Em formação

4.2: Lipídios - Biologia

4.2: Lipídios - Biologia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Lipídios são um grupo diversificado de compostos hidrofóbicos que incluem moléculas como gorduras, óleos, ceras, fosfolipídios e esteróides. A maioria dos lipídios são, em seu núcleo, hidrocarbonetos, moléculas que incluem muitas ligações não polares de carbono-carbono ou carbono-hidrogênio. A abundância de grupos funcionais não polares dá aos lipídios um grau de caráter hidrofóbico ("temor de água") e a maioria dos lipídios tem baixa solubilidade em água. Dependendo de suas propriedades físicas (codificadas por sua estrutura química), os lipídios podem servir a muitas funções em sistemas biológicos, incluindo armazenamento de energia, isolamento, formação de barreira e sinalização celular. A diversidade das moléculas de lipídios e sua gama de atividades biológicas talvez sejam surpreendentemente grandes para a maioria dos novos estudantes de biologia. Vamos começar desenvolvendo uma compreensão básica dessa classe de biomoléculas.

Gorduras e óleos

Uma molécula de gordura comum ou triglicerídeo. Esses tipos de moléculas são geralmente hidrofóbicos e, embora tenham inúmeras funções, são provavelmente mais conhecidos por seus papéis na gordura corporal e nos óleos vegetais. Uma molécula de triglicerídeo derivada de dois tipos de componentes moleculares - um grupo de "cabeça" polar e um grupo de "cauda" não polar. O grupo "cabeça" de um triglicerídeo é derivado de uma única molécula de glicerol. O glicerol, um carboidrato, é composto de três carbonos, cinco hidrogênios e três grupos funcionais hidroxil (-OH). O não polar ácido graxo O grupo "cauda" consiste em três hidrocarbonetos (um grupo funcional composto de ligações C-H) que também têm um grupo funcional carboxila polar (daí o termo "ácido graxo" - o grupo carboxila é ácido na maioria dos pHs biologicamente relevantes). O número de carbonos no ácido graxo pode variar de 4 a 36; mais comuns são aqueles que contêm 12-18 carbonos.

figura 1. O triacilglicerol é formado pela união de três ácidos graxos a uma estrutura de glicerol em uma reação de desidratação. Três moléculas de água são liberadas no processo. Atribuição: Marc T. Facciotti (obra própria)

Nota: possível discussão

Os modelos de triglicerídeos mostrados acima representam a relativo posições dos átomos na molécula. Se você pesquisar imagens de triglicerídeos no Google, encontrará alguns modelos que mostram as caudas dos fosfolipídios em posições diferentes das representadas acima. Usando sua intuição, dê uma opinião sobre qual modelo você acha que é uma representação mais correta da vida real. Porque?

Figura 2. O ácido esteárico é um ácido graxo saturado comum; o ácido oleico e o ácido linolênico são ácidos graxos insaturados comuns. Facciotti (trabalho próprio)

Nota: possível discussão

As gorduras naturais, como manteiga, óleo de canola, etc., são compostas principalmente por triglicerídeos. As propriedades físicas dessas diferentes gorduras variam dependendo de dois fatores:

  1. O número de carbonos nas cadeias de hidrocarbonetos;
  2. O número de dessaturações, ou ligações duplas, nas cadeias de hidrocarbonetos.

O primeiro fator influencia como essas moléculas interagem entre si e com a água, enquanto o segundo fator influencia dramaticamente sua forma. A introdução de uma ligação dupla causa uma "torção" no hidrocarboneto relativamente "reto", representado de uma forma ligeiramente exagerada na Figura 3.

Com base no que você pode entender com esta breve descrição, proponha uma justificativa - em suas próprias palavras - para explicar por que a manteiga é sólida em temperatura ambiente, enquanto o óleo vegetal é líquido.

Aqui está uma informação importante que pode ajudá-lo com a questão: a manteiga tem uma porcentagem maior de hidrocarbonetos mais longos e saturados em seus triglicerídeos do que o óleo vegetal.

Figura 3. O ácido graxo saturado linear versus o ácido graxo insaturado "dobrado" / "dobrado". Facciotti (trabalho próprio)

Esteróis

Esteróides são lipídios com uma estrutura de anel fundido. Embora não se assemelhem aos outros lipídios discutidos aqui, eles são designados como lipídios porque também são amplamente compostos de carbonos e hidrogênios, são hidrofóbicos e insolúveis em água. Todos os esteróides têm quatro anéis de carbono vinculados. Muitos esteróides também têm o grupo funcional -OH, que os coloca na classificação de álcool dos esteróis. Vários esteróides, como o colesterol, têm cauda curta. O colesterol é o esteróide mais comum. É sintetizado principalmente no fígado e é o precursor de muitos hormônios esteróides, como a testosterona. É também o precursor da vitamina D e dos sais biliares que ajudam na emulsificação de gorduras e sua subsequente absorção pelas células. Embora o colesterol seja freqüentemente falado em termos negativos, ele é necessário para o funcionamento adequado de muitas células animais, particularmente em seu papel como um componente da membrana plasmática, onde é conhecido por modular a estrutura, organização e fluidez da membrana.

Figura 4. O colesterol é uma molécula lipídica modificada que é sintetizada por células animais e é um elemento estrutural chave nas membranas celulares. O cortisol é um hormônio (molécula sinalizadora) que geralmente é liberado em resposta ao estresse. Facciotti (trabalho próprio)

Nota: possível discussão

Na molécula de cortisol acima, quais partes da molécula você classificaria como grupos funcionais? Existe alguma discordância sobre o que deve e não deve ser incluído como um grupo funcional?

