quinta-feira, 24 de dezembro de 2015

Feliz Natal!



domingo, 13 de setembro de 2015

Aminoácidos com cadeias laterais aromáticas



Por definição, uma molécula é considerada aromática se apresentar na sua constituição pelo menos um derivado do benzeno, ou seja, uma estrutura cíclica com 6 vértices (todos carbonos!), e 3 ligações duplas (na realidade, conforme já referi noutros posts, não são 5 ligações duplas, mas sim 6 ligações parcialmente duplas, com ordem de ligação de 1,5). Portanto, sempre que, numa molécula, existir pelo menos uma estrutura destas, a molécula é considerada aromática.
Provavelmente alguns de vocês poderão estar a questionar-se o porquê de se utilizar o conceito de “aromático”. Na realidade, a maior parte das substâncias que nós sabemos que têm aroma (por exemplo, a canela ou o cravinho-da-índia), devem o seu aroma exatamente à presença de moléculas com anéis aromáticos, neste caso em concreto ao cinamaldeído e ao eugenol, respetivamente. É a deslocalização eletrónica dos anéis derivados do benzeno que confere aroma a essas (e a tantas outras!) moléculas, e, portanto, a definição química de aromático está claramente relacionada com a definição “fisiológica” de aromático.
Mas voltemos aos aminoácidos… Há 3 que apresentam um derivado de anel benzénico na sua cadeia lateral, sendo, por isso, designados de aminoácidos aromáticos:
 
Fenilalanina – o próprio nome já explica a composição deste aminoácido. Num post anterior falei sobre os aminoácidos com cadeias laterais apolares alifáticas, entre os quais estava a alanina (este post). A fenilalanina não é mais do que uma alanina com um grupo fenilo, ou seja, com um anel benzénico. Como só apresenta carbonos e hidrogénios na sua cadeia lateral, trata-se de uma cadeia apolar.
 

Tirosina – este aminoácido equivale a uma fenilalanina hidroxilada, ou seja, na realidade só difere da fenilalanina porque possui um grupo hidroxilo no seu anel aromático, na posição diametralmente oposta ao carbono alfa. Este grupo hidroxilo confere-lhe alguma polaridade, sendo que a cadeia lateral resultante é, por isso, anfipática.



 Triptofano – é o aminoácido com a cadeia lateral mais complexa, composta por duas estruturas cíclicas: uma é um derivado do benzeno, outra é um heterociclo (anel composto por 2 átomos diferentes, neste caso carbono e azoto). Estes dois anéis fundidos formam um grupo funcional designado de indol, que é anfipático, pois o azoto confere alguma polaridade. O triptofano é muito importante do ponto de vista biológico, pois para além de ser utilizado na produção de proteínas, é também o precursor de muitas moléculas importantes, como, por exemplo, a serotonina.

A tirosina e o triptofano apresentam uma característica importante, que é o facto de absorverem radiação ultravioleta. Devido a isto, as proteínas que possuem estes aminoácidos (quase todas!) apresentam absorção de radiação UV. Na realidade a fenilalanina também absorve radiação UV, mas em muito menor quantidade que os restantes aminoácidos aromáticos, pois as modificações químicas que apresentam (grupo hidroxilo no caso da tirosina, e incorporação no grupo indol no caso do triptofano) aumentam significativamente a capacidade absortiva de radiação UV do benzeno.

