RESUMO - AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS

Prévia do material em texto

RESUMO - AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
BIOQUÍMICA BÁSICA 2021.2
PROTEÍNAS
São as moléculas biológicas mais abundantes
Ocorrem em todas as células, e em todas as
partes das células
Formadas por aminoácidos ligados entre si por
ligações covalentes
TODAS as diferentes proteínas são formadas
pela combinação de 20 tipos de aminoácidos
comuns
Forma mais direta pela qual a informação
genética se expressa (síntese proteica)
DNA -> pequena porção (gene) -> transcrição
pelo RNA mensageiro -> junção de vários
aminoácidos no ribossomo (RNA transportador)
-> formação de uma sequência de aminoácidos
-> proteína -> toma uma forma específica
(conformação) -> exerce uma função no
organismo (expressão gênica)
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
 Enzimática - enzima anidrase carbônica
 Sustentação/Estrutural - colágeno, na pele
e nos ossos
 Reguladora - hormônio insulina
 Transporte - hemoglobina (Hb)
 Comunicação - proteínas de membrana
(receptores de outras moléculas)
 Defesa - proteínas anticorpo
AMINOÁCIDOS
São as unidades fundamentais das proteínas
Fórmula estrutural comum (ionizada, em pH
neutro):
Carbono central - alfa, quiral (*se todos os
outros grupos forem diferentes entre si)
Liga-se a:
Grupo carboxila (COO-)
Grupo amino (H3N+)
Cadeia lateral (R - porção variável ou
radical, que diferencia um aminoácido de
outros)
Um átomo de hidrogênio (H)
Exceções:
Aminoácido SEM carbono alfa quiral: Glicina
Aminoácido cíclico: Prolina
AMINOÁCIDOS QUIRAIS
No caso dos aminoácidos com um carbono
central (alfa) quiral:
Possuem estereoisômeros L- e D-
Exemplo: Alanina
São moléculas oticamente ativas - desviam a luz
polarizada jogada sobre elas para a esquerda
ou para a direita
Referência: estrutura dos estereoisômeros do
gliceraldeído
No L-gliceraldeído, a hidroxila está à ESQUERDA
do carbono alfa, e por isso, leva o prefixo L-
No D-gliceraldeído, a hidroxila está à DIREITA
do carbono alfa, e por isso, leva o prefixo D-
Nos aminoácidos, em vez de um grupo hidroxila
(-OH), levamos em consideração o grupo amino
(-N+H3) e o átomo de hidrogênio (H)
Quando o grupo amino está à ESQUERDA - L-
aminoácido, e vice-versa
Por regra geral, são os L-aminoácidos que são
encontrados formando a maioria das proteínas
- apenas os aminoácidos que seguem a
orientação do L-gliceraldeído
(D-Aminoácidos apenas presentes em algumas
bactérias e antibióticos)
CLASSIFICAÇÃO PELO GRUPO RADICAL (R)
O grupo radical dos aminoácidos serve também
como critério de classificação, assim como
ditam parte de suas propriedades e funções nas
moléculas de peptídeos e proteínas
Podem ser classificados em:
Grupos R não-polares ou apolares, alifáticos
(sem anéis aromáticos na estrutura)
Grupos R não-polares ou apolares, aromáticos
(com anéis aromáticos na estrutura)
Grupos R polares, não-carregados (sem cargas)
Grupos R polares, com cargas positivas
Grupos R polares, com cargas negativas
AMINOÁCIDOS ESPECIAIS (RAROS)
Encontrados em algumas proteínas
Todos derivados de aminoácidos comuns
Modificados por reações de modificação, que
adicionam grupos funcionais extra (em rosa)
Modificações reversíveis - regulam a função das
proteínas
Tipo mais comum: Fosforilação (adição de um
grupo fosfato ao aminoácido)
Não encontrados em proteínas, mas presentes
em etapas importantes do metabolismo
ZWITTERION - AÇÃO DE ÁCIDO E BASE
Aminoácidos podem, ao mesmo tempo, agir
como ácidos e bases em uma determinada
solução aquosa
Grupo carboxila (-COO-) pode RECEBER um
próton (age como BASE)
Grupo amino (-N+H3) pode DOAR um próton
(age como ÁCIDO)
Apesar de conhecermos -COOH normalmente
como um ácido, e -NH2 como uma base, estes
são válidos apenas para a forma não-iônica
Quando o aminoácido está em solução, ou seja,
na sua forma ionizada (zwitteriônica), os grupos
ionizados “invertem” suas funções da forma
não-iônica, atuando como ÁCIDOS
CONJUGADOS ou BASES CONJUGADAS.