Fosfolipídios

Fosfolipídios são os principais constituintes da membrana celular, a camada mais externa das células. Como as gorduras, eles são compostos de cadeias de ácidos graxos ligadas à molécula de glicerol. Ao contrário dos triacilgliceróis, os fosfolipídios têm duas caudas de ácidos graxos e um grupo fosfato ligado ao açúcar. Fosfolipídios são, portanto, anfipático moléculas, o que significa que têm uma parte hidrofóbica e uma parte hidrofílica. As duas cadeias de ácidos graxos que se estendem do glicerol são hidrofóbicas e não podem interagir com a água, enquanto o grupo de cabeça contendo fosfato é hidrofílico e interage com a água. Você pode identificar os grupos funcionais no fosfolipídeo abaixo que dão a cada parte do fosfolipídeo suas propriedades?

Observação

Certifique-se de observar na Figura 5 que o grupo fosfato tem um grupo R ligado a um dos átomos de oxigênio. R é uma variável comumente usada nesses tipos de diagramas para indicar que algum outro átomo ou molécula está ligado a essa posição. Essa parte da molécula pode ser diferente em diferentes fosfolipídios - e transmitirá alguma química diferente para a molécula inteira. No momento, entretanto, você é responsável por ser capaz de reconhecer esse tipo de molécula (não importa qual seja o grupo R) por causa dos elementos centrais comuns - a estrutura do glicerol, o grupo fosfato e as duas caudas de hidrocarboneto.

Figura 5. Um fosfolipídeo é uma molécula com dois ácidos graxos e um grupo fosfato modificado ligado a uma estrutura de glicerol. O fosfato pode ser modificado pela adição de grupos químicos carregados ou polares. Vários grupos químicos R podem modificar o fosfato. Colina, serina e etanolamina são mostradas aqui. Estes se ligam ao grupo fosfato na posição rotulada R por meio de seus grupos hidroxila.
Atribuição: Marc T. Facciotti (obra própria)

Na presença de água, alguns fosfolipídios irão se organizar espontaneamente em uma micela (Figura 6). Os lipídios serão arranjados de forma que seus grupos polares fiquem do lado de fora da micela e as caudas apolares fiquem do lado de dentro. Sob outras condições, uma bicamada lipídica também pode se formar. Essa estrutura, com apenas alguns nanômetros de espessura, é composta por duas camadas opostas de fosfolipídios de modo que todas as caudas hidrofóbicas se alinham face a face no centro da bicamada e são circundadas pelos grupos de cabeças hidrofílicas. Uma bicamada fosfolipídica se forma como a estrutura básica da maioria das membranas celulares e é responsável pela natureza dinâmica da membrana plasmática.

Figura 6. Na presença de água, alguns fosfolipídios irão se organizar espontaneamente em uma micela. Fonte: Criado por Erin Easlon (trabalho próprio)

Nota: possível discussão

Como mencionado acima, se você pegasse alguns fosfolipídios puros e os jogasse na água, alguns dos fosfolipídios se formariam espontaneamente em micelas. Isso soa como um processo que poderia ser descrito por uma história de energia.

Volte para a rubrica Energy Story e tente criar uma Energy Story para este processo - espero que as etapas que envolvem a descrição da energia possam ser difíceis neste ponto (voltaremos a isso mais tarde), mas você deve ser capaz de faça pelo menos as três primeiras etapas. Você também pode criticar construtivamente o trabalho de cada um para criar uma história otimizada.

A membrana fosfolipídica é discutida em detalhes em um módulo posterior. Será importante lembrar as propriedades químicas associadas aos grupos funcionais do fosfolipídeo para entender a função da membrana celular.


Lipídio

Nossos editores irão revisar o que você enviou e determinar se o artigo deve ser revisado.

Lipídio, qualquer um de um grupo diversificado de compostos orgânicos, incluindo gorduras, óleos, hormônios e certos componentes de membranas que são agrupados porque não interagem de forma apreciável com a água. Um tipo de lipídio, os triglicerídeos, é sequestrado como gordura nas células adiposas, que servem como depósito de armazenamento de energia para os organismos e também fornecem isolamento térmico. Alguns lipídios, como os hormônios esteróides, atuam como mensageiros químicos entre células, tecidos e órgãos, e outros comunicam sinais entre sistemas bioquímicos dentro de uma única célula. As membranas das células e organelas (estruturas dentro das células) são estruturas microscopicamente finas formadas por duas camadas de moléculas de fosfolipídios. As membranas funcionam para separar células individuais de seus ambientes e para compartimentar o interior da célula em estruturas que realizam funções especiais. Essa função de compartimentação é tão importante que as membranas, e os lipídios que as formam, devem ter sido essenciais para a origem da própria vida.

O que é um lipídio?

Um lipídio é qualquer um dos vários compostos orgânicos insolúveis em água. Eles incluem gorduras, ceras, óleos, hormônios e certos componentes de membranas e funcionam como moléculas de armazenamento de energia e mensageiros químicos. Junto com proteínas e carboidratos, os lipídios são um dos principais componentes estruturais das células vivas.

Por que os lipídios são importantes?

Os lipídios são um grupo diversificado de compostos e têm muitas funções diferentes. No nível celular, os fosfolipídios e o colesterol são alguns dos principais componentes das membranas que separam uma célula de seu ambiente. Hormônios derivados de lipídios, conhecidos como hormônios esteróides, são mensageiros químicos importantes e incluem testosterona e estrogênios. Em um nível de organismo, os triglicerídeos armazenados nas células adiposas servem como depósitos de armazenamento de energia e também fornecem isolamento térmico.

O que são jangadas de lipídios?

As jangadas lipídicas são áreas possíveis da membrana celular que contêm altas concentrações de colesterol e glicoesfingolipídios. A existência de jangadas lipídicas não foi estabelecida de forma conclusiva, embora muitos pesquisadores suspeitem que essas jangadas realmente existam e possam desempenhar um papel na fluidez da membrana, na comunicação célula a célula e na infecção por vírus.

