Bioquímica - Introdução, Aminoácidos e proteínas

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Bioquímica
Água, pH e sistema tampão
—> Íons (sais) + água são importantes para o
equilíbrio hidroelétrico do corpo.
Água
—> A água é a substância mais abundante dos
organismos vivos, correspondendo a 70% ou
mais da sua composição.
—> os primeiros organismos vivos surgiram
certamente no meio aquoso, e o curso da
evolução foi moldado pelas propriedades do meio
aquoso em que a vida teve origem. Houveram
adaptações à vida terrestre, mas somos
constituídos pela maior parte de água.
O corpo humano, então, é constituído 70% de
água.
As perdas diárias desse nível ocorrem:
● respiração - 0,4 litros
● urina - 1,2 litros
● transpiração - 0,6 litros
● evacuação - 0,1 a 0,3 litros
● TOTAL: 2,5 litros
Quanta água precisa se repor por dia:
● beber água - 1,5 litros
● ingerir alimentos - 1 litro
Obs: A quantidade de água que cada organismo
necessita repor depende de suas condições
fisiológicas. Exemplo: um indivíduo com
insuficiência cardíaca não pode beber mais água
do que está acostumado, então, ele
provavelmente precisará repor menos que 1,5
litros por dia, caso contrário, isso poderá
causar prejuízos à sua saúde.
—> as forças atrativas entre moléculas e sua
ligeira tendência em sofrer ionização são
essenciais para estrutura e função das
biomoléculas;
—> as forças não covalentes responsáveis pela
intensidade e especificidade das interações
entre Biomoléculas são condicionadas pela
capacidade de formação de ligações de
hidrogênio entre a água e seus solutos.
Estrutura da água:
—> Devido ao oxigênio ser mais eletronegativo
que o hidrogênio, o átomo de O pega elétrons e
os mantém longe dos átomos de H (atrai os
elétrons para si), Isto dá ao polo da molécula de
água com oxigênio uma carga parcialmente
negativa, enquanto o polo com hidrogênio fica
com uma carga parcialmente positiva.
—> A água é considerada um dipolo por ser
relativamente positiva no lado dos dois
hidrogênios e negativa no lado do oxigênio, e
justamente por ser dipolar, a água é um dos
melhores solventes conhecidos, dissolve muitas
substâncias cristalinas e compostos iônicos porque
sua tendência de se combinar com íons negativos
ou positivos é maior do que a tendência dos íons de
se combinarem entre si. Exemplo: os cristais de NaCl
dissolve-se com facilidade em água porque, apesar de
atração entre o Cl- e o Na+ do cristal, cada um
desses íons é atraído ainda mais fortemente pelo
dipolo da água. Assim, o cristal se rompe formando
os íons hidratados de Cl- e Na+.
—> A água possui uma estrutura encurvada porque o
átomo de oxigênio, além de formar ligações com os
átomos de hidrogênio, também possui dois pares de
elétrons não compartilhados. Todos os pares de
elétrons (compartilhados e não compartilhados) se
repelem. O arranjo mais estável é ângulo entre as
ligações de O - H em torno de 104,5°.
Ligações de hidrogênio na
molécula de água
—> Graças à sua polaridade, as moléculas de água se
atraem facilmente. A extremidade positiva (um
átomo de hidrogênio) se associa com a extremidade
negativa (um átomo de oxigênio).
Essas atrações são um exemplo de ligações de
hidrogênio, interações fracas que se formam entre
um hidrogênio com uma carga positiva parcial e
um átomo mais eletronegativo, tal como oxigênio.
—> Os átomos de hidrogênio envolvidos na ligação
de hidrogênio devem ser anexados a átomos
eletronegativos, como O, N ou F.
Ligações de hidrogênio em
sistemas biológicos
—> o aceptor de hidrogênio é, geralmente, um
oxigênio ou nitrogênio;
—> o hidrogênio doador está sempre ligado a um
átomo eletronegativo (O, N, S);
—> numerosas interações fracas e não covalentes
influenciam no enovelamento de macromoléculas
como proteínas e ácidos nucleicos.
—> essas pontes de hidrogênio são importantes pois:
Conceitos importantes
—> Hidrofílicos: compostos que dissolvem
facilmente na água. Exemplo: carboidrato.
—> hidrofóbicos: compostos não polares tais como
benzeno, hidrocarbonetos e as ceras. São insolúveis
em água.
—> anfipáticas: substâncias cujas moléculas
contêm simultaneamente regiões hidrofílicas e
hidrofóbicas. Exemplo: proteínas ancoradas na M.P,
medicamentosas.
Obs: a dissolução de moléculas apolares em água é
um processo desfavorável
Membrana plasmática
—> bicamada fosfolipídica - anfipática
Exemplos de moléculas
polares, apolares e
anafiláticas
—> quanto mais H e O mais polar (diferença de
eletronegatividade entre os átomos, apresentando
um polo positivo e outro polo negativo);
—> Quando mais C e H mais apolar;
—> A ligação C-H não é suficientemente polar para
formar pontes de hidrogênio;
—> álcoois, aldeídos, cetonas e compostos que
possuem o agrupamento N-H tendem a ser solúveis.
Composição química dos seres
vivos
Conceitos básicos:
—> composição química dos seres vivos (peso)
átomos de C, H, O e N ligados por ligações covalentes
(tipo de interação entre átomos que apresentam
alta eletronegatividade, ou seja, elevada tendência
de receber elétrons).