Em um meio aquoso BÁSICO (excesso de OH-),
o CÁTION AMÔNIO doa prótons para a solução
(centro ÁCIDO)
Em um meio aquoso ÁCIDO (excesso de H+), o
ÂNION CARBOXILATO recebe os prótons da
solução (centro BÁSICO)
Ponto isoelétrico ou pH isoelétrico: valor de pH
de uma solução aquosa em que as cargas
elétricas do aminoácido dissolvido se igualam e
se anulam (positiva e negativa, equilíbrio ânion
carboxilato <-> carboxila e cátion amônio <->
amino)
Ex.: curva de titulação da glicina
Espécies iônicas principais (pontos-chave)
acima do gráfico
Adiciona-se, de pouco em pouco, uma base
(NaOH) para que o pH seja gradualmente
elevado (ácido para básico)
As moléculas de glicina perdem seus prótons
para o meio cada vez mais básico
Regiões em azul: maior tamponamento, ou
maior força tamponante
pI = ponto isoelétrico = pH 5,97
PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
Peptídeos: moléculas formadas por
aminoácidos ligados entre si, mas com
tamanho limitado até 10.000 daltons de massa
molecular; têm sequências mais curtas, com
menos aminoácidos
Proteínas: também são moléculas formadas
por aminoácidos ligados entre si, mas têm
10.000 ou mais daltons de massa molecular
(macromoléculas); tem sequências muito
longas, com mais aminoácidos
Ligação peptídica - reação entre dois
aminoácidos, para que sejam ligados em uma
sequência
Junção do primeiro aminoácido com o segundo
-> reação de condensação, formação de um
dipeptídeo (2 AAs) e liberação de molécula de
água
Molécula de água + dipeptídeo -> quebra do
dipeptídeo nos dois aminoácidos anteriores
*Resíduo de aminoácido - a estrutura do
aminoácido que restou contida no peptídeo ou
proteína, após a ligação (perde os elementos
que formaram a água, -OH e -H)
Ex.: Pentapeptídeo (5 AAs) - seril-glicil-tirosil-
alanil-leucina OU Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu OU SGYAL
(nomenclaturas possíveis baseadas nos nomes,
abreviações e iniciais dos resíduos de
aminoácido)
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL DAS PROTEÍNAS
PRIMÁRIA
Sequência LINEAR de aminoácidos, ligados por
meio de ligações COVALENTES (peptídicas)
entre os resíduos de aminoácidos -> CADEIA
POLIPEPTÍDICA
SECUNDÁRIA
Arranjos espaciais estáveis dos resíduos de
aminoácidos
Geram certos padrões estruturais que são
reconhecidos entre as diferentes proteínas
Alfa-hélice – aminoácidos unidos enrolados ao
redor de um eixo, formando uma “escada”
helicoidal (estrutura estável, mantida por
pontes de hidrogênio)
Folha beta-pregueada – ligações de hidrogênio
entre aminoácidos em diferentes segmentos de
uma mesma cadeia, distantes entre si
TERCIÁRIA
Todos os aspectos do dobramento
tridimensional de um polipeptídio -> formação
da estrutura total da proteína
Filamentar / Fibrilar - colágeno e muitas outras
proteínas estruturais
Globular - enzimas, receptores e outras
proteínas com funções diversas
Várias interações fracas entre os aminoácidos
formam a conformação de uma proteína
Pontes de hidrogênio, ligações iônicas, pontes
dissulfeto, interações hidrofóbicas entre
resíduos apolares
Podem ser alteradas e reversíveis - permite que
a forma da proteína seja “flexível”, dinâmica
QUATERNÁRIA
Associação de dois ou mais unidades de
polipeptídio, tridimensionais
Forma complexos proteicos
Ex: subunidades da hemoglobina (Hb), alfa e
beta
Hierarquia de estruturas (resumindo):
Desnaturação de proteínas
Toda proteína tem sua estrutura nativa (forma
estrutural desejada ou sítio catalítico ativo,
quando a proteína exerce sua função)
Pode ser destruída (desnaturada) pelos
seguintes fatores:
 Alterações de temperatura