A água é o meio biológico - a substância que torna a vida possível - e quase todos os componentes moleculares das células vivas, quer sejam encontrados em animais, plantas ou microorganismos, são solúveis em água. Moléculas como proteínas, ácidos nucléicos e carboidratos têm afinidade pela água e são chamadas de hidrofílicas (“amantes da água”). Os lipídios, no entanto, são hidrofóbicos (“temerosos de água”). Alguns lipídios são anfipáticos - parte de sua estrutura é hidrofílica e outra parte, geralmente uma seção maior, é hidrofóbica. Os lipídios anfipáticos apresentam um comportamento único na água: formam espontaneamente agregados moleculares ordenados, com suas extremidades hidrofílicas na parte externa, em contato com a água, e suas partes hidrofóbicas na parte interna, protegidas da água. Essa propriedade é a chave para seu papel como componentes fundamentais das membranas celulares e organelas.

Embora os lipídios biológicos não sejam grandes polímeros macromoleculares (por exemplo, proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos), muitos são formados pela ligação química de várias pequenas moléculas constituintes. Muitos desses blocos de construção moleculares são semelhantes, ou homólogos, em estrutura. As homologias permitem que os lipídios sejam classificados em alguns grupos principais: ácidos graxos, derivados de ácidos graxos, colesterol e seus derivados e lipoproteínas. Este artigo cobre os principais grupos e explica como essas moléculas funcionam como moléculas de armazenamento de energia, mensageiros químicos e componentes estruturais das células.


Vitaminas lipossolúveis

As vitaminas lipossolúveis são armazenadas no tecido adiposo e no fígado. Eles são eliminados do corpo mais lentamente do que as vitaminas solúveis em água. As vitaminas solúveis em gordura incluem as vitaminas A, D, E e K. A vitamina A é importante para a visão, bem como para a saúde da pele, dos dentes e dos ossos. A vitamina D auxilia na absorção de outros nutrientes, incluindo cálcio e ferro. A vitamina E atua como um antioxidante e também auxilia na função imunológica. A vitamina K auxilia no processo de coagulação do sangue e na manutenção de ossos fortes.


Ceras

Figura 7. As coberturas cerosas de algumas folhas são feitas de lipídios. (crédito: Roger Griffith)

Cera cobre as penas de alguns pássaros aquáticos e a superfície das folhas de algumas plantas. Devido à natureza hidrofóbica das ceras, elas evitam que a água grude na superfície (Figura 7). As ceras são feitas de longas cadeias de ácidos graxos esterificadas em álcoois de cadeia longa.


4.2: Lipídios - Biologia

Os lipídios são um dos quatro principais grupos de moléculas orgânicas, sendo os outros três proteínas, ácidos nucléicos (DNA) e carboidratos (açúcares). Os lipídios são compostos dos mesmos elementos que os carboidratos: carbono, hidrogênio e oxigênio. No entanto, os lipídios tendem a conter muito mais átomos de hidrogênio do que átomos de oxigênio.

Os lipídios incluem gorduras, esteróides, fosfolipídios e ceras. Uma das principais características dos lipídios é que eles não se dissolvem na água.

Os lipídios desempenham um papel importante nos organismos vivos. Algumas de suas funções principais incluem armazenamento de energia, hormônios e membranas celulares.

  • Gorduras saturadas - as gorduras saturadas são sólidas em temperatura ambiente. Essas gorduras tendem a vir de alimentos como carne vermelha, queijo e manteiga. As gorduras saturadas às vezes são chamadas de gorduras "ruins" porque são conhecidas por causar colesterol alto, obstruir as artérias e até aumentar o risco de alguns tipos de câncer.
  • Gorduras insaturadas - as gorduras insaturadas são líquidos em temperatura ambiente. Essas gorduras tendem a vir de alimentos como nozes, vegetais e peixes. As gorduras insaturadas são consideradas muito melhores para você do que as saturadas e às vezes são chamadas de gorduras "boas".

As ceras são semelhantes às gorduras em sua composição química, no entanto, elas têm apenas uma longa cadeia de ácidos graxos. As ceras são macias e plásticas em temperatura ambiente. Eles são produzidos por animais e plantas e são normalmente usados ​​para proteção. As plantas usam ceras para ajudar a prevenir a perda de água. Os humanos têm cera nos ouvidos para ajudar a proteger os tímpanos.

Os esteróides são outro grupo importante de lipídios. Os esteróides incluem colesterol, clorofila e hormônios. Nosso corpo usa o colesterol para produzir os hormônios testosterona (hormônios masculinos) e estrogênio (hormônios femininos). A clorofila é usada pelas plantas para absorver luz para a fotossíntese.

Os esteróides são ruins para você?

Nem todos os esteróides são ruins. Nossos corpos precisam de esteróides como colesterol e cortisol para sobreviver, então alguns esteróides são bons para nós. Existem também muitos esteróides que os médicos usam para ajudar os doentes.

No entanto, o tipo de esteróides de que você ouve falar nos esportes, os esteróides anabolizantes, pode ser muito ruim para você. Eles podem causar todos os tipos de danos ao corpo, incluindo derrames, insuficiência renal, coágulos sanguíneos e danos ao fígado.

Os fosfolipídios constituem o quarto maior grupo de lipídios. Eles são muito semelhantes às gorduras em sua composição química. Os fosfolipídios são um dos principais componentes estruturais de todas as membranas celulares.


Abordagens de biologia química e sintética para compreender as funções celulares - Parte C

Marcus J.C. Long,. Yimon Aye, em Methods in Enzymology, 2020

2.2 Exposição quase-endógena prolongada: Simulação da biossíntese endógena de RES

A inovação recente do laboratório Marnett é construída sobre a alimentação de células com ácido linoléico (LA), um precursor de eletrófilos derivados de lipídios (Beavers et al., 2017). LA foi modificado com um alcino terminal então, as células foram estimuladas com LA (alcino) em concentrações micromolares por 24 h, seguido pelo sacarolipídeo glicano, Kdo2-lipídeo A, por mais 24 h (Fig. 1 C). Um experimento paralelo usando LA não-alcino-funcionalizado em combinação com análise proteômica baseada em SILAC permite a identificação quantitativa do alvo. 3300 proteínas foram identificadas como HNE sensíveis de 3816 proteínas totais usando esta abordagem. Os dados de saída são semelhantes aos obtidos por métodos de captura direta (que funcionam na premissa de que as proteínas HNEiladas normalmente contêm um aldeído reativo pós-adução de Michael) relatado pelo laboratório Wang (Chen et al., 2018). Ambos os métodos viram variações significativas nos conjuntos de dados obtidos em três execuções. Uma conclusão desses dados foi que as proteínas mitocondriais foram as mais reativas nessas condições. No entanto, o quanto essa especificidade de organela é devido à geração de estresse localizado, ou capacidade de detecção implícita, é desconhecido.


Proteínas

Enquanto os ácidos nucléicos carregam as informações genéticas da célula, a principal responsabilidade das proteínas é executar as tarefas direcionadas por essas informações. As proteínas são as mais diversas de todas as macromoléculas, e cada célula contém vários milhares de proteínas diferentes, que desempenham uma ampla variedade de funções. Os papéis das proteínas incluem servir como componentes estruturais de células e tecidos, agindo no transporte e armazenamento de pequenas moléculas (por exemplo, o transporte de oxigênio pela hemoglobina), transmitindo informações entre as células (por exemplo, hormônios protéicos) e fornecendo uma defesa contra infecção (por exemplo, anticorpos). A propriedade mais fundamental das proteínas, entretanto, é sua capacidade de agir como enzimas, que, conforme discutido na seção seguinte, catalisam quase todas as reações químicas em sistemas biológicos. Assim, as proteínas dirigem virtualmente todas as atividades da célula. A importância central das proteínas na química biológica é indicada por seu nome, que é derivado da palavra grega proteios, significando & # x0201c da primeira classificação. & # x0201d

As proteínas são polímeros de 20 aminoácidos diferentes. Cada aminoácido consiste em um átomo de carbono (chamado de carbono & # x003b1) ligado a um grupo carboxila (COO -), um grupo amino (NH3 +), um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral distinta (Figura 2.13). As propriedades químicas específicas das diferentes cadeias laterais de aminoácidos determinam os papéis de cada aminoácido na estrutura e função das proteínas.

Figura 2.13

Estrutura dos aminoácidos. Cada aminoácido consiste em um átomo de carbono central (o carbono & # x003b1) ligado a um átomo de hidrogênio, um grupo carboxila, um grupo amino e uma cadeia lateral específica (designada R). Em pH fisiológico, tanto o carboxil quanto o amino (mais.)

Os aminoácidos podem ser agrupados em quatro grandes categorias de acordo com as propriedades de suas cadeias laterais (Figura 2.14). Dez aminoácidos têm cadeias laterais apolares que não interagem com a água. A glicina é o aminoácido mais simples, com uma cadeia lateral que consiste em apenas um átomo de hidrogênio. Alanina, valina, leucina e isoleucina têm cadeias laterais de hidrocarbonetos que consistem em até quatro átomos de carbono. As cadeias laterais desses aminoácidos são hidrofóbicas e, portanto, tendem a se localizar no interior das proteínas, onde não entram em contato com a água. Da mesma forma, a prolina tem uma cadeia lateral de hidrocarboneto, mas é única porque sua cadeia lateral está ligada ao nitrogênio do grupo amino, bem como ao carbono & # x003b1, formando uma estrutura cíclica. As cadeias laterais de dois aminoácidos, cisteína e metionina, contêm átomos de enxofre. A metionina é bastante hidrofóbica, mas a cisteína é menos devido ao seu grupo sulfidrila (SH). Conforme discutido posteriormente, o grupo sulfidrila da cisteína desempenha um papel importante na estrutura da proteína porque as ligações dissulfeto podem se formar entre as cadeias laterais de diferentes resíduos de cisteína. Finalmente, dois aminoácidos não polares, fenilalanina e triptofano, têm cadeias laterais contendo anéis aromáticos muito hidrofóbicos.

Figura 2.14

Os aminoácidos. As abreviaturas de três e uma letra para cada aminoácido são indicadas. Os aminoácidos são agrupados em quatro categorias de acordo com as propriedades de suas cadeias laterais: não polar, polar, básico e ácido.

Cinco aminoácidos têm cadeias laterais não carregadas, mas polares. Estes incluem serina, treonina e tirosina, que possuem grupos hidroxila em suas cadeias laterais, bem como asparagina e glutamina, que possuem amida polar (O = C & # x02014NH2) grupos. Como as cadeias laterais polares desses aminoácidos podem formar ligações de hidrogênio com a água, esses aminoácidos são hidrofílicos e tendem a estar localizados na parte externa das proteínas.

Os aminoácidos lisina, arginina e histidina possuem cadeias laterais com grupos básicos carregados. A lisina e a arginina são aminoácidos muito básicos e suas cadeias laterais são carregadas positivamente na célula. Conseqüentemente, eles são muito hidrofílicos e são encontrados em contato com a água na superfície das proteínas. A histidina pode ser descarregada ou carregada positivamente em pH fisiológico, portanto, frequentemente desempenha um papel ativo em reações enzimáticas envolvendo a troca de íons de hidrogênio, conforme ilustrado no exemplo de catálise enzimática discutido na seção seguinte.

Finalmente, dois aminoácidos, ácido aspártico e ácido glutâmico, possuem cadeias laterais ácidas que terminam em grupos carboxila. Esses aminoácidos têm carga negativa dentro da célula e, portanto, são freqüentemente chamados de aspartato e glutamato. Como os aminoácidos básicos, esses aminoácidos ácidos são muito hidrofílicos e geralmente estão localizados na superfície das proteínas.

Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas entre o grupo amino & # x003b1 de um aminoácido e o grupo carboxila & # x003b1 de um segundo (Figura 2.15). Os polipeptídeos são cadeias lineares de aminoácidos, geralmente com centenas ou milhares de aminoácidos de comprimento. Cada cadeia polipeptídica tem duas extremidades distintas, uma terminando em um grupo amino & # x003b1 (o terminal amino ou N) e a outra em um grupo carboxila & # x003b1 (o terminal carboxi ou C). Os polipeptídeos são sintetizados do terminal amino para o carboxi, e a sequência de aminoácidos em um polipeptídeo é escrita (por convenção) na mesma ordem.

Figura 2.15

Formação de uma ligação peptídica. O grupo carboxila de um aminoácido está ligado ao grupo amino de um segundo.

A característica definidora das proteínas é que elas são polipeptídeos com sequências de aminoácidos específicas. Em 1953, Frederick Sanger foi o primeiro a determinar a seqüência completa de aminoácidos de uma proteína, o hormônio insulina. Descobriu-se que a insulina consiste em duas cadeias polipeptídicas, unidas por ligações dissulfeto entre resíduos de cisteína (Figura 2.16). Mais importante, o experimento de Sanger revelou que cada proteína consiste em uma sequência de aminoácidos específica. As proteínas são atualmente sequenciadas usando métodos automatizados e as sequências de aminoácidos completas de mais de 100.000 proteínas são agora conhecidas. Cada um consiste em uma sequência única de aminoácidos, determinada pela ordem dos nucleotídeos em um gene (consulte o Capítulo 3).

Figura 2.16

Sequência de aminoácidos da insulina. A insulina consiste em duas cadeias polipeptídicas, uma de 21 e outra de 30 aminoácidos (indicados aqui por seus códigos de uma letra). As cadeias laterais de três pares de resíduos de cisteína são unidas por ligações dissulfeto, duas de (mais.)

A sequência de aminoácidos de uma proteína é apenas o primeiro elemento de sua estrutura. Em vez de serem cadeias estendidas de aminoácidos, as proteínas adotam conformações tridimensionais distintas que são críticas para sua função. Essas conformações tridimensionais de proteínas são o resultado de interações entre seus aminoácidos constituintes, portanto, as formas das proteínas são determinadas por suas sequências de aminoácidos. Isso foi demonstrado pela primeira vez por experimentos de Christian Anfinsen nos quais ele interrompeu as estruturas tridimensionais das proteínas por tratamentos, como aquecimento, que quebram ligações não covalentes & # x02014 um processo chamado desnaturação (Figura 2.17). Após a incubação em condições mais suaves, tais proteínas desnaturadas muitas vezes voltaram espontaneamente às suas conformações nativas, indicando que essas conformações foram determinadas diretamente pela sequência de aminoácidos.

Figura 2.17

Desnaturação e redobramento de proteínas. Ribonuclease (RNase) é uma proteína de 124 aminoácidos (indicados por números). A proteína é normalmente dobrada em sua conformação nativa, que contém quatro ligações dissulfeto (indicadas como círculos emparelhados que representam (mais).

A estrutura tridimensional das proteínas é mais frequentemente analisada por cristalografia de raios X, uma técnica de alta resolução que pode determinar o arranjo de átomos individuais dentro de uma molécula. Um feixe de raios X é direcionado aos cristais da proteína a ser analisada, e o padrão dos raios X que passam pelo cristal da proteína é detectado no filme de raios-X. Conforme os raios X atingem o cristal, eles são espalhados em padrões característicos determinados pelo arranjo dos átomos na molécula. A estrutura da molécula pode, portanto, ser deduzida do padrão de raios X dispersos (o padrão de difração).

Em 1958, John Kendrew foi o primeiro a determinar a estrutura tridimensional de uma proteína, a mioglobina & # x02014 uma proteína relativamente simples de 153 aminoácidos (Figura 2.18). Desde então, as estruturas tridimensionais de vários milhares de proteínas foram analisadas. A maioria, como a mioglobina, são proteínas globulares com cadeias polipeptídicas dobradas em estruturas compactas, embora algumas (como as proteínas estruturais dos tecidos conjuntivos) sejam longas moléculas fibrosas. A análise das estruturas tridimensionais dessas proteínas revelou vários princípios básicos que governam o enovelamento das proteínas, embora a estrutura da proteína seja tão complexa que prever a estrutura tridimensional de uma proteína diretamente de sua sequência de aminoácidos é impossível.

Figura 2.18

Estrutura tridimensional da mioglobina. A mioglobina é uma proteína de 153 aminoácidos envolvida no transporte de oxigênio. A cadeia polipeptídica é dobrada em torno de um grupo heme que serve como local de ligação ao oxigênio.

A estrutura da proteína é geralmente descrita como tendo quatro níveis. A estrutura primária de uma proteína é a sequência de aminoácidos em sua cadeia polipeptídica. A estrutura secundária é o arranjo regular de aminoácidos em regiões localizadas do polipeptídeo. Dois tipos de estrutura secundária, que foram propostos pela primeira vez por Linus Pauling e Robert Corey em 1951, são particularmente comuns: a hélice & # x003b1 e a folha & # x003b2. Ambas as estruturas secundárias são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre os grupos CO e NH de ligações peptídicas. Uma hélice & # x003b1 é formada quando uma região de uma cadeia polipeptídica se enrola em torno de si mesma, com o grupo CO de uma ligação peptídica formando uma ligação de hidrogênio com o grupo NH de uma ligação peptídica localizada quatro resíduos a jusante na cadeia polipeptídica linear (Figura 2.19 ) Em contraste, uma folha & # x003b2 é formada quando duas partes de uma cadeia polipeptídica ficam lado a lado com ligações de hidrogênio entre elas. Essas folhas & # x003b2 podem ser formadas entre várias fitas polipeptídicas, que podem ser orientadas paralelas ou antiparalelas umas às outras.