—> O carbono tem a capacidade de formar ligações
simples, duplas, triplas, lineares, cíclicas e
ramificadas (grande variedade).
Grupos funcionais
importantes na bioquímica
—> Grupo funcional é o conjunto de átomos
ligados entre si por ligações covalentes, que possui
propriedades físico-químicas e reatividade química
semelhante quando ligado a moléculas diferentes.
Graus de oxidação do átomo
de carbono em biomoléculas
Interações químicas
—> principais tipos de interações fracas ocorrem
dentro e entre biomoléculas em solvente aquoso:
● ligações de hidrogênio
● interações iônicas
● interações hidrofóbicas (forças de repulsão
a água e moléculas com grupos apolares)
—> moléculas hidrofóbicas em meio
aquoso tem tendência a se atrair
● interações de van der walls
Obs: embora individualmente fracas, essas
interações criam, coletivamente, forças
estabilizadoras muito fortes para as proteínas,
ácidos nucléicos e as membranas. Ou seja, essas
interações fracas se somam e estabilizam as ligações
entre as moléculas.
—> quatro tipos de interações não covalentes entre
biomoléculas dissolvidas em solvente aquoso:
Teoria ácido-base
—> teoria de bronsted-lowry;
—> quanto mais H+ mais ácido, quanto mais OH-
mais básico;
—> ácido é um doador de prótons (H+) e a base é um
receptor de prótons (H+).
Ácido forte
—> doa praticamente todos os prótons.
● HCL —> H+ + Cl-
● HA(aq) —> H+ (aq) + a-(aq) (reação só ocorre nesse
sentido)
Ácido fraco
—> somente uma fração das moléculas do composto
dia seus prótons. Dissociação parcial
● CH3COOH + H2O —> CH3COO- + H3O
● ácido base base Ácido
● Par ácido-base conjugado
Obs: quanto maior o Ka maior a força do ácido
Base de Bronsted - Base forte
—> todas as moléculas do composto retiram
prótons da água (se dissocia completamente em
solução aquosa)
● NaOH —> Na+ + OH- (reação só ocorre nesse
sentido)
Dissociação de ácidos e bases
fortes
—> ácidos e bases fortes são completamente
dissociados em solução aquosa, sendo [H+] ou de
[OH-] respectivamente, correspondente à
concentração de espécie não dissociada, ou seja,
uma solução de HCL 0,1M apresenta:
—> [H+]= O,1M e [Cl-]= 0,1M
—> logo, o pH dessa solução será = -LOG [H+] = -LOG
0,1 = 1,0
Dissociação de ácidos e bases
fracas
—> ácidos e bases fracos não se dissociam
completamente em solução aquosa. Tomando-se
como exemplo o ácido acético, temos:
CH3COOH + H2O —> H+ + CH3COO-
—> A constante de dissociação desta reação é
representada por Ka. O Ka do ácido acético é 1,76 x
10-5. Os valores de Ka são expressos na escala
logarítmica, sendo:
—> pKa = -log Ka
—> Assim o pKa ácido acético = - log 1,76 x 10-5 = 4,75
Relação entre pH e Pka
(equação de
Henderson-hasselbach)
Então a equação é:
—> a equação pode ser escrita como uma expressão
mais geral se substituirmos [A-] pelo termo “base
conjugada” e [H+] por “ácido conjugado”:
Uso da equação:
—> fármacos - local de absorção
—> extração de metabólitos
pH
—> a concentração de íons H+ é denominada como
o valor de pH de um determinado meio.
—> o pH é determinante de várias reações
bioquímicas, podendo variar desde 10-1 no
estômago, 10-3 novacúolo de células vegetais até
10-7 no citossol.
—> escala logarítmica para pH: pH = -log [H+]
—> pOH = -Log [OH-]
—> o pH é uma função logarítmica de concentração
de prótons:
Valores de pH e pOH
pH em algumas regiões e
fluidos corporais
—> o pH da superfície da pele é regulado pela secreção
das glândulas sudoríparas. A variação significa
defesa.
—> cada área do corpo possui um pH diferente, então
existem produtos (cosméticos, fármacos, etc)
específicos para cada área, agindo melhor dessa
maneira.
Influência do pH na atividade
enzimática
—> é possível observar que a enzima pepsina tem
atividade enzimática máxima no pH 2, já a enzima
tripsina possui sua atividade máxima no pH 6. A
atividade enzimática em cada região do corpo varia
com o pH predominante naquela região.
Tampões
—> ácidos fracos e suas bases conjugadas
constituem o sistema tampão;
—> são capazes de impedir grandes variações de pH
quando há adição de outros ácidos ou alcalis ao
meio;
—> o tampão constitui em um equilíbrio químico
—> o tamponamento é importante para controlar
o pH;
—> Ka (constante de equilíbrio) se mantém devido a
dissociação do denominador (HA) e a associação dos
denominadores ( H+ e A-);
—> a constância do pH é assegurada pelos tampões
biológicos.
Fatores que determinam a
eficiência de um bom sistema
tampão
—> Quantidade adicionada de alcali ou ácido;
—> Quanto maior a concentração de base
conjugada, maior a concentração de H+ adicionado
com a qual pode reagir. Caso a concentração de base
aumente, o ácido se dissocia aumentando a
concentração de H+, que captará a base que está em
excesso, deixando Ka constante.