 Alterações de pH
 Outros compostos presentes no meio (ex.:
álcool)
A forma nativa é alterada (perdida) e com isso,
sua função e atividade biológica também
Algumas proteínas, se devolvidas ao seu
ambiente original, podem voltar à forma
anterior desejada
Em outras proteínas, a mudança pode ser
irreversível (maioria dos casos)
Ex: desnaturação (e renaturação) da proteína
ribonuclease pela ureia e mercaptoetanol -
rompimento e reformação de ligações
dissulfeto
FUNÇÃO PROTEICA
Forma segue função - as estruturas biológicas
sempre têm uma forma que remete à sua
função no organismo
Acontece também a nível molecular, por isso,conhecer a estrutura de uma proteína, e como
ela “se movimenta” é fundamental para
entender como ela funciona
Uma molécula de proteína pode mudar seu
funcionamento ao expor ou ocultar locais
ativos em sua estrutura
Pode atrair outras moléculas, entre suas dobras
estruturais
Podem ser afetadas por muitos estímulos
químicos e físicos
Ex.: Sensação de calor e a proteína TRPV1
Proteínas TRPV1, compostas por cerca de 800
aminoácidos, presentes nas membranas das
células nervosas humanas - quatro proteínas
formam uma unidade funcional (complexo
proteico): um canal para íons na célula
Quando os canais TRPV1 detectam
temperaturas acima de cerca de 40 °C, ou 104
graus Fahrenheit, as moléculas mudam de
forma
Criam um poro (“buraco”) na membrana,
permite que íons carregados entrem na célula,
criando um sinal que viaja pela célula nervosa
até o cérebro
A temperatura ativa a TRPV1, mas moléculas
como a capsaicina (substância picante da
pimenta) também alteram a estrutura da
proteína e ativam a resposta de calor para o
cérebro
Função Hormonal de Proteínas
Alguns hormônios cruciais no funcionamento
do corpo humano são proteínas, como:
 Insulina
 Prolactina
 Hormônio do crescimento humano (HGH)
 Hormônio adrenocorticotrófico (ACTH)
 Vasopressina ou hormônio antidiurético
(ADH)
 Oxitocina
 Somatostatina
Todos estes hormônios viajam no sangue e, por
serem muito grandes para entrar nas células
(ao contrário de outros hormônios que
veremos adiante), ativam outras proteínas que
estão embutidas nas membranas celulares das
células-alvo (receptores, que identificam e
reconhecem moléculas específicas)
Interações entre proteínas e ligantes regulam o
metabolismo de uma célula, e permitem que
esta reconheça modificações no meio externo,
para que possa gerar uma resposta intracelular
às mudanças percebidas pelos receptores ->
cascatas de regulação - série de reações em
cadeia
Ex.: esquema de atuação da insulina em uma
célula
Estrutura e Função Dinâmica das Proteínas
Proteínas podem se ligar reversivelmente a
outras moléculas = LIGANTES
Permite uma resposta rápida a novas condições
do ambiente (modificações ambientais ou
novas condições metabólicas no corpo)
SÍTIO DE LIGAÇÃO = região da estrutura da
proteína em que o ligante consegue “se
encaixar” e interagir com a molécula: deve ser
COMPLEMENTAR em tamanho, forma, carga, e
afinidade ou não à água, de acordo com as
propriedades da molécula ligante
Até hoje, só conseguimos visualizar facilmente
o complexo proteína-ligante como se fosse uma
“foto”, mas sabemos que a estrutura de uma
proteína é dinâmica, e não rígida
(uma boa metáfora: tentar entender um peru
vivo observando um Chester de natal
congelado)
Ex.: enzima anidrase carbônica com o
medicamento celecoxibe no seu sítio ativo (de
ligação)
Mesmo assim, o sítio de ligação seleciona
moléculas específicas (discrimina) - interações
são ESPECÍFICAS
Uma proteína pode ter um sítio de ligação
flexível, que permite a ligação de algumas