Figura 2.19

Estrutura secundária de proteínas. Os tipos mais comuns de estrutura secundária são a hélice & # x003b1 e a folha & # x003b2. Em uma hélice & # x003b1, ligações de hidrogênio se formam entre os grupos CO e NH de ligações peptídicas separadas por quatro resíduos de aminoácidos. (mais. )

A estrutura terciária é o dobramento da cadeia polipeptídica como resultado de interações entre as cadeias laterais de aminoácidos que se encontram em diferentes regiões da sequência primária (Figura 2.20). Na maioria das proteínas, combinações de hélices & # x003b1 e folhas & # x003b2, conectadas por regiões de loop da cadeia polipeptídica, dobram-se em estruturas globulares compactas chamadas domínios, que são as unidades básicas da estrutura terciária. Proteínas pequenas, como a ribonuclease ou a mioglobina, contêm apenas um único domínio. As proteínas maiores podem conter vários domínios diferentes, frequentemente associados a funções distintas.

Figura 2.20

Estrutura terciária da ribonuclease. Regiões de estruturas secundárias de & # x003b1-hélice e & # x003b2-folha, conectadas por regiões de loop, são dobradas na conformação nativa da proteína. Nesta representação esquemática da cadeia polipeptídica como um (mais.)

Um determinante crítico da estrutura terciária é a localização de aminoácidos hidrofóbicos no interior da proteína e de aminoácidos hidrofílicos na superfície, onde interagem com a água. Os interiores das proteínas dobradas, portanto, consistem principalmente de aminoácidos hidrofóbicos dispostos em hélices & # x003b1 e folhas & # x003b2 essas estruturas secundárias são encontradas nos núcleos hidrofóbicos das proteínas porque a ligação de hidrogênio neutraliza o caráter polar dos grupos CO e NH do polipeptídeo espinha dorsal. As regiões de loop que conectam os elementos da estrutura secundária são encontradas na superfície das proteínas dobradas, onde os componentes polares das ligações peptídicas formam ligações de hidrogênio com água ou com as cadeias laterais polares de aminoácidos hidrofílicos. As interações entre as cadeias laterais de aminoácidos polares (ligações de hidrogênio e ligações iônicas) na superfície da proteína também são determinantes importantes da estrutura terciária. Além disso, as ligações dissulfeto covalentes entre os grupos sulfidrila de resíduos de cisteína estabilizam as estruturas dobradas de muitas proteínas da superfície celular ou secretadas.

O quarto nível da estrutura da proteína, a estrutura quaternária, consiste nas interações entre diferentes cadeias polipeptídicas em proteínas compostas por mais de um polipeptídeo. A hemoglobina, por exemplo, é composta de quatro cadeias polipeptídicas mantidas juntas pelos mesmos tipos de interações que mantêm a estrutura terciária (Figura 2.21).

Figura 2.21

Estrutura quaternária da hemoglobina. A hemoglobina é composta por quatro cadeias polipeptídicas, cada uma das quais ligada a um grupo heme. As duas cadeias & # x003b1 e as duas cadeias & # x003b2 são idênticas.

As características químicas distintas dos 20 aminoácidos diferentes, portanto, levam a uma variação considerável nas conformações tridimensionais das proteínas dobradas. Consequentemente, as proteínas constituem um grupo extremamente complexo e diversificado de macromoléculas, adequadas para a ampla variedade de tarefas que desempenham na biologia celular.

Experiência chave: o dobramento das cadeias polipeptídicas.

Por acordo com a editora, este livro pode ser acessado pelo recurso de pesquisa, mas não pode ser navegado.


Resumo

A deposição de gordura de armazenamento na forma de triacilglicerol (TAG) é uma estratégia conservada evolutivamente para lidar com as flutuações na disponibilidade de energia e estresse metabólico. O armazenamento de TAG do organismo em tecidos adiposos especializados fornece aos animais uma reserva metabólica que sustenta a sobrevivência durante o desenvolvimento e a inanição. Por outro lado, o acúmulo excessivo de TAG adiposo, definido como obesidade, está associado ao aumento da prevalência de doenças metabólicas humanas. Durante a última década, a mosca-das-frutas Drosophila melanogaster, tradicionalmente usado em genética e biologia do desenvolvimento, foi estabelecido como um sistema modelo versátil para estudar o metabolismo de TAG e a etiologia de doenças metabólicas associadas a lipídios. Semelhante aos humanos, Drosófila A homeostase do TAG depende da interação de sistemas de órgãos especializados na captação, síntese e processamento de lipídios, que são integrados por uma rede endócrina de hormônios e moléculas mensageiras. Enzymatic formation of TAG from sugar or dietary lipid, its storage in lipid droplets, and its mobilization by lipolysis occur via mechanisms largely conserved between Drosófila and humans. Notably, dysfunctional Drosófila TAG homeostasis occurs in the context of aging, overnutrition, or defective gene function, and entails tissue-specific and organismal pathologies that resemble human disease. In this review, we summarize the physiology and biochemistry of TAG in Drosófila and outline the potential of this organism as a model system to understand the genetic and dietary basis of TAG storage and TAG-related metabolic disorders.


Finkel, T. The metabolic regulation of aging. Nat. Med. 21, 1416–1423 (2015).

Imai, S. & Guarente, L. NAD + and sirtuins in aging and disease. Trends Cell Biol. 24, 464–471 (2014).

Johnson, S. C., Rabinovitch, P. S. & Kaeberlein, M . mTOR is a key modulator of ageing and age-related disease. Natureza 493, 338–345 (2013).

Yoshino, J., Mills, K. F., Yoon, M. J. & Imai, S. Nicotinamide mononucleotide, a key NAD + intermediate, treats the pathophysiology of diet- and age-induced diabetes in mice. Cell Metab. 14, 528–536 (2011).

Kenyon, C., Chang, J., Gensch, E., Rudner, A. & Tabtiang, R . A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type. Natureza 366, 461–464 (1993).

Hamilton, B. et al. A systematic RNAi screen for longevity genes in C. elegans. Genes Dev. 19, 1544–1555 (2005).