—> Quanto mais ácido conjugado, mais OH-
adicionado pode ser neutralizado por dissociação do
ácido. Caso a concentração de ácido aumente, a base
conjugada é deslocada para consumir o H+ em
excesso, o qual irá diminuir, deixando Ka
constante;
—> A ação tamponante está restrita a uma faixa de
pH dentro da qual as concentrações de ácido e base
conjugada são suficientes para compensar as
adições de álcali ou de ácido;
—> O tampão segura uma unidade a mais ou a
menos que seu pKa;
—> Concentração do tampão: Quanto maior sua
concentração, maior será a disponibilidade das
espécies capazes de dar ou receber prótons, assim,
uma solução 0,1M de um ácido que esteja 50%
dissociado será um tampão 10x mais eficiente do
que uma solução 0,01M do mesmo ácido e da mesma
solução.
—> Cada par ácido-base conjugado tem uma zona
característica de valores de pH na qual atua como
uma tampão efetivo;
—> O par H2PO4-/HPO42- tem um pKa de 6,86 e por
isso funciona como um sistema tampão próximo do
pH 6,86;
—> O par NH4+/NH3, com pKa de 9,25 pode agir como
tampão na região próxima ao pH 9,25
Tampões biológicos
—> os seres vivos mantém constante seu pH
interno;
—> pH do sangue = 7,4
Principais tampões:
Proteínas
—> grupos funcionais aminoácidos, pKa distante de
7,4, com exceção da hemoglobina;
—> o citoplasma da maioria das células contém
altas concentrações de proteínas, as quais, por sua
vez, possuem muitos aminoácidos com grupos
funcionais que são ou ácidos ou bases fracas.
Fosfato
—> pKa 6,8. tampão apropriado para valores de pH 5,8
- 7,8. Concentração baixa plasma- melhor ação
intracelular;
—> Age no citoplasma de todas as células, consiste
de H2PO4- como doador de prótons, e de HPO4 2-
como receptor de prótons;
—> H2PO4- —> H+ + HPO42-
—> Tem pKa próximo de 6,86 e assim, tende a resistir
a variações de pH na região entre 6,4 e 7,4;
—> É efetivo no tamponamento de fluidos
intracelulares pois a concentração desse tampão é
maior no meio intracelular
Bicarbonato
—> O plasma sanguíneo é tamponado, em parte pelo
sistema tampão bicarbonato que consiste em ácido
carbônico (H2CO3) como doador de prótons e do
bicarbonato (HCO3-) como receptor de próton
● H2CO3 —> H+ + HCO3-
—> Entretanto, ele é único no fato de possuir ácido
carbônico, o qual é composto de dióxido de carbono
dissolvido em água
● CO2 + H2O —> H2CO3
● H+ + HCO3- —> H2CO3 —> H2O + CO2
—> é o tampão mais importante no tamponamento
do sangue. Mantém o pH mais ou menos à 7,4
—> o pH do sangue venoso é 7,35 e o do sangue
arterial é 7,45. É preciso manter o pH sanguíneo para
não haver morte celular.
—> pH > 7,45 = alcalose. pH < 7,35 = acidose (termos
usados para falar do pH somente no corpo)
—> a base conjugada do sistema tampão é capaz de
deslocar a reação e diminuir a concentração de H+
caso o meio esteja muito ácido
—> há uma troca gasosa entre o sangue e os pulmões
(CO2 passa do sangue para o pulmão)
—> No caso da insuficiência respiratória o CO2 É
impedido de passar do sangue para o pulmão, então,
ele desloca o equilíbrio aumentando a
concentração de H+ e, consequentemente,
diminuindo o pH. Quando o paciente é colocado no
respirador, a concentração de H+ diminui pois a
reação volta a acontecer no sentido normal.
Leitura do pH
—> Existem aparelhos especiais, os peagâmetros
(sensível à concentração de H+), para
determinações precisas, mas o uso de indicadores de
pH é indispensável na prática.
—> Indicadores de pH (mudam de cor de acordo com
o pH do meio)= colorimetria.
Aminoácidos
Os átomos formam moléculas —> as moléculas
formam organelas —> as organelas formam a
célula —> as células formam tecidos —> os tecidos
formam órgãos —> os órgãos formam sistemas —>
os sistemas formam o corpo.
Polímeros biológicos
—> Muitas moléculas biológicas são
macromoléculas (polímeros) de alto peso molecular
montadas a partir de precursores mais simples.
● ou seja, macromoléculas são polímeros
formadas de monômeros (subunidades que
se repetem).
—> a síntese de macromoléculas é a atividade que
mais consome energia das células.
EXEMPLO:
1. Proteínas: peptídeos (formados por
aminoácidos)
2. Ácidos nucleicos: polinucleotídeos (DNA e
RNA)
3. Polissacarídeos: (formado por açúcares)
Aminoácidos com suas
respectivas abreviações:
Função das proteínas
—> aminoácidos são as subunidades básicas que
formam as proteínas.
—> As proteínas apresentam uma extensa lista de
funções no organismo, como por exemplo:
a) luciferina: proteína presente nos
vagalumes, responsáveis, com ajuda da
enzima luciferase, pela produção de
energia luminosa.
b) Hemoglobina: proteína presente dentro
dos eritrócitos. Transporta oxigênio.
c) Queratina: proteína presente na carapaça
de alguns animais (ex: rinoceronte), mas
também em unhas, cabelos, pele, etc.