moléculas específicas, com diferentes graus de
afinidade
Encaixe induzido - adaptação estrutural de uma
proteína para fixação de um ligante no sítio
atívo (induzida por ele)
As mudanças na forma de uma proteína são
essenciais para sua função (forma segue função)
Mudança ALOSTÉRICA - um ligante se liga a
outro sítio ativo em sua estrutura, causando
mudança na conformação: pode ser tão
drástica que o outro sítio ativo não se liga mais
às moléculas de antes (importante na regulação
da função de proteínas)
Outras mudanças na proteína também regulam
sua função (reações de fosforilação ou
glicosilação)
Em complexos de proteínas com várias
subunidades, uma mudança na forma de uma
delas pode afetar a conformação das outras
Hemoglobina e Mioglobina
Provavelmente as moléculas mais estudadas do
mundo
Primeiras a terem sua estrutura tridimensional
conhecida
Fazem reações reversíveis de ligação ao gás
oxigênio (O2)
Hemoglobina (Hb)
Como o oxigênio é pouco solúvel, em uma
solução aquosa (neste caso, o sangue), as
proteínas de hemoglobina cumprem a função
de carregar a molécula e fazer seu transporte
Presente em massa nas hemácias/eritrócitos,
células especializdas no transporte de O2 (34%
do peso total é Hb)
Proteína tetramérica - formada por 4
subunidades (2 cadeias alfa, 2 cadeias beta)
Quase esférica
Possui 4 grupos heme
Grupo heme - parte não-proteica que constitui
parte da estrutura quaternária destas proteínas,
e é capaz de se ligar ao oxigênio molecular,
carregando-o dentro da proteína
Como não existem cadeias laterais de
aminoácido capazes de se ligar ao oxigênio,
precisamos do grupo heme (com um metal de
transição, o ferro) para fazer esta ligação
Metais de transição se ligam facilmente ao
oxigênio, mas se estivessem livres, gerariam
espécies reativas de hidrogênio que causariam
oxidação e destruição de estruturas no
organismo
(!) O monóxido de carbono tem mais afinidade
à hemoglobina do que o oxigênio - toma o
espaço da ligação, inutiliza a hemoglobina, e
pode causar um tipo de asfixia
GRUPO PROSTÉTICO - composto associado
permanentemente a uma proteína, essencial
para sua função
O grupo heme é um anel de protoporfirina,
com um átomo de ferro complexado (ligado) ao
seu centro
Mioglobina
Encontrada no tecido muscular de mamíferos,
armazena O2 para situações em que o influxo
de oxigênio da respiração não é suficiente para
manter o movimento
Comparação entre a mioglobina e a
subunidade beta da hemoglobina
Ambas têm o grupo heme no interior da
molécula
Mecanismo de Funcionamento da
Hemoglobina
Como a Hemoglobina é uma proteína alostérica,
os ligantes desta proteína causam mudanças na
sua forma geral
A hemoglobina possui dois tipos de estados
conformacionais: Tenso (T) e Relaxado (R)
A ligação do O2 às subunidades da Hb no estado
Tenso desencadeia a mudança para o estado
Relaxado
A interação com este ligante altera as
propriedades de ligação de outros sítios da
mesma proteína
A Hb também carrega o gás dióxido de carbono
(CO2), de forma inversamente proporcional à
ligação com o O2
CO2 liga-se como um grupo carbamato ao
grupo amino do fim N-terminal
Carbamatos formam pontes salinas adicionais -
auxiliam na fização do estado Tenso e
promovem a liberação do O2 (conforme a
concentração de cada gás no sangue)
2,3-bifosfoglicerato (BPG)
Também se liga à Hb para impedir a ligação do
O2
Presente em alta concentração nos eritrócitos
1 BPG ligado para cada Hb - estabiliza o estado
Tenso
Excesso de BPG - hipóxia (deficiência de
oxigênio no cérebro) e funcionamento
inadequado dos pulmões
Efeito do BPG sobre a ligação do O2 à Hb: