Cartoon sobre lípido e hidrato de carbono

Glicogenina

A Glicogenina é uma proteína cuja principal função consiste em ser a molécula iniciadora da síntese do glicogénio (glicogénese), polímero de reserva de monossacarídeos, mais especificamente de glucose. Os resíduos de glucose são adicionados através de ligações α-1,4. O primeiro passo da síntese do glicogénio é, de facto, a síntese desta proteína. Cada molécula de glicogénio encontra-se ligada à glicogenina por uma ligação glicosídica que envolve o primeiro resíduo de glicose da cadeia e um resíduo de tirosina da glicogenina. A denominação de glicogenina tem origem no facto de esta proteína estar na génese do glicogénio funcionando como iniciador (primer) na formação de uma nova molécula de glicogénio. A glicogenina, através da sua atividade de glucosiltransferase, liga covalentemente a ela própria uma molécula de glucose (a partir de UDP-glucose-forma ativa de glucose). Seguidamente a glicogenina forma um complexo compacto com a glicogénio sintase, enzima responsável pela síntese do glicogénio. Depois ocorre a adição de até mais 7 resíduos de glucose (a partir da UDP-glucose), mediada mais uma vez pela atividade de glucosiltransferase da glicogenina. Finalmente a glicogénio sintase e a enzima ramificadora tomam conta das ocorrências, ficando a glicogenina covalentemente ligada à única extremidade redutora da molécula de glicogénio.
Nos humanos existem duas isoformas da glicogenina que podem ser expressas como Glicogenina-1 com um peso molecular de 37 kDa e codificado pelo gene GYG, que é expresso maioritariamente nos músculos, ou como Glicogenina-2 com um peso molecular de 66 kDae codificado pelo gene GYG2 que é expresso maioritariamente no fígado, músculo cardíaco e outros tipo de tecidos, exceto o músculo esquelético

Deficiência da Glicogenina-1 (GYG1) - Mutação do gene GYG1
Uma deficiência da glicogenina-1 é detetada na sequência do seu gene, GYG1, o que revelou uma mutação non-sense num alelo e uma mutação missense noutro alelo. A mutação missense é resultado da inativação da autoglicosilação da glicogenina-1, o que é necessário para o início da síntese de glicogénio em músculo. A autoglicosilação da glicogenina-1 ocorre no Tyr195 por ação da glucose-1-O-tirosina. Uma mutação missense induzida deste resíduo resulta numa autoglicosilação inativada. No entanto, também foi demonstrado que mutações missense que afetam outros resíduos da glicogenina-1 provocam eliminação da autoglicosilação.
As caraterísticas fenotípicas do músculo esquelético num paciente com este distúrbio são depleção glicogénica muscular, proliferação mitocondrial e predominância marcada de contração lenta e fibras musculares oxidadas. As mutações no gene GYG1 da glicogenina-1 também são causa de cardiomiopatia e arritmia.

Texto escrito por:

Daniela Marinheiro

Carla Marty

Maria Rocha

Marta Rodrigues

Rita Osório

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Vídeo sobre açúcares redutores

Mapa metabólico sobre a via de sinalização do NO

Enolase

A enolase é uma enzima, mais concretamente uma metaloenzima ativada. Esta enzima pertence à família das liases, as hidro-liases, que quebram as ligações carbono-oxigénio e está presente em todos os tecidos e organismos que realizam a glicólise ou a fermentação. O pH ótimo é de 6,5 para a atividade desta enzima no ser humano. A sua principal função é a intervenção no 9º passo da glicólise (penúltimo passo desta via metabólica), etapa em que ocorre a desidratação de 2-fosfoglicerato (2-PG) em fosfoenolpiruvato (PEP), produto que irá ser usado, no próximo e último passo, para a produção de energia (ATP). 

A enolase possui 3 isoformas diferentes: a ENO1 ou alfa-enolase (no tecido muscular); ENO2 ou gama-enolase ou enolase neuro específica (nos neurónios); ENO3 ou beta-enolase (nas células do músculo esquelético). A enolase tem um peso molecular de cerca de 100000 Daltons (dependendo da sua isoforma). Num humano, a α-enolase tem duas subunidades antiparalelas, que têm dois domínios diferentes que apresentam interações hidrofóbicas. As subunidades interatuam através de pontes salinas, que envolvem arginina e glutamato. A enolase específica para os neurónios é libertada numa enorme variedade de doenças neurológicas, tais como esclerose múltipla ou AVC, ou em enfartes do miocárdio. Em diversas experiências médicas, têm se empregado concentrações de enolase em amostras na tentativa de diagnosticar certas condições e a sua gravidade. Diversos estudos demonstraram que diferentes níveis de enolase estão relacionados com o crescimento tumoral ou com a ocorrência de enfarte do miocárdio ou um AVC, pelo que foi inferido que os níveis de enolase servem de indicativos na avaliação prognóstica de vítimas de paragem cardíaca. Inibidores da enolase têm sido aproveitados na área da saúde para tratamento e prevenção de várias doenças, destacando-se a fosfonoacetohidroxamato, que tem sido utilizado como

