O que são polímeros de proteínas e onde são usados?

Os polímeros são substâncias especiais que os cientistas chamam com razão de pináculo da evolução da natureza inanimada, pois foram eles que lançaram as bases para a vida no planeta Terra. Essas substâncias se distinguem pela grande diversidade em suas propriedades físicas, estrutura, composição química, bem como pela capacidade de mudança. Os polímeros incluem não apenas materiais conhecidos como plástico, mas também polímeros de proteínas, que são o material de construção do corpo humano, vários polissacarídeos (por exemplo, celulose), DNA, nos quais o código de hereditariedade dos seres vivos é programado.

Foi graças ao surgimento de polímeros de proteínas no planeta que a matéria inanimada conseguiu desempenhar funções como auto-reprodução, transmissão de informações hereditárias, reprodução e replicação. Sua capacidade de mudar permite que a natureza faça ajustes no DNA por meio da seleção natural.

O que são polímeros?

É uma grande molécula composta de moléculas menores ligadas entre si por fortes ligações covalentes. Os polímeros podem ser unidimensionais (molécula linear composta por unidades), bidimensionais ou tridimensionais.

Em química inorgânica, a estrutura de muitos minerais de silicato pode ser considerada como polímeros de uma, duas ou três dimensões. Por exemplo, os cialides são uma espécie de "peneira" molecular por onde a água é filtrada antes de entrar nos apartamentos dos prédios residenciais. Cialide é um material tridimensional que se parece com uma rede a céu aberto de unidades de luminossilicato.

Existem dois tipos de polímeros sintéticos: termoplásticos e termofixos. Os termoplásticos (polietileno, poliestireno) são capazes de suportar processamentos repetidos em altas temperaturas, pois o aquecimento não altera sua estrutura. Quando aquecidos, os termofixos perdem sua estrutura original, que não pode mais ser restaurada. 

Refere-se a polímeros e plásticos generalizados, que é uma liga de vários endurecedores, plastificantes, agentes estabilizadores. O escopo dos plásticos é enorme – eles são indispensáveis ​​na engenharia aeronáutica, na odontologia, na indústria espacial e na vida cotidiana.

Polímeros são substâncias orgânicas

Na química orgânica, os polímeros são predominantemente unidimensionais. Essas cadeias orgânicas podem ser desdobradas ou enroladas. Por exemplo, proteínas fibrilares, como o colágeno, que compõem os tendões humanos e um terço de sua massa protéica. O colágeno tem grande força e consiste em cadeias unidimensionais.

Assista a um vídeo sobre o que são polímeros.

Polímeros orgânicos – as proteínas podem ser globulares (cadeia unidimensional enrolada em uma bola – "glóbulo"). No organismo, uma das importantes funções biológicas dos polímeros proteicos é enzimática. As proteínas globulares são um catalisador – dentro de cada uma dessas "bobinas" existem centros especiais com atividade aumentada, onde ocorrem reações químicas, que são aceleradas pela matriz proteica.

Cadeias de proteínas podem ser conectadas por fortes ligações de hidrogênio, que formam fortes estruturas tridimensionais, como queratina, seda ou celulose. A celulose é encontrada na casca de árvores e arbustos e é o polímero sólido mais comum no mundo. O amido é semelhante à celulose, que se dissolve na água e é absorvido pelo corpo humano. Você precisa saber que celulose e amido são a mesma substância química na fórmula, mas diferentes em estrutura.

Em várias moléculas orgânicas de seres vivos, a massa, o tamanho e o número de grupos funcionais são insignificantes. Existem macromoléculas que formam tecidos ou armazenam informações genéticas. Em alguns casos, essas moléculas são polímeros. Por exemplo, carboidratos complexos são polímeros de açúcares elementares. As proteínas são polímeros de aminoácidos, enquanto as moléculas que armazenam o código genético – RNA e DNA – são polímeros de nucleotídeos. 

A composição dos cabelos, penas e lã é baseada na substância queratina, que também é considerada um polímero. Os esqueletos externos dos artrópodes, os representantes mais comuns do reino animal, consistem em um polímero de quitina.

Decifrando a estrutura dos polímeros de proteínas

Agora, é dada especial importância à decifração da estrutura das proteínas. As proteínas têm vários níveis de estruturas:

• primário – uma cadeia direta de blocos monoméricos;
• secundário – pedaços da estrutura da proteína, embalados em unidades padrão (hélices, glóbulos, folhas);
• terciário – uma combinação de várias unidades padrão no espaço;
• quaternário – quando várias moléculas de proteína estão entrelaçadas

Usando o modelo inicial – a estrutura primária da proteína, você pode calcular sua energia mínima. Os pesquisadores observam o que ele se dobra no espaço para garantir a maior estabilidade e, assim, determinar a quantidade de energia mínima.

Uma molécula de proteína comum é muito complexa – consiste em cem aminoácidos e possui um grande número de graus de liberdade. Se um dia a humanidade aprender a prever com precisão e rapidez a estrutura de uma proteína a partir de uma sequência de aminoácidos, isso possibilitará um grande progresso na solução de muitos problemas médicos e biológicos.

Afinal, são as violações na estrutura da proteína que muitas vezes levam a várias doenças. Tais doenças são chamadas de doenças moleculares e vários milhares foram descobertos atualmente. Molecular incluem: doença de Alzheimer, distrofia alimentar, anemia falciforme e muitos outros.

Ao decifrar a estrutura da proteína, podemos entender que tipo de medicamento pode curar essas doenças. Calcular experimentalmente a estrutura de uma proteína é uma tarefa muito difícil e demorada. Se fosse possível precedê-lo teoricamente, permitiria acelerar o progresso da biologia e da medicina.

Foi decifrada a primeira estrutura de uma proteína, cuja molécula contém apenas duas cadeias polipeptídicas (21 e 30 resíduos de aminoácidos, respectivamente). Essa proteína simples era a insulina bovina. Agora, os cientistas são capazes de decifrar a estrutura de apenas pequenas proteínas de 30 a 40 resíduos de aminoácidos e planejam expandi-la para 100 a 200 ao longo do tempo. No momento, essa é a principal tarefa da biologia no mundo.