Garigan, D. et al. Genetic analysis of tissue aging in Caenorhabditis elegans: a role for heat-shock factor and bacterial proliferation. Genética 161, 1101–1112 (2002).

Evason, K., Huang, C., Yamben, I., Covey, D. F. & Kornfeld, K. Anticonvulsant medications extend worm life-span. Ciência 307, 258–262 (2005).

Petrascheck, M., Ye, X. & Buck, L. B. An antidepressant that extends lifespan in adult Caenorhabditis elegans. Natureza 450, 553–556 (2007).

Bachovchin, D. A. et al. Superfamily-wide portrait of serine hydrolase inhibition achieved by library-versus-library screening. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 107, 20941–20946 (2010).

Backus, K. M. et al. Proteome-wide covalent ligand discovery in native biological systems. Natureza 534, 570–574 (2016).

Grüner, B. M. et al. An in vivo multiplexed small-molecule screening platform. Nat. Métodos 13, 883–889 (2016).

Roberts, A. M. et al. Chemoproteomic screening of covalent ligands reveals UBA5 as a novel pancreatic cancer target. ACS Chem. Biol. 12, 899–904 (2017).

Hsu, K. L. et al. DAGLβ inhibition perturbs a lipid network involved in macrophage inflammatory responses. Nat. Chem. Biol. 8, 999–1007 (2012).

Cognetta, A. B. et al. Selective N-hydroxyhydantoin carbamate inhibitors of mammalian serine hydrolases. Chem. Biol. 22, 928–937 (2015).

Liu, Y., Patricelli, M. P. & Cravatt, B. F. Activity-based protein profiling: the serine hydrolases. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 96, 14694–14699 (1999).

Niphakis, M. J. & Cravatt, B. F. Enzyme inhibitor discovery by activity-based protein profiling. Annu. Rev. Biochem. 83, 341–377 (2014).

Lucanic, M. et al. N-acylethanolamine signalling mediates the effect of diet on lifespan in Caenorhabditis elegans. Natureza 473, 226–229 (2011).

Lin, Y. H. et al. Diacylglycerol lipase regulates lifespan and oxidative stress response by inversely modulating TOR signaling in Drosófila e C. elegans. Célula de Envelhecimento 13, 755–764 (2014).

Wang, M. C., O’Rourke, E. J. & Ruvkun, G. Fat metabolism links germline stem cells and longevity in C. elegans. Ciência 322, 957–960 (2008).

Folick, A. et al. Aging. Lysosomal signaling molecules regulate longevity in Caenorhabditis elegans. Ciência 347, 83–86 (2015).

Rangaraju, S. et al. Suppression of transcriptional drift extends C. elegans lifespan by postponing the onset of mortality. eLife 4, e08833 (2015).

Adibekian, A. et al. Click-generated triazole ureas as ultrapotent in vivo-active serine hydrolase inhibitors. Nat. Chem. Biol. 7, 469–478 (2011).

Chang, J. W., Cognetta, A. B. III, Niphakis, M. J. & Cravatt, B. F. Proteome-wide reactivity profiling identifies diverse carbamate chemotypes tuned for serine hydrolase inhibition. ACS Chem. Biol. 8, 1590–1599 (2013).

Kamat, S. S. et al. Immunomodulatory lysophosphatidylserines are regulated by ABHD16A and ABHD12 interplay. Nat. Chem. Biol. 11, 164–171 (2015).

Arantes-Oliveira, N., Apfeld, J., Dillin, A. & Kenyon, C. Regulation of life-span by germ-line stem cells in Caenorhabditis elegans. Ciência 295, 502–505 (2002).

Long, J. Z. et al. Selective blockade of 2-arachidonoylglycerol hydrolysis produces cannabinoid behavioral effects. Nat. Chem. Biol. 5, 37–44 (2009).

Grabner, G. F., Zimmermann, R., Schicho, R. & Taschler, U. Monoglyceride lipase as a drug target: at the crossroads of arachidonic acid metabolism and endocannabinoid signaling. Pharmacol. Ther. 175, 35–46 (2017).

Kathuria, S. et al. Modulation of anxiety through blockade of anandamide hydrolysis. Nat. Med. 9, 76–81 (2003).

Shin, S. et al. Characterization of a novel Ser-cisSer-Lys catalytic triad in comparison with the classical Ser-His-Asp triad. J. Biol. Chem. 278, 24937–24943 (2003).

Cravatt, B. F. et al. Molecular characterization of an enzyme that degrades neuromodulatory fatty-acid amides. Natureza 384, 83–87 (1996).

Giang, D. K. & Cravatt, B. F. Molecular characterization of human and mouse fatty acid amide hydrolases. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 94, 2238–2242 (1997).

Curnow, A. W. et al. Glu-tRNAGln amidotransferase: a novel heterotrimeric enzyme required for correct decoding of glutamine codons during translation. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 94, 11819–11826 (1997).

Chang, J. W. et al. Highly selective inhibitors of monoacylglycerol lipase bearing a reactive group that is bioisosteric with endocannabinoid substrates. Chem. Biol. 19, 579–588 (2012).

Dai, D. F., Chiao, Y. A., Marcinek, D. J., Szeto, H. H. & Rabinovitch, P. S. Mitochondrial oxidative stress in aging and healthspan. Longev. Healthspan 3, 6 (2014).

Greer, E. L. & Brunet, A. Different dietary restriction regimens extend lifespan by both independent and overlapping genetic pathways in C. elegans. Célula de Envelhecimento 8, 113–127 (2009).

Altenhoff, A. M. et al. The OMA orthology database in 2018: retrieving evolutionary relationships among all domains of life through richer web and programmatic interfaces. Nucleic Acids Res. 46, D477–D485 (2017).

Dolinski, K. & Botstein, D. Orthology and functional conservation in eukaryotes. Annu. Rev. Genet. 41, 465–507 (2007).