Aminoácidos
—> apresentam um grupo amino (NH2) e um grupo
carboxila (COOH).
—> em pH fisiológico esses grupos estão na sua
forma ionizada: NH3+, COO- e NH2+
—> os aminoácidos diferem entre si pelo grupo R
(cadeia lateral).
—> carga + = caráter básico e carga - = caráter
ácido.
Classificação dos aminoácidos
—> de acordo com a polaridade do grupo R:
Apolares
● grupo R hidrofóbico
Polares
● grupo R hidrofílico (o grupo R pode ser sem
carga, com carga negativa ou positiva)
Legenda:
Aminoácidos presentes nas proteínas agrupados de
acordo com a polaridade do grupo R.
● A: apolares com R = cadeia hidrocarbonada
● B: apolares com R = anel aromático (AA
aromáticos)
● C: apolar com R contendo S (AA sulfurados)
● D: apolar com R = H
● E: polar não carregado com R contendo OH
● F: polar não carregado com R = amida
● G: polar não carregado com SH (AA
sulfurados)
● H: polar carregado positivamente (bases)
● I: polar carregados negativamente (ácidos)
Propriedades dos aminoácidos
—> O carbono alfa (carbono central) é assimétrico,
ou seja, tem 4 ligantes diferentes.
—> essa propriedade define o carbono alfa como um
centro quiral e confere propriedades ópticas as
moléculas.
—> existem 2 isômeros ópticos do carbono alfa
● L (desvia a luz para a esquerda) e D (desvia a
luz para a direita)
● são enantiômeros (imagens especulares)
um do outro
● não são interconversíveis sem quebra de
laços covalentes
Obs: aminoácidos proteicos são L-alfa-aminoácidos
Obs 2: a glicina é uma exceção a regra do carbono
quiral, pois seu grupamento R é um hidrogênio
Isomeria óptica
Substâncias opticamente ativas (possuem C quirais)
interagem com a luz polarizada, girandoo plano
da luz para esquerda (levógiros) ou para a direita
(dextrógiros)
● Levógiro: indicado por ( - ) giro da luz para
esquerda
● Dextrógiro: indicado por ( + ) giro da luz
para direita
● Proteínas naturais possuem somente
L-aminoácidos
● D-Aminoácidos ocorrem em peptídeos
antibióticos (produzidos em laboratório)
—> Estereoisomerismo (Os aminoácidos com
carbono alfa assimétrico apresentam dois isômeros
opticamente ativos, os isômeros D e L, que são
imagens especulares um do outro)
Classificação dos aminoácidos
Aminoácidos essenciais
—> são aqueles que não são produzidos no corpo,
precisam ser repostos através da alimentação
Aminoácidos não essenciais
—> são aqueles produzidos pelo organismo
—> Doença fenilcetonúria: é uma doença genética
rara caracterizada por defeito da enzima
fenilalanina hidroxilase (PAH). Esta proteína
catalisa o processo de conversão (hidroxilização) da
fenilalanina em tirosina, elemento importante
na síntese da melanina. A ação da fenilalanina
hidroxilase (PAH) é transferir um átomo de oxigênio
para o anel aromático da fenilalanina.
Posteriormente, um íon de hidrogênio liga-se ao
oxigênio completando a transformação em
tirosina. Para esse indivíduo, o aminoácido
tirosina passa a ser essencial.
Aminoácidos protéicos são
determinados geneticamente:
código genético
—> quem determina qual aminoácido vai ser
produzido é a sequência genética (trinca genética)
—> Existem 20 aminoácidos que ocorrem
naturalmente em proteínas de todos os tipos de
organismos, e que são determinados por códons
específicos (triplets de nucleotídeos) no material
genético dos seres vivos.
Ionização de aminoácidos
—> A carga elétrica dos aminoácidos varia com o pH
—> A carga elétrica total da molécula de um
aminoácido resulta da soma algébrica das cargas
apresentadas pelos seus grupos ionizáveis, as quais
por sua vez, dependem dos valores de seus pKa e do pH
do meio.
● pka = -log Ka
Processo de titulação de um aminoácido (é
adicionado OH- até que o Ph se iguale ao PKA). Então
pH = PKA —> P.I
Pi - ponto isoelétrico
—> Aminoácidos podem apresentar carga positiva,
neutra e negativa;
—> A forma com carga líquida igual a zero será
obtida quando: a carga negativa do grupo carboxila
desprotonado será compensada pela carga positiva
do grupo amino protonado;
—> O pH onde predomina a forma eletricamente
neutra é a média aritmética de dois valores de pKa;
—> Este valor de pH é chamado Ponto isoelétrico (PI)
do aminoácido;
—> No pH equivalente ao PI, os aminoácidos
comportam-se como moléculas neutras: não
migram quando submetidos a um campo elétrico
(eletroforese).
—> Em resumo, aminoácido possui carga 0 = ponto
de P.I. O ponto isoelétrico é o ponto de menor
solubilidade. O aminoácido tende a precipitar
quando seu pH está próximo ao seu ponto de P.I.
—> a carga elétrica total do aminoácido é a soma
das cargas parciais que ocorrem em decorrência do
PH e PKA deste aminoácido.
Aminoácidos, peptídeos e proteínas não são bons
tampões:
—> Um tampão é definido como um composto ou
conjunto de compostos que impedem variações da
concentração de [H+], ou seja do pH do meio;
—> Para ter essa propriedade, os compostos devem ter
grupos ionizáveis capazes de doar e de receber
prótons H+;
—> A faixa de pH em que um composto apresenta
poder tamponante depende do pK de seus grupos
ionizáveis. A Lei de Henderson-Hasselbach estabelece
a correlação entre o pH do meio e o pK do tampão.
—> quando o pH do meio é igual ao PK do grupo
ionizável, este está 50% dissociado, ou seja, o pH
estará igual ao PKA quando há 50% de parte
ionizada (parte desprotonada) e 50% de parte
molecular (ácido)
—> o poder tamponante é o máximo no PK pois há
igual proporção das formas doadoras e receptoras de
prótons
Aminoácidos diferem nas suas
propriedades ácido-base:
Generalizações
—> Todos os aminoácidos com apenas um grupo
α amino e um grupo carboxila, e um grupo R que
não se ioniza, possuem curvas de titulação que se
assemelham àquela da glicina
—> Esses aminoácidos possuem valores de pKa muito
semelhantes, embora não idênticos :
—> pKa do grupo-COOH entre 1,8 e 2,4 e
—> pKa do grupo NH3+ no intervalo entre 8,8-11,0
Aminoácidos com grupo R
ionizável
—> Aminoácidos com um grupo R ionizável possuem
curvas de titulação mais complexas, com três
estágios de ionização possíveis, portanto eles
possuem três valores de pKa
FUNÇÕES ESPECIALIZADAS
DOS AMINOÁCIDOS
—> os aminoácidos são propulsores de proteínas.
Podem funcionar como mensageiros químicos na
comunicação entre as células.
● glicina: propulsor de neurotransmissores
(ex: GABA, dopamina)
● Histamina: produto da descaboxilação da
histidina, potente mediador local em
reações alérgicas.
● Tiroxina: hormônio tireóideo, derivado da
tirosina. Prepulsor de hormônios
tireóideos
● Arginina: Envolvido no metabolismo do
nitrogênio; Ciclo da uréia.
● Cisteína: Forma parte da queratina;
Presente no colágeno, unhas, cabelo e pele;
Favorece a desintoxicação de metais
pesados.
● Valina, leucina e isoleucina: São de cadeia
curta; Precursores de hormônios do
crescimento; aumentam a massa
muscular.
● Fenilalanina: Pode transformar-se em
tirosina; Melhora estado geral, diminui a
dor, ajuda na memória e aprendizagem; FA
+ vit C = colágeno e regenera tecido
conectivo.
● Lisina e prolina: Escorbuto- deficiência de
vitamina C (ácido ascórbico);A vit C é
requerida entre outras coisas, para a
hidroxilação da prolina e lisina no
colágeno. O escorbuto é caracterizado pela
degeneração geral do tecido conjuntivo;
Perda de dentes, hemorragias, feridas, etc.
● metionina: Sua disponibilidade favorece
síntese de cisteína; Desintoxicação do
organismo a metais pesados; Efeito
antioxidante.
—> durante um exercício (trabalho mecânico do
músculo) há hipertrofia (aumento do conteúdo
intracelular, principalmente mitocôndria), o que
leva a hiperplasia (aumento do número de células).
Quando esses eventos ocorrem, dizemos que o
indivíduo ganhou massa muscular.
—> a proteína engorda se não gastamos a energia
que a mesma nos da. Ou seja, se não gastamos
energia, a proteína é transformada em gordura e
armazenada nos adipócitos.
—> o corpo sintetiza uréia para tirar a amônia
presente no corpo após a transformação de proteína
em triglicerídeo. O fígado sintetiza uréia e o rim
elimina.
—> fazendo uma alimentação balanceada a
suplementação protéica não é necessária. A
suplementação pode sobrecarregar fígado e rim,
CLASSIFICAÇÃO DOS
PEPTÍDEOS
—> São classificados de acordo com o número de
resíduos de aa na cadeia
—> AA = monômero. Proteínas são polímeros de AA.
● Dipeptídeos – 2 resíduos de aa unidos por
ligação peptídica
● Tripeptídeos – 3 resíduos de aa unidos por
ligação peptídica
● Tetrapeptídeos – 4 resíduos de aa unidos
por ligação peptídica
● Pentapeptídeos – 5 resíduos de aa unidos
por ligação peptídica
● Oligopeptídeos – uns poucos resíduos de aa
(até 30) unidos por ligação peptídica
● Polipeptídeos - são polímeros de n
aminoácidos (30 a 50) unidos por ligação
peptídica
● Mais de 50 resíduos é considerado proteína.
PEPTÍDEOS DE IMPORTÂNCIA
BIOLÓGICA
Os menores peptídeos podem ter efeitos biológicos
importantes. Ex: Aspartame -
L-aspartil-L-fenilalanil metil éster, adoçante
artificial.
—> Hormônios são peptídeos pequenos:
● Ocitocina (estimula contração uterina),
● Bradicinina (inibe inflamação dos
tecidos)
● Tirotropina (hormônio da hipófise).
● Venenos tóxicos de cogumelos.
● Insulina e Glucagon (hormônios
pancreáticos).
