP.
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(-) ATP(-) NADH(+) ADP
(-) ATP(-) NADH (-) SuccinilCoA
Oxalo-acetato Citrato
Malato Isocitrato
a-ceto -glutaratoSuccinato
Succinil-CoA
(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA
Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs
(-) ATP(-) NADH(+) ADP
(-) ATP(-) NADH (-) SuccinilCoA
Oxalo-acetato Citrato
Malato Isocitrato
a-ceto -glutaratoSuccinato
Succinil-CoA
(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA
Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs
(-) ATP(-) NADH (-) SuccinilCoA
Oxalo-acetato Citrato
Malato Isocitrato
a-ceto -glutaratoSuccinato
Succinil-CoA
(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA
Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs
Oxalo-acetato Citrato
Malato Isocitrato
a-ceto -glutaratoSuccinato
Succinil-CoA
(-) ATP(-) NADH(-) SuccinilCoA
Importante:Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclo de Krebs
Regulação do ciclo de Krebs
A regulação acontece nas enzimas citrato sintase, isocitrato desidrogenase e -cetoglutarato desidrogenase.
A principal função do ciclo de Krebs é fornecer coenzimas reduzidas com NADH e FADH2 para serem re-oxidadas na cadeia transportadora de elétrons e consequentemente gerar ATP pelo processo de fosforilação oxidativa como será visto a seguir...
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Tópicos abordados no módulo
Estrutura e funções das proteínas
Enzimas
Lipídios
Ciclo de Krebs
Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
Estrutura e função dos ácidos nucléicos
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Complexo I NADH desidrogenaseComplexo II Succinato desidrogenase
Complexo III Ubiquinona:Citocromo c oxido-redutaseComplexo IV Citocromo oxidase
Características gerais da fosforilação oxidativa
Cadeia transportadora de elétrons
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[email protected] bombeamento de prótons para o espaço intermembrana gera o denominado potencial eletroquímico, ficando a matriz com carga negativa (-) respeito do espaço intermembrana (+).
O transporte de elétrons ao longo da cadeia respiratória e o bombeamento de prótons
Citosol
Membrana mitocondrial interna
Concentração de prótons fora da matriz é maior que do lado interno devido ao bombeamento de prótons
Carreadores móveis de elétrons
Complexos ligados a membrana protéica
Espaço intermembrana
Matriz
Elétrons do NADH
Elétrons do FADH2
Transporte de elétronsGeram energia para bombear prótons através da membrana criando um gradiente de concentração
Síntese de ATPRetorno de prótons através da membrana
permitindo a produção de ATP
Membranainterna
ATP sintase
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O acoplamento da oxidação à fosforilação
Existe um complexo oligomérico que acopla a oxidação e a fosforilação. Este complexo é separado do complexo da cadeia transportadora de elétrons → ATP sintase
Serve como um canal de prótons
Síntese de ATP ATP
sintase
Espaço intermembrana
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Estequiometria da fosforilação oxidativa
4 H+ “gastos” por cada ATP produzido
10 H+ “bombeados” por cada NADH re-oxidado
6 H+ “bombeados” por cada FADH2 re-oxidado
Logo 10/4= 2,5 ATP por NADH re-oxidado
E 6/4= 1,5 ATP por FADH2 re-oxidado
Ou seja, é mais interessante re-oxidar NADH do que
FADH2!!!
A passagem de 3 H+ através da ATP sintase promove a liberação do ATP formado.
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2H+
OHH
O H+H++
III III
IVQ
Matriz mitocondrial
Espaço intermembranae-
e-
Succinato
FumaratoNADH NAD+
4H+
e-
Cit c
e-
Redução do O2 em H2O (mitocôndria)
OO2
.-
+e-
OO
H2O2
O2.-
+e-
OO
+e-H+
H+H2O2
O2.-
+e-
OO
+e-H+
H+H2O2
O2.-
+e-
OO
+e-H+
H+
OHHHO.
