Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1
Pergunta 1
a) Quais são os quatro principais tipos de moléculas biológicas discutidas na palestra? Cite
uma função importante para cada tipo de molécula biológica da célula.
Fosfolipídeos: formam bicamadas que são as membranas celulares.
Carboidratos: açúcares simples fornecem energia para os processos celulares, o polímero
celulose age como um componente estrutural e o polímero glicogênio age como um estoque
de energia.
Proteínas: São responsáveis por praticamente todas as funções celulares; enzimas para as
vias metabólicas, proteínas estruturais para estrutura das células, proteínas de membrana
para a regulação celular, reconhecimento celular e transporte de moléculas para dentro e
fora das células.
Ácidos Nucléicos: armazenamento e transferência de material genético.
b) Responda rapidamente as perguntas a seguir:
i) Quais são as duas principais diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas?
Células procarióticas não possuem núcleo, enquanto células eucarióticas possuem
núcleo.
Células procarióticas são mais antigas na escala evolucionária do que as células
eucarióticas.
Células eucarióticas possuem organelas e membranas internas, células procarióticas,
não.
ii) Qual é a diferença
entre organismos unicelulares e multicelulares?
Organismos unicelulares vivem e se reproduzem como células únicas. Cada célula
possui o mesmo DNA e a mesma aparência. Organismos multicelulares são compostos
de diversas células. Cada célula em um organismo multicelular possui o mesmo DNA,
porém as células possuem aparências diferentes.
iii) Procariotos são uni ou multicelulares? Eucariotos são uni ou multicelulares?
Procariotos são unicelulares. Eucariotos podem ser organismos uni ou multicelulares.
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Pergunta 1, continuação
c) Circule as cadeias laterais de cada par de aminoácidos abaixo. Cite o tipo de interação mais
forte presente entre os grupos das cadeias laterais de cada par.
Aminoácidos
Interação
d) Desenhe a estrutura química do polipeptídio a seguir em pH 7.
cisteína-alanina-tirosina-fenilalanina
e) Circule a ligação peptídica na estrutura que você desenhou acima.
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Pergunta 2
A droga Minoxidil é usada via oral como um agente contra a hipertensão e topicamemte como
um estimulante para o crescimento de cabelos. O estrutura do Minoxidil está ilustrada abaixo
a) abaixo temos um esquema do sítio de ligação do Minoxidil em um proteína hipotética.
i) Desenhe as cadeias laterais nas posições dos aminoácidos 51, 129, 134 e 167.
ii) Represente o Minoxidil conforme mostrado acima ligando-se ao sítio. Certifique-se
de considerar as interações entre o Minoxidil e as cadeias laterais ao orientar o
Minoxidil dentro do sítio de ligação.
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Pergunta 2, continuação
b) Relacione todas as interações que podem ocorrer entre aminoácidos específicos e o
Minoxidil no modelo proposto ao preencher a tabela abaixo.
Aminoácidos
Glu 51
Val 129
Leu 134
Asn 167
Interações com o Minoxidil
ligação hidrogênio, van der Waals
van der Waals, hidrofóbico
van der Waals, hidrofóbico
ligação hidrogênio, van der Waals
c) Para saber se seu modelo está correto, construa algumas versões alteradas dessa proteína e
teste se o Minoxidil ainda se liga à ela. Assuma que os demais aminoácidos permanecem
inalterados. Os resultados são os seguintes:
Proteína
normal
variante 1
variante 2
variante 3
variante 4
variante 5
Posição 51
Glu 51
Asp 51
Gly 51
Gly 51
Glu 51
Glu 51
Posição 129
Val 129
Val 129
Val 129
Val 129
Lys 129
Phe 129
Posição 134
Leu 134
Leu 134
Leu 134
Leu 134
Leu 134
Leu 134
Posição 167
Asn 167
Asn 167
Asn 167
Ala 167
Ala 167
Asn 167
Liga-se?
sim
sim
sim
não
não
sim
De todas as orientações do Minoxidil no sítio de ligação, apenas uma orientação está
consistente com os resultados acima. Verifique cuidadosamente seu modelo, revise-o caso
julgue necessário e respondas às seguintes perguntas.
No modelo proposto, as características importantes são as ligações de hidrogênio do
Minoxidil com Glu51 e Asn167, e a posição do anel hidrofóbico do Minoxidil no bolso
hidrofóbico próximo de Val129 and Leu134. Se você orientou o Minoxidil em qualquer outra
direção, apenas as forças de Van der Waals estarão presentes entre os resíduos e o Minoxidil
e as alterações acima ainda permitirão essas forças.
Nos termos do seu modelo e das prováveis ligações, explique por que...
i) a variante 2 irá ligar-se com o Minoxidil, mas a variante 3 não irá se ligar ao
Minoxidil.
Na variante 2, uma das 2 ligações de hidrogênio não foi perdida, assim como a bolsa
hidrofóbica, e de acordo com as informações tal fato é suficiente para permitir a
ligação. Na variante 3, ambas as ligações de hidrogênio foram perdidas, fato esse que
rompe a ligação.
ii) a variante 5 irá se ligar ao Minoxidil, mas a variante 4 não irá se ligar ao Minoxidil.
Na variante 4, um aminoácido hidrofóbico é substituído por um ácido carregado que
rompe a bolsa hidrofóbica. A substituição na variante 5 não rompe as interações
hidrofóbicas.
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Pergunta 3
Receptores do fator de crescimento (mostrados abaixo) são proteínas transmembrana
encontradas na superfície celular.
a) A maioria das moléculas que constituem a membrana acima pertencem a que classe de
macromoléculas? fosfolipídeos
Explique as qualidades/propriedades importantes dessas moléculas que permitem que elas
formem membranas.