● Corticotropina (estimula córtex adrenal).
Conceito de proteínas
—> São as moléculas mais abundantes e
funcionalmente mais diversas dos sistemas
biológicos (de 50 a 80% do peso seco da célula);
—> São as moléculas mais abundantes e com maior
diversidade de funções nos sistemas vivos.
Composição das proteínas
—> Formadas por associações lineares de
aminoácidos;
—> Existem mais de 300 aas na natureza;
—> Apenas 20 constituem as proteínas dos
mamíferos;
—> compostos orgânicos complexos de alto peso
molecular;
—> contém C, H, O, N, S
—> são polímeros de aa
Sequência de aminoácidosda
proteína
—> Esclarece seu mecanismo de ação.
—> Analisar as relações entre seqüências de
aminoácidos e as estruturas das proteínas (regras
enovelamento das cadeias polipeptídicas).
—>Determinação faz parte da patologia molecular.
—> se 1 aminoácido da sequência de uma proteína
for trocado, uma proteína diferente é produzida (o
que prejudica funções corporais. Ex: anemia
falsiforme).
—> Praticamente todos os processos vivos dependem
dessa classe de moléculas.
—> Pode-se dizer que as proteínas são polímeros de
aminoácidos o que em suas moléculas existem
ligações peptídicas em número igual no número de
aminoácidos presentes menos um.
—> Uma molécula protéica contém desde algumas
dezenas até mais de 1.000 aminoácidos.
—> O peso molecular vai de 10.000 a 2.800.000. A
molécula de hemoglobina, por exemplo, é formada
por 574 aminoácidos e tem peso molecular de 68.000.
Justifica-se, assim, o fato de as moléculas protéicas
estarem incluídas entre as macromoléculas.
—> A forma das proteínas é um fator muito
importante em sua atividade, pois se ela e alterada,
a proteína torna-se inativa.
—> Esse processo de alteração da forma da proteína e
denominado desnaturação, podendo ser provocado
por altas temperaturas, alterações de pH e outros
fatores.
Estrutura das proteínas
—> grupo carboxila de um AA + grupo amino de
outro AA forma a proteína.
—> na hora da ligação dos AA, o grupo carboxila de
um AA perde uma hidroxila, enquanto o grupo
amino de outro perde um hidrogênio. água é
liberada. A molécula de proteína terá um grupo
funcional amida (formação da ligação peptídica);
—> o carbono alfa da molécula gira, possibilitando
o enovelamento das proteínas. Então, diz-se que a
proteína mantém sua forma graças ao giro dos
grupos que estão ligados ao carbono alfa, ou seja,
ela ajuda as cadeias laterais dos AA a interagirem
entre si, ajudando a formar/manter a forma da
proteína;
—> o que está em amarelo é a ligação peptídica (C=O
- N)
—> há nas pontas um grupo amino terminal (H3N+)
e um grupo carboxi terminal (COO-)
—> o número de ligações peptídicas na proteína é
sempre o número de AA - 1
—> para verificar quantos AA compõe a proteína,
basta contar os grupos R.
Obs: pode haver a formação de pontes de enxofre em
AA sulfurados (ex: cisteína). Dois desses AA
interagem entre si, ocorrendo uma oxidação e
formando uma ponte di sulfeto
Necessidades diárias de
proteína
—> 10 a 15% das necessidades energéticas;
—> 1g/Kg de peso por dia;
—> Atletas: necessidade de ingestão aumentada.
Função
Elas exercem funções diversas, como:
● Catalisadores;
● Elementos estruturais (colágeno) e
sistemas contráteis;
● Armazenamento(ferritina);
● Veículos de transporte (hemoglobina);
● Hormônios;
● Anti-infecciosas (imunoglobulina);
● Enzimáticas (amilases, lipases);
● Nutricional (caseína);
● Agentes protetores.
—> Devido às proteínas exercerem uma grande
variedade de funções na célula, estas podem ser
divididas em dois grandes grupos:
● Dinâmicas - Transporte, defesa, catálise de
reações, controle do metabolismo e
contração;
● Estruturais - Proteínas como o colágeno e
elastina, por exemplo, que promovem a
sustentação estrutural da célula e dos
tecidos.
CLASSIFICAÇÃO:
ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
DAS PROTEÍNAS
—> As proteínas possuem complexas estruturas
espaciais, que podem ser organizadas em quatro
níveis, crescentes
em complexidade:
● 1 - Primária
● 2 - Secundária
● 3 - Terciária
● 4 - Quaternária
Estrutura primária
—> mais simples; formada só de AA
—> É o nível estrutural mais simples e mais
importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial
da molécula.
—> Dada pela seqüência de aminoácidos e ligações
peptídicas da molécula.
—> a sequência de AA que forma a proteína é dada
pela informação genética (os AA são colocados
durante a tradução, a informação genética possui
um comando genético para isso, e qualquer erro na
sequência muda a proteína a ser formada)
—> A estrutura primária da proteína resulta em
uma longa cadeia de aminoácidos semelhante a um
"colar de contas", com uma extremidade "amino
terminal" e uma extremidade "carboxi terminal".
—> A estrutura primária de uma proteína é
destruída por hidrólise química ou enzimática das
ligações peptídicas, com liberação de peptídeos
menores e aminoácidos livres.
—> Sua estrutura é somente a sequência dos
aminoácidos, sem se preocupar com a orientação
espacial da molécula.