OHH
e-+ H+
OHHânion
superóxido
Peróxido de hidrogênio
Radical hidroxila
4H+
O paradoxo do oxigênio
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Atualmente as estimativas de quanto do oxigênio consumido se transforma em espécies ativas de oxigênio (EAO) indicam valores ao redor de 0,1%, muito menos do
considerado tempo atrás (Fridovich, 2005). Porém deve ficar claro que um aumento metabólico pode realmente favorecer a
produção de EAO. A exposição a certos nanomateriais pode favorecer a produção destas EAO
(1) O2 + e- O2.- (radical ânion superóxido)
(2) O2.- + e- + 2H+ H2O2 (peróxido de hidrogênio)
(3) H2O2 + e- + H+ H2O + . OH (radical hidroxila)
(4) . OH + e- + H+ H2O
O2 + 4 e- + 4 H+ 2 H2O
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Tópicos abordados no módulo
Estrutura e funções das proteínas
Enzimas
Lipídios
Ciclo de Krebs
Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
Estrutura e função dos ácidos nucléicos
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Estrutura covalente dos ácidos nucléicos
Adenina(base púrica)
Ribose(açucar de 5 C)Grupo
fosfato
Os monômeros dos ácidos nucléicos são os NUCLEOTÍDEOS
Nucleotídeo
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Polimerização dos nucleotídeos A polimerização dos nucleotídeos dá origem aos ácidos nucléicos
Através das ligações fosfodiéster
Formação da ligação éster
fosfato 5’ livre
Hidroxila 3’ livre
Ligação fosfodiéster
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Estrutura do DNAEstrutura secundária do DNA: a dupla hélice
Proposta em 1953 por Watson e Crick
Açucar-fosfato
Bases pareadas
O DNA consiste de DUAS cadeias polinucleotídicas; enroladas uma sobre a outra formando uma hélice. As pontes de hidrogênio entre as bases de cadeias opostas determinam o alinhamento da hélice; com os pares de bases ficando perpedinculares ao eixo longitudinal da hélice. O esqueleto de açúcar-fosfato é a parte externa da hélice (cargas ( -) extensão de cada uma das fitas permitindo que algumas moléculas carregadas (+ ) possam se complexar ao DNA). A direção antiparalela das 2 cadeias é um aspecto de complementaridade entre as fitas.
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Profa. Dra. Juliane Ventura-Lima
Química dos ácidos nucléicos
Devido a sua estabilidade o DNA funciona bem como um “reservatório” de
informação biológica;
O armazenamento da informação por longos períodos sem alterações é de
extrema importância para a célula;
Processos como carcinogênese e envelhecimento estão relacionados ao
acúmulo de alterações irreversíveis no DNA;
Parâmetros físico-químicos com temperatura e pH podem desnaturar a
molécula de DNA sendo este processo geralmente reversível.
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Estrutura do RNA
RNA ribossômico (rRNA)
RNA de transferência (tRNA)
RNA mensageiro (mRNA)
Desempenham um importante papel nos processos vitais das células. Participam do processo de síntese de proteínas em uma série de reações
Os RNAs são cadeias polinucleotídicas de fita simples
O processo pelo qual a ordem das bases é passada do DNA para o RNA é chamado de TRANSCRIÇÃO. Os ribossomos nos quais o rRNA está associado com proteínas, são os sítios onde ocorrem a montagem das cadeias polipeptídicas nascentes durante a síntese de proteínas. A ordem de bases no mRNA especifica a ordem dos AA na cadeia polipeptídica nascente→ TRADUÇÃO da mensagem genética (uma sequência de 3 bases no mRNA determina a incorporação de um determinado AA na proteína nascente).
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Panorama geral da replicação do DNA A replicação do DNA deve ser realizada
com acurácia e rapidez antes de cada divisão celular. Velocidade e precisão são atingidas por meio de um complexo multienzimático que guia o processo. O pareamento complementar de bases fundamenta o processo de replicação. As duas fitas da dupla-hélice necessitam estar separadas. A enzima que polimeriza os nucleotídeos é chamada de DNA polimerase. Na replicação do DNA cada uma das duas fitas parentais servem de molde para a formação de uma nova fita completa.
Replicação do DNA
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O número e a diversidade dos sistemas de reparo refletem a importância do reparo do DNA para a sobrevivência da célula.
Evitar ou reparar danos
Mecanismos de revisão e/ou
reparo de DNA
Verificação e Reparo do DNA
Bases não pareadas
3’ 5’ Hidrólise pela exonuclease
Mecanismo de revisão: O exemplo da atividade nucleásica 3’-5’da DNA polimerase diminuindo a taxa de erro para 109 a 1010 pares de bases.
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Danos no DNAAlém das mutações espontâneas causadas pela leitura incorreta do código genético o organismo também está propenso as mutações causadas por agentes mutagênicos
radiação ultravioleta;
radiações ionizantes (radioatividade)
agentes químicos (incluindo
nanomateriais)
Causando danos ao DNA que se somam aos danos espontâneos
O acúmulo de danos no DNA pode levar ao desenvolvimento de câncer
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[email protected] As RNAs polimerases se ligam muito firmemente ao DNA quando em contato com uma região específica denominada PROMOTOR que contém um sítio de iniciação da transcrição do RNA.
A sequência de bases na região promotora contém várias sequência de consenso, sendo ricas em A-T.
Transcrição O papel da RNA polimerase
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Transcrição
Transcrição
TranscriçãoProcessamento do RNA
TranscriçãoTransporte do RNA
Transcrição
Tradução
Gene no DNA
Transcrito primário
Núcleo
Citosol
Proteína