Omelchenko, M. V., Galperin, M. Y., Wolf, Y. I. & Koonin, E. V. Non-homologous isofunctional enzymes: a systematic analysis of alternative solutions in enzyme evolution. Biol. Direto 5, 31 (2010).

Bandyopadhyay, S., Sharan, R. & Ideker, T. Systematic identification of functional orthologs based on protein network comparison. Genome Res. 16, 428–435 (2006).

Kurnasov, O. et al. NAD biosynthesis: identification of the tryptophan to quinolinate pathway in bacteria. Chem. Biol. 10, 1195–1204 (2003).

Martell, J. et al. Global cysteine-reactivity profiling during impaired insulin/IGF-1 signaling in C. elegans identifies uncharacterized mediators of longevity. Cell Chem. Biol. 23, 955–966 (2016).

Han, S. et al. Mono-unsaturated fatty acids link H3K4me3 modifiers to C. elegans vida útil. Natureza 544, 185–190 (2017).

O’Rourke, E. J., Kuballa, P., Xavier, R. & Ruvkun, G. ω-6 Polyunsaturated fatty acids extend life span through the activation of autophagy. Genes Dev. 27, 429–440 (2013).

Shmookler Reis, R. J. et al. Modulation of lipid biosynthesis contributes to stress resistance and longevity of C. elegans mutantes. Aging (Albany NY) 3, 125–147 (2011).

Oakes, M. D., Law, W. J., Clark, T., Bamber, B. A. & Komuniecki, R. Cannabinoids activate monoaminergic signaling to modulate key C. elegans comportamentos. J. Neurosci. 37, 2859–2869 (2017).

Ogasawara, D. et al. Rapid and profound rewiring of brain lipid signaling networks by acute diacylglycerol lipase inhibition. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 113, 26–33 (2016).

Fagan, S. G. & Campbell, V. A. The influence of cannabinoids on generic traits of neurodegeneration. Br. J. Pharmacol. 171, 1347–1360 (2014).

Bilkei-Gorzo, A. The endocannabinoid system in normal and pathological brain ageing. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 367, 3326–3341 (2012).

Piyanova, A. et al. Age-related changes in the endocannabinoid system in the mouse hippocampus. Mech. Ageing Dev. 150, 55–64 (2015).

Paix, A., Folkmann, A., Rasoloson, D. & Seydoux, G. High efficiency, homology-directed genome editing in Caenorhabditis elegans using CRISPR-Cas9 ribonucleoprotein complexes. Genética 201, 47–54 (2015).

Rangaraju, S., Solis, G. M. & Petrascheck, M. High-throughput small-molecule screening in Caenorhabditis elegans. Methods Mol. Biol. 1263, 139–155 (2015).

Hulce, J. J., Cognetta, A. B., Niphakis, M. J., Tully, S. E. & Cravatt, B. F. Proteome-wide mapping of cholesterol-interacting proteins in mammalian cells. Nat. Métodos 10, 259–264 (2013).

Rostovtsev, V. V., Green, L. G., Fokin, V. V. & Sharpless, K. B. A stepwise huisgen cycloaddition process: copper(i)-catalyzed regioselective “ligation” of azides and terminal alkynes. Angew.Chem. Int. Edn Engl. 41, 2596–2599 (2002).

Weerapana, E. et al. O perfil de reatividade quantitativo prediz cisteínas funcionais em proteomas. Natureza 468, 790–795 (2010).

Solis, G. M. et al. Translation attenuation by minocycline enhances longevity and proteostasis in old post-stress-responsive organisms. eLife 7, e40314 (2018).

Jessani, N. et al. A streamlined platform for high-content functional proteomics of primary human specimens. Nat. Métodos 2, 691–697 (2005).

Gomez-Amaro, R. L. et al. Measuring food intake and nutrient absorption in Caenorhabditis elegans. Genética 200, 443–454 (2015).

Bar-Peled, L. et al. A Tumor suppressor complex with GAP activity for the Rag GTPases that signal amino acid sufficiency to mTORC1. Ciência 340, 1100–1106 (2013).

Patricelli, M. P., Giang, D. K., Stamp, L. M. & Burbaum, J. J. Direct visualization of serine hydrolase activities in complex proteomes using fluorescent active site-directed probes. Proteomics 1, 1067–1071 (2001).


5. Conclusão

The field of lipidomics has made rapid progress on many fronts over the past two decades although it has still to achieve the same level of advancement and knowledge as genomics and proteomics. The diversity of lipid chemical structures presents a challenge both from the experimental and informatics standpoints. The need for a robust, scalable bioinformatics infrastructure is high at a number of different levels: (a) establishment of a globally accepted classification system, creation of databases of lipid structures, lipid-related genes and proteins, (c) efficient analysis of experimental data, (d) efficient management of metadata and protocols, (e) integration of experimental data and existing knowledge into metabolic and signaling pathways, (f) development of informatics software for efficient searching, display and analysis of lipidomic data. The study of mammalian lipdomes has been complemented in recent years by comprehensive lipidomic analyses of yeast, mycobacteria, archaebacteria and plants, each with its own set of challenges and insights which will need to be addressed by collaborative efforts between biology, chemistry and bioinformatics.


Assista o vídeo: Biomolecules Updated (Junho 2022).


Comentários:

  1. Iasius

    Não me serve muito bem.

  2. Marsilius

    Eu acho que você não está certo. Eu posso defender a posição. Escreva para mim em PM, vamos discutir.

  3. Danil

    Acho que isso é um delírio. Eu posso provar.

  4. Goshakar

    Eu acho que você não está certo. Tenho certeza. Eu posso provar. Escreva em PM.

  5. Gesnes

    Na minha opinião, você está cometendo um erro. Eu posso provar. Envie-me um e-mail para PM, vamos discutir.

  6. Morvyn

    Fascinating question

  7. Kagore

    Essa opinião divertida

  8. Deen

    Tudo fica como um relógio.

  9. Chibale

    Esta frase muito boa tem que ser precisamente de propósito



Escreve uma mensagem