—> é estabilizada por ligação peptidica
● produto da hidrólise total de uma
proteína: AA
● Produto da hidrólise parcial de uma
proteína: oligopeptídeos
Estrutura secundária
—> Dada pelo arranjo de proteínas de estrutura
primária
—> Ocorre graças à possibilidade de rotação das
ligações entre os carbonos a dos aminoácidos e seus
grupamentos amina e carboxila.
—> começa a haver uma interação entre as cadeias
laterais.
—> O arranjo secundário de um polipeptídeo pode
ocorrer de forma regular; isso acontece quando os
ângulos das ligações entre carbonos a e seus
ligantes são iguais e se repetem ao longo de um
segmento da molécula.
—> esses arranjos podem ser de duas formas,
formando duas estruturas secundárias, a alfa hélice
(enrolamento da cadeia ao redor de um eixo) e folha
beta pregueada (interação lateral de segmentos de
uma cadeia polipeptídica ou de cadeias diferentes).
—> as ligações de hidrogênio entre o nitrogênio e o
oxigênio dos grupos – NH e C=0; estabilizam a
estrutura secundária
—> Embora seja uma ligação fraca, o elevado
número dessas ligações confere grande estabilidade
a essas estruturas
—> A α hélice é mantida por ligações de
hidrogênio entre uma unidade peptídica e a quarta
unidade peptídica subsequente;
—> A folha β pregueada também é mantida por
ligações de hidrogênio entre as
unidades peptídicas. Neste caso, entretanto, as
ligações são estabelecidas entre unidades
polipeptídicas. Nestes, as ligações são entre cadeias
polipeptídicas diferentes ou entre segmentos
distantes de uma mesma
cadeia
—> a estrutura secundária é destruída por
desnaturação (alteração da forma da proteína por
conta da quebra das ligações de hidrogênio)
Estrutura terciária
—> dobramento (enovelamento) da estruturas
secundária (alfa hélice e beta pregueada)
—> a estrutura terciária é estabilizada por ligações
não covalentes:
● ligação de hidrogênio (R de aminoácidos
polares ou sem carga)
● Interações hidrofóbicas (Formadas entre as
cadeias laterais hidrofóbicas dos
aminoácidos apolares. Estas cadeias não
interagem com água e aproximam-se ,
reduzindo a área apolar exposta ao
solvente)
—> Por Ligações iônicas ou salinas (Interações de
grupos com cargas opostas)
—> E por ligações covalentes:
● pontes dissulfeto. Ex: mais presente em
proteínas secretadas (Ex: polipeptídeo
insulina) que apresenta três pontes
dissulfeto.
Estrutura quaternária
—> associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas
(duas ou mais estruturas terciárias, ou seja, duas
cadeias alfa hélice e duas beta pregueada associadas
sobretudo por interações hidrofóbicas, com
contribuição menor das ligações de hidrogênio e
interações eletrostáticas)
—> estabilizadas pelas mesmas forças que
estabilizam a terciária
Ex: hemoglobina (PROTEÍNA COM FUNÇÃO DE
TRANSPORTE DE O2)
● proteínas simples: formadas só por AA
● proteínas conjugadas: aminoácidos +
grupo prostético (componente de natureza
não-proteica de proteínas conjugadas)
Classificação das proteínas
Quanto a conformação
—> globulares
Em resumo, Essas proteínas possuem cadeias que se
enrolam sobre elas mesmas, formando uma
estrutura esférica e normalmente solúvel em água.
● Possuem cadeias polipeptídicas enoveladas
em forma esférica ou globular
● Vários tipos de estrutura secundária
● A diversidade estrutural reflete a
diversidade funcional das proteínas
globulares;
● Enovelamento das secundárias;
● Multifuncionais (transporte, promotoras,
reguladoras, imunoglobulinas, etc)
● Formas esféricas
● Solúveis em H2O
● Ex: hemoglobina
—> classificação estrutural das proteínas
globulares:
● Toda α
● Toda β
● α/β ( onde as regiões α e β estão
intercaladas ou alternadas)
● α+β ( onde as regiões α e β sãode
alguma forma separadas)
● Dentro de cada classe estão desde dúzias
até centenas de arranjos;
—> fibrosas
Em resumo, As proteínas fibrosas são aquelas em que
as cadeias de aminoácidos estão dispostas de
maneira a formar fios e, geralmente, são
insolúveis em água. Esse é o caso das fibras
encontradas no tecido conjuntivo.
● Cadeias polipeptídicas arranjadas em
longas fitas ou folhas
● 1 único tipo de estrutura secundária
● Baixa solubilidade em água
● Funções estruturais
● Forma cilíndrica
● Dão forma e/ou flexibilidade às estruturas
onde elas ocorrem
● Exemplo: colágeno ( tecido conjuntivo:
resistência informa aos tecidos);
queratinas (cabelo); miosina (músculos).