quarta-feira, 19 de agosto de 2015

Aminoácidos com cadeias laterais apolares alifáticas




Conforme já referi aqui no blog, num post anterior (neste post), os aminoácidos standard diferem entre si na composição química das suas cadeias laterais. É possível agrupar os 20 aminoácidos em 5 conjuntos, de acordo com as propriedades físico-químicas da cadeia lateral, em particular, de acordo com a sua polaridade. Antes de começar a falar um pouco sobre esta divisão, queria já referir que se trata de uma divisão que envolve algumas ambiguidades, que irei destacar à medida que forem aparecendo nos posts que vou dedicar a este assunto.
Vou começar por falar sobre os aminoácidos com cadeia lateral apolar alifática. Antes de mais, convém explicar o que significa apolar e alifática. Apolar significa que não possui assimetrias significativas na distribuição dos eletrões sobre os átomos. Dito de uma forma mais simples, uma molécula (ou uma cadeia) é apolar se tiver átomos com eletronegatividades semelhantes. Tal como referi num post anterior (neste post), se uma molécula for composta apenas por carbonos e hidrogénios, é considerada apolar. Da mesma forma, se uma cadeia lateral de um aminoácido for composta apenas por carbonos e hidrogénios, é considerada apolar. Em relação ao conceito “alifática”, este diz respeito à ausência de anéis aromáticos, que são anéis derivados do benzeno; portanto, são estruturas cíclicas com 6 vértices, todos eles correspondendo a átomos de carbono, e com 3 ligações duplas no seu interior (na realidade não dão 3 ligações duplas, mas sim 6 ligações com ordem de ligação 1,5, mas para não complicar as coisas podem considerar as 3 ligações duplas). Portanto, todos os aminoácidos que possuam na sua cadeia lateral apenas átomos de carbono e hidrogénio e que não apresentem nenhum anel aromático, pertencem à categoria de aminoácidos com cadeias laterais apolares alifáticas. São eles:
 
Glicina – é o aminoácido mais simples, com uma cadeia lateral formada apenas por um átomo de hidrogénio. Como o átomo de hidrogénio é demasiado pequeno para ter um papel importante na interação com outras cadeias laterais de aminoácidos, e não apresentam por si só um comportamento polar (ou apolar) significativo, este aminoácido aparece nesta categoria por exclusão de partes, ou seja, porque nas restantes categorias não fazia sentido incluí-lo. A glicina tem a particularidade de ser o único aminoácido standard que não apresenta estereoisómeros, pois o seu carbono a não é quiral, porque não está ligado a 4 substituintes diferentes.

Alanina – a sua cadeia lateral é um grupo metilo (-CH3), que encaixa perfeitamente na definição de cadeia lateral apolar alifática.

Valina, leucina e isoleucina – as suas cadeias laterais são mais complexas do que a da alanina, mas são exclusivamente compostas por átomos de carbono e de hidrogénio.
 
Metionina – mais um aminoácido que aparece neste grupo um pouco por exclusão de partes. Apesar de ter um átomo de enxofre, como se encontra numa posição interna da cadeia (é um grupo tioéter), não afeta significativamente a polaridade da mesma.

Todos os aminoácidos deste grupo vão ter tendência a estabelecer forças de dispersão de London (as chamadas “interações hidrofóbicas”) com aminoácidos vizinhos, pelo que, numa estrutura 3D de uma proteína, eles tendem a aparecer na proximidade uns dos outros.
Queria só terminar com uma ideia que muitas vezes é dita de forma errada. Os aminoácidos apresentados neste post não são aminoácidos apolares, são aminoácidos com cadeias laterais apolares. Nenhum aminoácido é apolar, pois possuem dois grupos muito polares (amina e carboxílico) ligados ao carbono a.

