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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Mapa metabólico sobre o metabolismo da vitamina C no sistema nervoso central

Vasopressina

A vasopressina (væsoʊˈprɛsən / vaso- + pressure + -in), também conhecida como hormona antidiurética (ADH em inglês), tem um peso molecular de 1228 kDa e é formada pela seguinte sequência de nove aminoácidos: Cisteína – Tirosina – Fenilalanina – Glutamato – Aspartato – Cisteína – Prolina – Arginina – Glicina. O facto de ter uma ponte dissulfureto entre as cisteínas, na posição 1 e 6, confere-lhe uma estrutura em forma de anel. Na maioria das espécies, a posição 8 da molécula é ocupada pela arginina, pelo que também é chamada de arginina vasopressina ou argipressina (AVP). A lisina vasopressina possui uma lisina na posição da arginina. Em 1955, Du Vigneaud venceu o Prémio Nobel da Química, em parte, pela descoberta da vasopressina e da oxitocina, hormona relacionada com a vasopressina. A vasopressina, nos rins, aumenta a permeabilidade das células dos túbulos renais à água. Como resultado, permite que o organismo conserve água, aumentando a concentração da urina e diminuindo seu volume. Por essa razão recebe o nome de hormona antidiurética (ADH). Promove também vasoconstrição arteriolar, aumentando a resistência periférica e consequentemente a pressão arterial. Por esse motivo recebe também o nome de vasopressina. Tem também outras funções como: regulação do ritmo circadiano, homeostasia e diversos comportamentos sociais.Esta hormona é produzida pela neuroipófise, mas também pode ser produzida pelo hipotálamo ao nível do núcleo supraóptico e paraventricular. A produção da vasopressina começa com a ativação do gene responsável pela sua biossíntese. Este gene localiza-se no cromossoma 20 e possui 3 exões, separados por 2 intrões. Cada exão dá origem a 1 dos 3 domínios da molécula precursora da vasopressina.

Sob a ação enzimática, este precursor perde o peptídeo sinalizador e vai posteriormente ser armazenado em vesículas no Complexo de Golgi, para depois ser transportado do corpo celular do neurónio para as terminações nervosas. Este transporte demora cerca de 12 a 24 horas. Durante este tempo ocorrem diversas clivagens, dando origem a moléculas de ADH, neurofisina e copeptina. A ADH é excretada pela neuroipófise, resumidamente, em resposta a diminuições do volume plasmático (detetadas por barorrecetores), aumentos do potencial osmótico do plasma (detetados por osmorecetores em veias, artérias, entre outros vasos) e ainda em resposta a colecistocinina (excretada pelo intestino delgado).
As doenças relacionadas com a vasopressina dão-se normalmente por deficiência ou excesso na sua produção ou no seu efeito. Na deficiência pode ocorrer poliúria, excesso de urina excretada, que quando é hipotónica e aliada a hipernatremia (excesso de sódio na corrente sanguínea) são sinais de Diabetes insipidus. O termo Diabetes refere à perda de água, em que insipidus é a ausência de sabor na urina e mellitus, oriundo de mel, é o sabor adocicado da mesma. A Diabetes insipidus surge da falta de produção da hormona ADH. O excesso é caracterizado pela retenção de líquidos e pode levar a hiponatremia. Acontece muitas vezes nas quedas de pressão arterial, redução da volemia (quantidade de sangue circulante) ou desidratação. O excesso também ocorre pelo Síndrome da secreção inadequada de vasopressina (SIHAD), causado por desordens no Sistema Nervoso Central, neoplasias, doenças pulmonares, HIV e medicações e não por quedas de pressão e algum dos outros fatores.

Texto escrito por:

Luís Alves

Pedro Silva

Ricardo Praia

Tiago Fernandes

Tiago Borges

Vídeo sobre CRISPR

Obrigado por mais uma sugestão Vasco! :)
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Aminoácidos standard e não standard

Os aminoácidos são moléculas que, do ponto de vista químico, são caracterizadas por apresentarem um grupo amina e um grupo carboxílico (ácido), e daí o seu nome: aminoácido. A sua principal função é servirem como monómeros para a síntese de péptidos e proteínas. De todos os aminoácidos existentes na Natureza, há um conjunto de 20 aminoácidos que são designados por aminoácidos standard, e que são usados como blocos de construção para a grande maioria das proteínas produzidas por qualquer ser vivo. Esses aminoácidos estão amplamente estudados e foram os elementos centrais nos meus últimos posts. Só para relembrar, os aminoácidos standard são:

- glicina

- alanina

- prolina

- valina

- leucina

- isoleucina

- metionina

- fenilalanina

- tirosina

- triptofano

- serina

- treonina

- cisteína

- asparagina

- glutamina

- lisina

- arginina

- histidina

- aspartato

- glutamato

No entanto, além dos aminoácidos standard, existem muitos outros aminoácidos que entram na composição de algumas proteínas, sendo designados por aminoácidos não standard. A ideia da utilização destes aminoácidos não standard é simples de entender. São aminoácidos que, tendo uma composição diferente da dos standard, apresentam obrigatoriamente propriedades físico-químicas diferentes. Portanto, quando é necessário que uma proteína apresente um local com determinadas propriedades, se as mesmas não puderem ser fornecidas pelos aminoácidos standard, é incorporado na sequência um aminoácido não standard. Em relação à tradução, nestes casos, são introduzidos nesses locais aminoácidos standard que, numa fase pós-tradução, sofrem modificações covalentes para originar aminoácidos com outras características. Gostaria de destacar algo que me parece importante. Como vão reparar a seguir, vários dos aminoácidos não standard são encontrados em proteínas da matriz extracelular. Sendo a matriz extracelular uma estrutura muito complexa, que estabelece inúmeras interações com muitas moléculas diferentes (extracelulares e moléculas celulares), é necessário que as proteínas que a compõem apresentem muita versatilidade nas interações que estabelecem, daí a necessidade de incluir especificamente nalguns locais aminoácidos que tenham características diferentes. Alguns exemplos de aminoácidos não standard incluem:

- cistina, desmosina e isodesmosina, que são aminoácidos encontrados em proteínas da matriz extracelular, tal como a elastina;

- hidroxiprolina e hidroxilisina, encontradas na proteína mais abundante da matriz extracelular, o colagénio;

- gama-carboxiglutamato, encontrado na osteocalcina, que é uma proteína da matriz extracelular óssea, mas também na pró-trombina, que é importante para a cascata de coagulação;

- fosfoserina, fosfotreonina e fosfotirosina, que são encontradas em muitas proteínas diferentes, pois a fosforilação proteica é a modificação pós-tradução mais frequente, e envolve sempre aminoácidos com grupos hidroxilo na cadeia lateral;

- N-acetillisina, que é fundamental para a estrutura das histonas:

 - metillisina, que é encontrada na miosina, uma proteína motora do nosso citoesqueleto, mais concretamente, dos filamentos de actina.

Vídeo sobre cultura de células imortalizadas

Obrigado pela sugestão Vasco! :)
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Aminoácidos com cadeias laterais ácidas

Este é o último grupo de aminoácidos standard que me falta referir. É composto por 2 aminoácidos, o glutamato (também chamado de ácido glutâmico) e o aspartato (também chamado de ácido aspártico). Ambos apresentam um grupo carboxílico na sua cadeia lateral, que, sendo um grupo ácido fraco, confere propriedades acídicas à cadeia lateral. Por outras palavras, estas cadeias laterais tendem a apresentar carga negativa, como consequência da desprotonação do grupo carboxílico. São, por isso, aminoácidos muito importantes para o estabelecimento de interações iónicas com aminoácidos com cadeia laterais alcalinas (mais informação sobre esses aminoácidos aqui), sendo que essas forças também podem ser chamadas de pontes salinas. De forma a evitar confusão na nomenclatura do grupo carboxílico da cadeia lateral e do grupo carboxílico ligado ao carbono alfa, o grupo da cadeia lateral é normalmente referido como gama-carboxílico. A diferença entre o glutamato e o aspartato está apenas num grupo metileno -CH2-. De facto, o glutamato tem mais um carbono (sob a forma de grupo metileno) do que o aspartato. Ambos podem ser obtidos a partir de intermediários do ciclo de Krebs (o glutamato a partir do alfa-cetoglutarato e o aspartato a partir do oxaloacetato), e além de blocos de construção para a síntese de proteínas, são também utilizados como neurotransmissores, sendo que o glutamato tem igualmente um papel muito importante ao nível do sentido do paladar. O glutamato é também importante como dador de grupos amina em diversas reações de síntese de moléculas azotadas.