Os fosfolipídeos possuem “cabeças” hidrofílicas e “caudas” hidrofóbicas que permitem
sua disposição em uma bicamada contendo um núcleo hidrofóbico quando em um ambiente
aquoso.
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Pergunta 3, continuação
Um esquema menor do receptor do fator de crescimento é mostrado a seguir.
b) Quais aminoácidos na seqüência acima fazem parte da região transmembrana do receptor?
Circule esses aminoácidos e explique brevemente seu raciocínio.
Esses aminoácidos são não polares ou hidrofóbicos, fato esse que permite a ocorrência dos
mesmos no meio hidrofóbico da membrana.
Quando o fator de crescimento liga-se ao domínio extracelular do receptor, ocorre uma
variação na conformação desse receptor. A ligação do fator de crescimento causa a
dimerização dos dois receptores adjacentes na membrana celular. Durante a dimerização, os
domínios intracelulares dos receptores são ativados. Veja o esquema a seguir.
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Pergunta 3, continuação
c) As regiões dos dois receptores que interagem durante a dimerização estão ilustradas abaixo.
Nas partes (i -iv) a seguir, nomeie o tipo de interação mais forte (ligação de hidrogênio,
iônica, covalente, van der Waals)que ocorre entre as cadeias laterais dos aminoácidos
indicados.
Cadeias Laterais de Interação
Tipo de interação
i) Phe50 : Val98
van der Waals
ii) Asp68 : Lys65
iônica
iii) Cys75 : Cys82
covalente
iv) Ser53 : Gln12
hidrogênio
d) Explique como Gln12 e Val98, que estão distantes na seqüência primária da proteína,
podem estar próximos um ao outro na região da proteína diagramada acima.
Quando uma proteína dobra-se em sua forma final, os resíduos de aminoácidos que estão
distantes na estrutura primária podem ser alinhados próximos uns aos outros.
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Soluções para 7.012 Conjunto de Problemas 1
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Pergunta 3, continuação
e) Interações moleculares entre os dois receptores são importantes para a dimerização.
Portanto, a substituição de certos aminoácidos na proteína pode afetar a dimerização do
receptor. Analise se os receptores poderão ou não ser dimerizados após as substituições (i - iv)
a seguir. EXPLIQUE seu raciocínio.
i) Asp68 → Arg:
Os receptores não poderão realizar a dimerização já que aminoácidos de carga
negativa são substituídos por aminoácidos de carga positiva. A ligação iônica entre
Asp68 e Lys65 é rompida e ocorre a repulsão.
ii) Ser53 → Thr:
Os receptores poderão realizar a dimerização já que um aminoácido que pode
participar de ligações de hidrogênio é substituído por outro aminoácido do mesmo tipo.
iii) Phe50 → Asn:
Os receptores poderão realizar a dimerização mesmo que um ácido hidrofóbico seja
substituído por um aminoácido polar pois as forças de van der Waals ainda estarão
presentes. (Dentro da região diagramada, a proximidade das espécies carregadas
torna improvável que as interações hidrofóbicas sejam a principal força nas interações
entre dois receptores.)
iv) Val98 → Ile:
Os receptores poderão realizar a dimerização já que há que o ácido hidrofóbico é
substituído por outro aminoácido hidrofóbico e não há perda as forças de van der
Waals.
e) A substituição de um aminoácidos, Cys75 → Gly, leva à dimerização dos receptores com
ou sem o fator de crescimento. Explique sucintamente essa observação.
Essa substituição coloca duas moléculas de cisteína em locais opostos. Esses dois resíduos
podem formar uma ligação de dissulfeto e, portanto, ligar de forma covalente os dois
receptores.
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Pergunta 4
A reação a seguir é o décimo e último passo da glicólise:
a) Calcule Keq para essa reação sob condições normais a 25o C e circule a afirmação correta
abaixo.
∆G = ∆Go + RT ln ([produtos]/[reagentes])
em equilíbrio, ∆G = 0, e Keq = ([produtos]/[reagentes])
então ∆Go = -RT ln (K eq)
Portanto:
-7,5 kcal/mol = -0,59 kcal/mol ln (K eq)
12,7 = ln (K eq)
Keq = e12,7
Keq = 3,3 x 105
Em equilíbrio, [fosfoenolpiruvato] > [piruvato]
Em equilíbrio, [fosfoenolpiruvato] < [piruvato]
b) As concentrações a seguir foram encontradas nos glóbulos vermelhos. Calcule ?G para a
reação a 37o C. Em qual direção essa reação seguirá de forma espontânea?
[ADP] = 10 mM
[ATP] = 81 mM
[fosfoenolpiruvato] = 10 mM
[piruvato] = 500 mM
G = ∆Go + RT ln ([produtos]/[reagentes])
∆G = -7,5 kcal/mol + 0,61 kcal/mol x ln (500 x 81)/(10 x 10)
∆G = -3,84 kcal/mol
A reação é espontânea da esquerda para a direita:
Fosfoenolpiruvato + ADP -------------> piruvato + ATP
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Pergunta 4, continuação
c) Trace o perfil de energia para essa reação em condições fisiológicas. No diagrama,
certifique-se de:
1) ilustrar os níveis relativos de energia dos reagentes e produtos.
2) identificar os eixos
3) identificar os reagentes e produtos
4) indicar a energia de ativação
5) indicar ?G
d) Como a piruvatoquinase (a energia que catalisa essa reação) altera o perfil energético?
A enzima reduz apenas a energia de ativação. Ela não altera a energia livre dos reagentes,
produtos ou da reação como um todo.
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ESTRUTURAS DOS AMINOÁCIDOS em pH 7.0
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Para a reação:
Cinética Enzimática:
onde: S = substrato
E = enzima
P = produto
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