domingo, 5 de julho de 2015

Citocromo c e apoptose



Conforme referi num dos meus últimos posts, o citocromo c é uma proteína pequena, indispensável para a cadeia respiratória mitocondrial, pois funciona como um transportador de eletrões entre o complexo III e o complexo IV. Além desta função muito importante, o citocromo c é também um importante ativador da morte celular programada, ou apoptose; mais concretamente, é um ativador da via intrínseca da apoptose. Devido a este papel duplo, o citocromo c é muitas vezes classificado como “uma molécula central para a vida no nosso mundo de oxigénio, e, simultaneamente, uma chave que abre a porta para a morte”.
Apesar de a apoptose ser uma forma de morte celular, trata-se de um mecanismo fundamental para a homeostasia do nosso organismo. De facto, quando uma célula acumula danos irreparáveis (no DNA ou noutra biomolécula), quando é colocada num contexto no qual pode ser potencialmente prejudicial para as restantes células (escassez de nutrientes, destacamento das células vizinhas, privação de fatores de crescimento, infeção, leucócitos autorreativos, etc), ou quando está a mais no organismo (seleção natural de neurónios, por exemplo) tende a cometer suicídio – apoptose. Esta ideia óbvia, mas simultaneamente estranha, sugere algo que eu refiro muitas vezes nas minhas aulas, que é o facto de os seres multicelulares deverem ser considerados não como um ser vivo formado por muitas células, mas sim, como um ser comunitário, onde cada célula tem o seu papel, e vive em comunidade com as restantes.
A apoptose é um processo muito complexo, que envolve muitos mediadores diferentes e que, em última instância, leva à ativação de enzimas que promovem a auto-digestão celular. As caspases são uma classe de proteases que desempenha um papel fundamental na resposta apoptótica. Globalmente, estão definidos dois mecanismos de ativação da apoptose: a via intrínseca e a via extrínseca. A via intrínseca é também por vezes designada por via iniciada pelo citocromo c, pois esta proteína vai ser a protagonista no início da resposta apoptótica. São vários os estímulos que podem levar a libertação do citocromo c do espaço intermembranar para o citosol. Quando isso acontece, inicia-se a ativação das caspases. Em condições normais o citocromo c não abandona o espaço intermembranar, pois interatua com um glicerofosfolípido existente na membrana mitocondrial interna, a cardiolipina. A elevada densidade de cargas negativas deste fosfolípido atrai electrostaticamente as cargas positivas do citocromo c. Além disso, uma cauda hidrofóbica do lípido insere-se numa cavidade hidrofóbica da proteína, potenciando a interação entre ambas as moléculas. São os danos provocados na cardiolipina que podem fazer com que estas interações sejam destruídas, e o citocromo c libertado.

Uma vez no citosol, o citocromo c promove a libertação de cálcio armazenado no retículo endoplasmático, elevando a concentração do ião no citosol. Uma das funções do cálcio é a estimulação da libertação de mais citocromo c para o citosol, ocorrendo assim um loop de feedback positivo. Outra das consequências da presença de citocromo c no citosol é a ativação da caspase 9, que por sua vez ativa as caspases 3 e 7, e o destino da célula fica traçado – morrer por apoptose!

segunda-feira, 22 de junho de 2015

Respiração celular – Citocromo c



O citocromo c é uma proteína pequena com 104 aminoácidos e uma massa de cerca de 12 kDa (12,233 kDa no ser humano). Como consequência do seu pequeno tamanho, encontra-se fortemente conservada entre diferentes espécies de mamíferos; por exemplo, o citocromo c humano é idêntico ao dos chimpanzés! Trata-se de uma heteroproteína, pois além dos seus aminoácidos, possui um grupo heme como cofator, que está ligado às cisteínas 14 e 17. É uma proteína hidrofílica, extremamente solúvel (solubilidade ~100g/L), que se encontra localizada no espaço intermembranar da mitocôndria, onde desempenha um papel fundamental na cadeia respiratória mitocondrial, apesar de não fazer parte de nenhum dos 4 complexos. 

A função do citocromo c é receber os eletrões do complexo III, e cedê-los ao complexo IV. Para tal, o seu grupo heme, como qualquer grupo heme, possui um ião ferro que pode oscilar entre 2 estados de oxidação distinto (Fe2+ e Fe3+). Como só possui um grupo heme, só consegue transportar 1 eletrão de cada vez. Esta característica tem 2 consequências muito importantes:
1. Para fazer chegar os 2 eletrões do NADH ou do FADH2 até ao O2, na respiração celular, são necessárias 2 moléculas de citocromo c.
2. O O2, que é o aceitador final dos eletrões no complexo IV, vai receber 1 eletrão de cada vez, ou seja, vai ser convertido, ainda que temporariamente (na maioria das situações!), num radical livre, o que potencia o stress oxidativo.
Outras funções menos caracterizadas do citocromoc passam pela catálise de reações de hidroxilação, oxidação aromática e peroxidação. Aparenta também ser importante para o funcionamento da enzima nitrito redutase.
Por último, uma característica muito importante do citocromo c é o facto de poder funcionar como um ativador da via intrínseca da morte celular programada, um processo designado por apotose. Em breve irei postar mais informação sobre este assunto…