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PROTEÍNAS

 

13/03/2009

Autor e Coautor(es)
Alline Braga Silva
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SAO CARLOS - SP Universidade Federal de São Carlos

Ivã de Haro Moreno

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Biologia Identidade dos seres vivos
Ensino Médio Biologia Diversidade da vida e hereditariedade
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
Esta aula destaca a importância das proteínas para a vida, descrevendo sua estrutura e funções, inclusive o seu papel no controle da produção e expressão do material genético. Nesse contexto, também é destacado o termo autopoiese.
Duração das atividades
1 aula de 50 min
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Estratégias e recursos da aula

 

## Professor, você pode começar essa aula indagando quais são as moléculas orgânicas ou nutrientes necessários para a sobrevivência dos seres vivos. Surgindo o comentário das proteínas, pode-se perguntar por que tais moléculas são importantes. Deve-se tomar o cuidado para que os alunos não pensem que as proteínas ingeridas executam as funções determinadas pelo  organismo que as ingeriu. Diga-lhes que as proteínas são digeridas em aminoácidos que são utilizados pelo organismo para formar novas proteína ##


Geralmente, ao se ensinar moléculas orgânicas aos alunos, proteínas, carboidratos e lipídeos são abordados em um mesmo grupo de moléculas: aquele que desempenha as funções programadas pelo código genético ou que é necessário para a execução dessas funções. Por isso, muitas vezes consideramos as proteínas apenas como "tijolinhos da vida", focando na sua função constitutiva. Porém, as proteínas estão mais interligadas ao DNA que às demais moléculas, pois também regulam a produção e expressão desse.

 ## Para que isso fique claro aos alunos, liste na lousa todas as funções das proteínas que eles falaram e depois acrescente, se necessário, a função de regulação e produção do DNA, dando-lhe um destaque (seja por meio de cores diferentes, tamanho da letra, etc) ##

## Se preferir, antes de acrescentar essa função, pode perguntar como surgem tantas células com funções distintas em um organismo que se iniciou a partir de uma única célula. Se o DNA é o mesmo em todas as células, como elas são diferentes? ##


PROTEÍNAS PRODUZEM DNA

Para compreender essa aula, é necessário primeiro entender o que é "autopoiese". Esse termo foi concebido para designar a capacidade dos seres vivos de produzirem a si próprios. Segundo essa teoria, um ser vivo é um sistema autopoiético, caracterizado como uma rede fechada de produções moleculares (processos), onde as moléculas produzidas geram com suas interações a mesma rede de moléculas que as produziu. E é dessa forma que as proteínas se relacionam com o material genético. Os ácidos nucléicos participam da formação das proteínas que, por sua vez, participam da formação de ácidos nucléicos. Essa é a circularidade dos processos biológicos. É importante notar a importância do citoplasma (que contém as proteínas) no processo de regulação da expressão gênica.

 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1599/imagens/autopoiese.jpg

Figura 1: Circularidade da produção de DNA e proteínas

## Para que os alunos compreendam autopoiese, antes de defini-la pergunte-lhes  qual ou quais moléculas são importantes para a manutenção e diversidade da vida.  É provável que eles respondam DNA e RNA e se esqueçam das proteínas. Então, mostre-lhes que sem as proteínas não há produção de DNA e que sem DNA não há produção de proteínas. Utilize a figura acima para isso ##

 

Como as proteínas regulam a produção e a expressão do DNA?

A replicação do DNA não está isenta de proteínas. Na molécula de DNA existem sítios de reconhecimento de proteínas envolvidas na iniciação e no término da replicação. O número de cópias do DNA é ajustado pela ação das proteínas.

Em relação à expressão gênica, as proteínas a controlam em nível de transcrição, tradução e pós-tradução. Em nível de transcrição, proteínas reguladoras inibem ou ativam a transcrição do mRNA. Posteriormente, pode ocorrer o controle da tradução. Quando essa é inibida, não há a formação da proteína codificada na seqüência de bases do mRNA. Às vezes, a tradução só se inicia na presença de outras proteínas, que ativam esse processo. E por fim, mesmo após a síntese da proteína, a atividade dessa pode ser regulada por meio do controle do transporte, do processamento e da degradação da mesma.  Dessa forma, os genes podem se expressar de formas diferentes ou em tempos distintos, dependendo de quais fatores controladores estão presentes. Portanto, isso possibilita o surgimento de uma maior diversidade de células, tecidos e formas de vida.
 

É importante notar que a regulação da expressão gênica ocorre tanto em procariotos quanto em eucariotos. Porém, existe uma diferença fundamental entre esses dois grupos. Em eucariotos, a membrana nuclear proporciona a separação física de dois ambientes, sendo que os ribossomos, responsáveis pela tradução, estão de um lado do envoltório nuclear e o DNA e as RNA polimerases, necessárias para a transcrição, estão no outro lado. Entre a transcrição e a tradução, o RNA transcrito precisa ser processado de modo que possa passar através do envoltório nuclear. Regulando quais mRNAs podem passar para o citoplasma, a célula é capaz de selecionar as mensagens recém sintetizadas que serão traduzidas. Isso permitiu que houvesse uma maior diferenciação celular, já que os tempos de transcrição e tradução também podem ser controlados. Já nos procariotos, a transcrição e a tradução ocorrem simultaneamente (Para mais informações, veja a aula "A origem da célula eucariótica").
 

## Exemplifique a importância do citoplasma e das proteínas na regulação da expressão do DNA com a diferenciação celular durante do desenvolvimento embrionário. Aproveite o momento para falar que fatores externos, como poluição, uso de cigarros e outras drogas, exposição a condições ambientais distintas influenciam no citoplasma, que por consequência interfere nas proteínas, interferindo na regulação da expressão gênica ##

O papel das proteínas na regulação da expressão gênica pode ser evidenciado na diferenciação de células totipotentes durante o desenvolvimento embrionário. Embora as células apresentem o mesmo material genético, diferentes genes se expressam de acordo com os sinais de indução que recebem.

 

 http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1599/imagens/diferenciacao.jpg

 

TAMANHO DAS PROTEÍNAS

As proteínas são moléculas grandes, porém quando comparadas a outras moléculas, como a água ou  uma molécula de glicose. No entanto, quando comparadas às células, são estruturas bem pequenas. Para se ter noção, a bactéria Escherchia coli , tem comprimento igual a 2 μm, uma célula muscular (miócito) tem diâmetro igual a 50 μm e uma proteína, como a actina, tem diâmetro de 3,6 nm, que é equivalente a 0,0036 μm.

A bactéria E.coli apresenta um volume de aproximadamente 1μm3, e nesse volume cabem, aproximadamente, 5 bilhões de moléculas de actina. Já uma célula muscular apresenta um volume aproximado de 65416 μm3, sendo capaz de comportar cerca de 335 trilhões de moléculas de actina. Ou seja, as proteínas são pequenas quando comparadas a células tanto procarióticas como eucarióticas.

## É importante conferir a dimensão desses tamanhos aos alunos para que esses não pensem que as proteínas (diante do tamanho da sua cadeia, da sua forma e complexidade de funções) são maiores que uma célula, mesmo sendo essa uma célula procariótica. Além disso, ao se ter uma noção da dimensão das estruturas, é possível entender que dentro de uma célula (mesmo que seja a menor) ocorrem várias reações bioquímicas mediadas por moléculas orgânicas, como proteínas, lipídeos e carboidratos. Para isso, pode-se mostrar a figura de um mapa metabólico e dizer que todas aquelas moléculas e reações estão presentes dentro de uma célula (por menor que seja) ##

 

DO QUE AS PROTEÍNAS SÃO FORMADAS?

Todas as proteínas, sejam das mais antigas linhagens de bactérias ou das formas de vida mais complexas, são construídas com o mesmo conjunto de 20 aminoácidos, unidos covalentemente em sequências características.

Os aminoácidos são moléculas orgânicas formadas por um carbono ligado a um grupo amino, a um grupo carboxila, a um átomo de hidrogênio e a uma cadeia lateral, ou radical R. Um aminoácido se diferencia um do outro devido à esse radical, que é variável.


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Como os aminoácidos se ligam?

Os aminoácidos se ligam por meio da ligação peptídica. A ligação peptídica é uma ligação química que ocorre entre duas moléculas quando o grupo carboxilo de uma molécula reage com o grupo amina de outra molécula, liberando uma molécula de água.

 

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                Figura 2: Reação química para a formação da ligação peptídica

 

ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS

 

## ATIVIDADE: Utilize bolinhas de isopor (aminoácidos) e palitos de dentes (ligações entre os aminoácidos) para que se possa representar a estrutura primária. Para isso, encaixe as bolinhas e os palitos de forma linear. Depois, para representar a estrutura secundária, mostre que os aminoácidos podem se dispor em planos distintos, inclinando os palitos (cada um para um lado), ou seja, dando uma nova conformação às ligações. Dessa forma, a proteína formada por aminoácidos com ligações entre si (bolinhas e palitos) não mais apresentará uma forma linear. Utilize também a animação abaixo para mostrar todas as estruturas, incluindo a terciária e a quaternária. Ao finalizar a apresentação dessa complexidade, lembre-se de falar de novo da escala de proteínas (quantas podem estar dentro de uma bactéria?) ##

 

Conhecer a estrutura das proteínas é importante não apenas para entender como elas são formadas quimicamente, mas sim porque sua estrutura confere sua função. A sua atividade biológica depende de sua forma. Muitas vezes, quando as proteínas são aquecidas a elevadas temperaturas, algumas interações químicas são rompidas e essas moléculas perdem sua forma. Dessa forma, também deixam de desempenhar sua função. Esse processo é chamado de desnaturação.

  • Primária: é dada pela sequência de aminoácidos que se ligam por meio das ligações peptídicas, havendo uma extremidade aminoterminal e outra carboxi terminal. Essa sequência é determinada geneticamente.
  • Secundária: é dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na seqüência primária da proteína. Existem dois tipos principais de arranjos secundários: folha-beta e alfa-hélice.
  • Terciária: resulta do enrolamento da hélice ou da folha pregueada, sendo mantido por pontes de hidrogênio e dissulfeto. Esta estrutura confere a actividade biológica às proteínas.
  • Quaternária: é a estrutura tridimensional de proteínas que possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas.

 

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OUTRAS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS

## Retome, nesse momento, as respostas dos alunos à pergunta inicial (Para que as proteínas são importantes?) e aproveite para detalhar melhor cada função e novamente reforçar a relação com o DNA, antes dos lipídeos e carboidratos, costumeiramente associados a elas ##

As proteínas podem desempenhar diversas funções, sendo uma delas a já mencionada regulação da expressão gênica. Outras de suas funções importantes estão listadas abaixo.

  • Enzimática: algumas proteínas funcionam como catalisadores biológicos, que são moléculas que aumentam a velocidade de uma reação, diminuindo a energia de ativação. Outra característica dos catalisadores é que eles não são consumidos durante a reação. As enzimas são altamente específicas, havendo uma região de reconhecimento do substrato envolvido na reação à qual ela participa.
  • Transporte: essas proteínas se ligam e transportam especificamente moléculas ou íons de um órgão para o outro. Exemplo: hemoglobina. Há também proteínas transportadoras na membrana celular, que transportam glicose, aminoácidos e outros nutrientes para dentro das células através da membrana.
  • Proteínas nutrientes e de reserva: são proteínas com alto teor nutritivo. Exemplos: ovoalbumina, presente na clara do ovo; caseína, no leite.
  • Estrutural: muitas proteínas servem como filamentos, cabos ou lâminas para dar firmeza ou proteção a estruturas biológicas. Exemplos: colágeno nas cartilagens e tendões; queratina nos cabelos.
  • Defesa: defendem os organismos da invasão de outras espécies ou contra lesões. Exemplo: imunoglobulinas ou anticorpos.
  • Hormonal: ajudam a regular a atividade celular ou fisiológica. Exemplo: insulina, hormônio do crescimento e hormônio paratireóideo.

 

DIVERSIDADE DAS PROTEÍNAS

Assim como existem milhares de genes no núcleo celular, cada um especificando uma característica distintiva do organismo, existem, correspondentemente, milhares de proteínas diferentes na célula, cada uma executando uma função específica. Com isso, podemos perceber que existe uma diversidade muito grande de proteínas (veja figuras a seguir para exemplificar). No entanto, existem proteínas, que mesmo em espécies diferentes, apresentam uma mesma função, apresentando pequenas diferenças estruturais entre si. Essas proteínas são chamadas de homólogas e evidenciam o parentesco evolutivo entre as distintas espécies,  indicando a presença de um ancestral comum.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1599/imagens/anticorpo2.jpg                  http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1599/imagens/Hemoglobin.jpg

Figura 3: Estrutura de uma imunoglobulina                    Figura 4: Estrutura de uma hemoglobina, com suas quatro cadeias

 

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 Figura 5: Estrutura fibrosa do colágeno, com sua tripla hélice

 


 

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Avaliação
Essa aula pode ser avaliada por meio de um questionário, com perguntas a respeito das funções das proteínas. É importante observar se o aluno, ao redigir as respostas, enfatizam a função de regulação da produção e expressão do DNA.
Opinião de quem acessou

Quatro estrelas 6 classificações

  • Cinco estrelas 5/6 - 83.33%
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Opiniões

  • Henrique A., ... , Ceará - disse:
    henrynet17@gmail.com

    10/04/2014

    Cinco estrelas

    Perfeito! Essa aula me salvou.


  • mariza lopes, Universidade Federal do Rio Grande do Norte , Rio Grande do Norte - disse:
    mariza_gothich@hotmail.com

    26/02/2014

    Cinco estrelas

    Muiito interessante a aula,dinâmica, com linguagem acessível, e bem esclarecida, aplicada em sala de aula com certeza mostra resultados positivos.


  • Alan, CETN , Bahia - disse:
    alan_tnlan@hotmail.com

    03/06/2013

    Cinco estrelas

    Nossa adorei o site, mais gostaria de saber com urgência se tem como eu baixar o aplicativo mostrando a tabela sobre as estruturas das proteínas.


  • Rocheli Sousa, EEEP RITA AGUIAR BARBOSA , Ceará - disse:
    rochelisousa2009@gmail.com

    15/05/2013

    Quatro estrelas

    Gostei muito, e me ajudou também a tirara algumas duvidas.


  • Marci sousa, Ms , Sergipe - disse:
    marcims_sousa@hotmail.com

    20/03/2013

    Cinco estrelas

    Achei o materia bastante completo e instrutivo, me ajudou muito.


  • josiane, universidade federal de rondonia , Rondônia - disse:
    josi-gane@hotmail.com

    27/05/2012

    Cinco estrelas

    Sou uma futura professora e adorei esta aula, bem dinamica, com estes exemplos da de entender melhor.


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