Quanto aos produtos de hidrólise
● hidrólise total de proteínas simples:
somente AA
● Hidrólise total de proteínas conjugadas:
AA + grupo prostético
Proteína simples (formadas exclusivamente por AA)
1 ) Albumina
● Secretada pelo fígado
● Maior proteína do plasma humano
● 60 % da proteína plasmática
● Função: transportador de compostos
hidrofóbicos - AG e esteroides
2 ) Globulinas
● função de transporte
Transportam:
● Cortisol e progesterona
● Globulinas
● Testosterona e estradiol
● Tiroxina Vit D
3 ) Queratina
● insolúveis em água
● Principal componente da epiderme, cabelos
e unhas
Proteínas conjugadas (AA + grupo prostético, que
geralmente é um açúcar ou uma vitamina)
● Glicoproteínas: (proteína conjugada
ligada a carboidrato covalentemente.). Ex:
imunoglobulinas (Produzidas pelos
linfócitos B. Efetivas contra bactérias e
vírus)
● Lipoproteínas: (proteína ligada a lipídio).
Ex: VLDL, LDL, HDL, QUILOMICRONS. O
transporte de lipídios é feito com auxílio
de uma proteína anfipática (AA hidrofílico
se voltam para o sangue e hidrofóbicos se
voltam para o lipídio)
● Metaloproteínas: (proteína ligada a
metais). Ex: Anidrase carbônica. O grupo
prostético Possui zinco em sua estrutura
● Cromoproteínas: (proteína ligada a um
metal que possui cor - ele se liga ao grupo
prostético da proteína). Ex: mioglobina
(armazenamento de oxigênio)
Propriedades gerais
—> caráter anfótero (caráter ácido ou básico)
—> possui ponto isoelétrico
—> característica de eletrólitos
—> solubilidade (depende da cadeia lateral do AA.
Quando o pH está próximo do P.I a solubilidade é
baixa, o AA tem tendência a se precipitar)
● caráter anfótero: Presença de grupos NH3+
e COO-. Caráter básico ou ácido,
dependendo do pH do meio.
● P.I: pH que apresenta igualdade de cargas (+)
e (-). No P.I, a proteína apresenta menor
solubilidade.
● Característica de eletrólito: grupos
ionizáveis garante presença de cargas (+) e
(-)
● Solubilidade das proteínas: dependem da
quantidade de ligações de H que formam
com a água. + hidrofílica = maior
solubilidade; + hidrofóbica =menor
solubilidade. PH + próximo do P.I = menor
solubilidade —> são diminuídas as forças
repulsivas entre as moléculas das
proteínas —> formados agregados —> AA
precipitam.
Desnaturação
● A perda da estrutura da proteína resulta
em perda da função;
Agentes desnaturantes:
● Temperatura- exceção:Taq polimerase ativa
a 95oC;
● Ácidos e álcalis fortes: afetam a ionização
dos grupamentos da proteína, repulsão
intramolecular, com exposição do interior
hidrofóbico;
● Adição de solventes orgânicos polares e de
compostos capazes de formar pontes de
hidrogênio, estes estabelecem pontes de H
entre os radicais da proteína;
● Detergentes e sabões (anfipáticos) Sua
cauda hidrofóbica se introduz no interior
da molécula protéica se associa com
radicais apolares, rompendo interações
hidrofóbicas (SDS)
A desnaturação pode ser irreversível
● Insolúveis
● Albumina do ovo (aquecida)
● Caseína (acidificado por crescimento
bacteriano)
Ou reversíveis
● Proteínas desnaturadas podem renaturar-
chaperonas
Função das proteínas
Anabólica
—> blocos formadores para material celular
(sintetiza outras moléculas)
Catabólica
—> combustível energético (com a quebra das
proteínas)
—> proteínas musculares e hepáticas
Digestão e absorção
Inicia no estômago ➡ pepsina ➡ meio ácido
● A pepsina degrada proteína (proteolítica)
mas está na forma inativa (zimogênio -
precursor inativo). Quando o bolo
alimentar chega no estômago, o
pepsinogênio é clivado em pepsina. A
pepsina também é ativada em meio a
produção de HCL (produzido pelas células
parietais. Deixa o estômago em pH perfeito)
Proteína ➡ polipeptídeos (pela ação da pepsina)
—> absorção: passagem para o sangue. Absorvemos
dipeptídios ou AA.
—> jejuno e íleo: absorção por transporte passivo.
Enzimas são fundamentais na digestão. No
estômago há vários zimogênios (clivam as ligações
peptidicas)
● enzimas mais específicas: tripsina
● Enzimas menos específicas: quimiotripsina
(reconhece e age sobre muitos AA)
Destino dos AA na célula
—> Após absorção os aas caem na corrente
sanguínea;
—> fazem a síntese de peptídeos e proteínas;
—> realizam Oxidação para formação de energia
(fígado e músculo)
Obs: os AA que vieram da dieta podem ser
transformados ou usados em diversos processos do
corpo, dependendo da necessidade do organismo
Obs 2: a síntese de AA é constante (turnover)
Obs 3: proteínas têm vida média, após esse período
são degradadas (quebra em AA). O AA é usado para
produzir outras proteínas (é um ciclo)
Desnaturação e enovelamento
das proteínas
—> Síntese protéica: ribossomos
—>Este peptídeo precisa enovelar-se durante e depois
da síntese para tornar sua conformação nativa;
—> A conformação nativa da proteína é
marginalmente estável;
—> Modestas alterações no ambiente da proteína
podem provocar alterações estruturais que afetam
sua função;
Biossíntese proteica
—> Também chamada Tradução
—> RNAm chega ao citoplasma se associa ao
ribossomo;
—> RNAt levam os aminoácidos, que serão ligados,
formando assim a proteína.