Catalase

A catalase, ou hidroperoxidase, é uma enzima intracelular encontrada na maioria dos organismos. Esta proteína encontra-se nos peroxissomas, nos glicossomas (peroxissomas das plantas) e no citoplasma dos procariontes. A catalase é uma oxirredutase, pois utiliza o peróxido de hidrogénio (H2O2) como aceitador de eletrões e dador eletrónico, decompondo-o segundo esta reação química: 2 H2O2 → 2 H2O + O2 .Embora sejam conhecidas várias formas desta enzima, esta é comummente encontrada sob a forma de um tetrâmero de 240 kDa, possuindo quatro cadeias polipeptídicas na sua estrutura quaternária. Cada cadeia polipeptídica liga-se a um grupo hemo, que possui um ião ferro, que reage com o peróxido de hidrogénio, decompondo a molécula. No entanto, algumas catalases são não-hémicas, ou seja, em vez do grupo hemo está presente um centro binuclear de manganês.
O H2O2 é um produto tóxico do metabolismo das nossas células, produzido, por exemplo, na β-oxidação de ácidos gordos, sendo necessária a rápida converção numa espécie química que seja inócua. A catalase tem o maior número de turnover (kcat) conhecido em enzimas, decompondo até 40000000 moléculas de H2O2 por segundo! A catalase também é importante para certos microorganismos invasores, onde é usada como sistema de defesa contra algumas células do nosso sistema imunitário, que produzem H2O2 como agente antibacteriano. Por último, esta enzima está associada ao mecanismo de envelhecimento retardado ligado ao stress oxidativo.
A reação catalisada por esta enzima é uma reação de dismutação, ou seja, o substrato atua tanto como redutor como oxidante. Sabe-se que ocorre em duas etapas fundamentais: H2O2+Fe(III)-E →H2O+O=Fe(IV)-E e H2O2+O=Fe(IV)-E→H2O+Fe(III)-E+O2. Fe-E representa o ferro do grupo hemo ligado à enzima. A catalase é também capaz de catalisar a oxidação de outras moléculas como o formaldeído, o ácido fórmico e alguns álcoois. H2O2+ H2R→2H2O+R, em que R é a forma oxidada da molécula que sofre a reação. Iões metálicos (em especial cobre(II) e ferro(II)) são inibidores não competitivos e o cianeto e curare competitivos.
A catalase é utilizada não só na indústria têxtil, para remover H2O2 de tecidos, como também em alguns produtos de limpeza de lentes de contacto, atuando como um agente antibacteriano. Atualmente, tem ainda sido usada em máscaras de beleza, combinando a enzima com H2O2 para aumentar a oxigenação celular das camadas superiores da epiderme.
O chamado Teste da Catalase é usado em microbiologia e consiste na deteção da catalase em bactérias, servindo essencialmente para a distinção entre estafilococos e estreptococos. Neste teste põe-se em contacto o peróxido com uma cultura líquida do microorganismo a testar, se aparecem bolhas (oxigénio), o organismo é catalase-positivo (possui catalase, caso dos estafilococos), caso contrário, designa-se catalase-negativo (estreptococos).

Texto escrito por:
Ana Araújo
Inês Oliveira
Mariana Pires
José Cardoso
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Mapa metabólico sobre aminoácidos cetogénicos e glucogénicos

Aminoácidos como neurotransmissores

Além de serem utilizados como blocos de construção para a síntese de proteínas, os aminoácidos desempenham muitas outras funções fisiológicas importantes. Uma delas é, sem dúvida, o facto de existirem vários aminoácidos que desempenham funções de neurotransmissores:

- Glutamato, é o principal neurotransmissores excitatórios do sistema nervoso central. Desempenha funções centrais ao nível da transmissão nervosa rápida (isto é, resposta rápida a um estímulo), cognição, memória, movimento e sensação. É reconhecido por duas classes de recetores: os recetores ionotrópicos, que são recetores que quando ativados permitem o fluxo de iões através da membrana; e os recetores metabotrópicos, que quando ativados estimulam a produção de mensageiros secundários.

- Aspartato, é também um neurotransmissor excitatório do sistema nervoso central. Devido às semelhanças bioquímicas entre o glutamato e o aspartato (mais informações sobre esse assunto aqui), o mecanismo de atuação e os efeitos são idênticos entre ambos (apesar de o glutamato ser, do ponto de vista quantitativo, mais importante do que o aspartato).

- Glicina, é o aminoácido mais simples, sendo que apresenta funções inibitórias ao nível do sistema nervoso central, com especial destaque na medula espinhal, no tronco cerebral e na retina. Além do seu papel como neurotransmissor, desempenha também funções de imunomodulador, anti-inflamatório e citoprotetor (protetor celular). A ativação dos seus recetores permite um influxo de iões cloreto.

Vídeo sobre o ponto isoelétrico de proteínas

Albumina

A albumina é uma proteína globular formada exclusivamente por aminoácidos. É solúvel em água, moderadamente solúvel em soluções salinas concentradas e sofre desnaturação quando é exposta ao calor excessivo. É a proteína mais abundante no plasma sanguíneo humano. A sua síntese ocorre no fígado (hepatócitos) e a velocidade desta depende da quantidade de proteínas ingeridas (regulação por feedback negativo). Tem um peso molecular de cerca de 66KDa e uma semi-vida entre 15 e 19 dias. A concentração normal de albumina no sangue varia entre 3.5 e 5.0 g/dL. O catabolismo desta proteína dá-se, preferencialmente, em órgãos com elevadas taxas de metabolismo (fígado, baço e rim). Existem alguns tipos de albuminas, cujo nome varia conforme o local onde são mais prevalentes: seroalbumina (presente no plasma sanguíneo), ovoalbumina (principal proteína da clara do ovo) e lactoalbumina (presente no leite, é composta por aminoácidos essenciais tendo, por isso, um valor nutricional elevado). É utilizada em tratamentos de queimaduras, hemorragias e recuperação de cirurgias, uma vez que é útil para diminuir edemas. É ainda fundamental para a manutenção da pressão osmótica do sangue (contribui com 75 a 80% do efeito osmótico do plasma). A albumina tem a função de transporte e armazenamento de vários compostos, normalmente pouco solúveis em água e de baixo peso molecular, ligando-se a estes. Por exemplo, o transporte da bilirrubina não-conjugada para o fígado e de ácidos gordos de cadeia longa para os tecidos extra-hepáticos. Transporta ainda as hormonas da tiroide, as hormonas lipossolúveis e os iões de cálcio. Esta proteína é ainda responsável pelo controle do pH sanguíneo e da viscosidade do sangue. Tem também um papel importante no metabolismo dos lípidos. Deficiências na concentração desta hormona podem desencadear patologias, tais como a Hiperalbuminemia (excesso de albumina no sangue) e a Hipoalbuminemia (défice de albumina no sangue). No primeiro caso, os sintomas são mais acentuados em casos de desidratação grave, sendo uma condição rara e de diagnóstico pouco significativo na maioria dos casos. A Hipoalbuminemia resulta da redução da síntese proteica, que pode ser provocada por patologias hepáticas (que provoquem a diminuição da produção da proteína), desnutrição, má absorção (devido, por exemplo, a patologias intestinais), infeções, excreção em excesso da mesma e, em casos mais raros, por doenças genéticas. Se a concentração desta proteína diminuir, a pressão osmótica do sangue também diminui. Como consequência, o plasma sanguíneo tende a infiltrar-se nos espaços intercelulares, provocando edemas, daí que a administração de albumina após uma intervenção cirúrgica seja responsável pela diminuição do inchaço.

Texto escrito por:
Mariana Rebelo
Marta Duarte
Rafael Honório
Sara Silva
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Cartoon - ligação peptídica

Ponto isoelétrico (aminoácidos e proteínas)

Os aminoácidos são, conforme já referido noutros posts, moléculas que apresentam um grupo amina e um grupo carboxílico. Estes dois grupos são ionizáveis, ou seja, podem sofrer protonação/desprotonação. Além disso, nas cadeias laterais de vários aminoácidos é possível encontrar outros grupos ionizáveis adicionais. Isto significa que os aminoácidos são moléculas que podem apresentar carga total positiva, negativa ou neutra. O que vai influenciar qual a carga do aminoácido, num determinado contexto, são dois fatores:

1. Composição química do aminoácido e da molécula onde ele está inserido (se for esse o caso…). A presença de determinados átomos/grupos funcionais numa molécula altera a distribuição da sua nuvem eletrónica, tornando algumas ligações covalentes mais fortes e outras mais fracas. Quanto mais fracas forem as ligações que envolvam átomos de hidrogénio, mais fácil será a ocorrência de desprotonação.

2. pH da solução onde o aminoácido está inserido. Como é lógico, um grupo funcional vai apresentar um estado de protonação que é influenciado pelo pH do meio, ou seja, se o pH for inferior ao seu pKa, o grupo funcional tende a estar protonado, e se for superior ao pKa, tende a estar desprotonado.
Portanto, com base nas características de cada aminoácido, e do meio onde se encontra, é possível obter diferentes cargas totais.
O ponto isoelétrico é definido como o valor de pH para o qual a carga total do aminoácido é nula. Atenção que isto não significa que não existem cargas no aminoácido, pois na realidade existem. Significa é que quando sujeito a esse valor de pH, o total de cargas positivas iguala o total de cargas negativas. Neste ponto, a solubilidade do aminoácido diminui. Quando um aminoácido é colocado numa solução com um pH inferior ao seu ponto isoelétrico, adquire carga positiva, pois os grupos funcionais tendem a estar protonados (captam H+). Se o pH for superior ao ponto isoelétrico, a carga total é negativa, pois os grupos funcionais tendem a estar predominantemente desprotonados (perdem H+).

No caso das proteínas, aplica-se exatamente o mesmo conceito. No entanto, neste caso deve-se considerar o total de grupos ionizáveis presentes na molécula, sendo que o ponto isoelétrico é definido como o valor de pH para o qual a carga total da proteína é zero. 

Novamente, neste valor a solubilidade da proteína é nula, e esta tende a precipitar. Esta situação é explorada do ponto de vista laboratorial através da técnica focagem isoelétrica.

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