fármaco anti-tripanossoma e mais recentemente, como agente anti-cancerígeno.
A enolase pode ser inibido pelo ião fluoreto (F-). O fluoreto forma um complexo com magnésio e fosfato, que se liga ao centro ativo da enzima em vez do substrato 2-PG, impedindo a conversão de 2-PG a PEP, havendo menor produção de PEP e, consequentemente, ATP. A ingestão de água com flúor, inibe assim a atividade catalítica da enolase das bactérias da cavidade bucal (local altamente anaeróbico e dependente da glicólise), interrompendo a via glicolítica destas (redução do metabolismo de carbohidratos) e, consequentemente, a fermentação bateriana (diminuição de produção de ácidos), prevenindo a formação de cáries dentárias.

Texto escrito por:

Inês Carvalho
Junjie Lin
Maria Alves
Susana Pinto.

Cartoon - hidratos de carbono

Vídeo sobre a bioquímica dos hidratos de carbono

Hidratos de carbono (principais funções)

Os hidratos de carbono desempenham inúmeras funções na Natureza. Devido a isso, são elementos indispensáveis para os seres vivos. As principais funções dos hidratos de carbono são:

- combustível metabólico – vários monossacarídeos podem ser utilizados como fonte de energia química, através do seu catabolismo. Como é lógico, o principal hidrato de carbono utilizado como combustível metabólico é a glucose. No entanto, existem vários monossacarídeos que podem também ser utilizados como combustível metabólico (mais informação sobre esse assunto aqui), tais como a frutose, manose ou galactose;

- componentes de nucleótidos – esta função é desempenhada por duas pentoses diferentes, a ribose e a desoxirribose. Na realidade, só um destes hidratos de carbono é um monossacarídeo puro (a ribose), o outro é um derivado de monossacarídeo (a desoxirribose). Sobre isso irei escrever um post em breve… Quer a ribose, quer a desoxirribose são pentoses, ou seja, monossacarídeos com 5 carbonos. A ribose entra na composição dos ribonucleótidos (e, consequentemente, do RNA) enquanto que a desoxirribose entra na composição dos desoxirribonucleótidos (e, consequentemente, do DNA);

- reserva de combustível metabólico – alguns polissacarídeos desempenham funções de reserva de combustível metabólico. Neste contexto, há 2 moléculas que assumem um destaque principal: o amido e o glicogénio. Ambos são compostos por um único tipo de monossacarídeo, a glucose. O amido é o polissacarídeo de reserva de glucose nas células vegetais, enquanto que o glicogénio é o polissacarídeo de reserva nas células animais;

- função estrutural – alguns polissacarídeos desempenham funções estruturais, nomeadamente a celulose e o peptidoglicano. O primeiro é o principal componente da parede celular das células vegetais, enquanto que o segundo é o principal componente da parede celular das células procarióticas;

- proteção – alguns polissacarídeos desempenham uma função de proteção, como é o caso da quitina, que é o principal componente do exoesqueleto dos insetos;

- lubrificação e hidratação – devido à sua composição rica em grupos funcionais hidrofílicos, os hidratos de carbono têm a capacidade de interatuar com uma grande quantidade de moléculas de água. Devido a esta característica, vários polissacarídeos formam misturas viscosas e altamente hidratadas. Esses polissacarídeos designam-se por glicosaminoglicanos e são fundamentais para a pele, articulações, etc.

 

- reconhecimento e adesão celular – são várias as moléculas que participam na adesão e reconhecimento celular. Estas moléculas que se encontram à superfície das células, possuem componentes glicídicas, sendo designadas por glicoproteínas ou glicolípidos.

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Mapa sobre stress oxidativo e expressão génica

Citocromo c

Os citocromos foram inicialmente descritos em 1884 por MacMunn como sendo pigmentos respiratórios. Mais tarde, em 1920, Keilin redescobriu estes pigmentos respiratórios e deu-lhes o nome de Citocromos, classificando estas proteínas heme com base na posição do nível mais baixo de absorção de energia do citocromo.O citocromo c é uma proteína pequena com 104 aminoácidos, localizada no espaço intermembranar da mitocôndria de todos os seres vivos que fazem respiração aeróbica. Parte da cadeia é separada por uma protease da matriz quando o polipéptido se insere na membrana interna ficando assim ancorado com a orientação adequada.
Trata-se de uma heteroproteína (proteína composta por aminoácidos e outros elementos químicos), que além de aminoácidos, possui um grupo heme (cofator), que se encontra ligado às cisteínas 14 e 17.
É uma proteína hidrofílica, extremamente solúvel em água (solubilidade ~100g/L).
A percentagem de cada tipo de aminoácido presente na proteína varia de acordo com as espécies e está relacionada com a sua proximidade evolutiva. A variação da sua estrutura primária, nas diferentes espécies, revela indiretamente as suas diferenças genéticas uma vez que o código para a proteína está escrito nos genes. Esta proteína tem um papel importante na respiração celular uma vez que, é a ultima proteína da cadeia transportadora de eletrões. Esta transporta eletrões entre o complexo III e o complexo IV, deslocando-os para uma molécula de oxigénio (aceitador final), convertendo assim o oxigénio molecular em duas moléculas de água. Neste processo, dá-se a translocação de quatro protões, que ajudam à formação de um potencial quimiosmótico que é usado pela ATP sintase para a formação de ATP. É também responsável pelo estimulo para a morte celular programada, ou apoptose, ativando a via intrínseca da apoptose. Este leva à ativação da caspase 9, que por sua vez ativa as caspases 3 e 7, e o destino da célula fica traçado, nomeadamente, morrer por apoptose. Por fim, promove também a libertação de cálcio armazenado no retículo endoplasmático, elevando a concentração do ião no citosol.
Quanto à formação dos citocromos, eles sofrem alterações reversivieis no número de oxidação do ferro de +2 para +3 num processo cíclico. Há três grupos de citocromos principais, denominados pelas letras a, b e c. Eles diferenciam-se pela estrutura do grupo prostético (cadeias laterais), que levam a diferentes espectros de absorção, sendo que o citocromo c absorve os comprimentos de onda mais curtos.

Texto escrito por:
Ana Ribeiro
João Esteves
Maria Correia
Maria Melo
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Cartoon sobre substâncias hidrofóbicas

Hidratos de carbono (considerações gerais)

Os hidratos de carbono, também designados de glícidos, glúcidos, carbohidratos ou açúcares, são uma classe de biomoléculas caracterizada pela presença de vários grupos polares na sua composição. O bloco de construção dos hidratos de carbono são os monossacarídeos, ou seja, qualquer hidrato de carbono possui um, ou mais do que um monossacarídeo. Sendo assim, podem ser agrupados em diferentes classes, nomeadamente, monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. 

Quando têm um ou poucos monossacarídeos na sua composição, normalmente apresentam um sabor doce, sendo, por isso, designados por açúcares. Na realidade, quando se olha para um rótulo de um produto alimentar, é vulgar encontrar-se uma informação do género “Hidratos de carbono, dos quais açúcares”. Esta designação pode causar alguma confusão, pois na realidade existe alguma ambiguidade na designação de açúcar. Se há quem chame açúcares aos hidratos de carbono, também há quem use essa designação apenas para os hidratos de carbono que são doces.

Os hidratos de carbono são a classe de biomoléculas mais abundante na natureza, sendo também a classe de biomoléculas mais abundante na nossa alimentação, devendo corresponder a 45-75% do total de energia ingerida.

Os hidratos de carbono existem na sua forma livre, isto é, sem estarem ligados a outros tipos de moléculas. Neste caso, são designados por poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxicetonas, pois apresentam vários grupos hidroxilo e um grupo carbonilo que pode ser aldeído ou cetona, respetivamente (se tiveres dúvidas sobre estes grupos funcionais, podes encontrar mais informação sobre os mesmos AQUI e AQUI). 

Se os hidratos de carbono estiverem combinados com outras moléculas, a molécula resultante designa-se por glicoconjugado, sendo que os glicoconjugados mais conhecidos são as glicoproteínas e glicolípidos.

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Vídeo sobre a estrutura de proteínas

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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