Aminoacidos, Peptideos e introdução a proteina

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Gustavo Dall’Orto Giuriato – MEDFIMCA TXVII
· Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas: 
· Introdução ao conteúdo:
 A proteína controla praticamente todos os processos que ocorrem em uma célula, sendo também as macromoléculas mais abundantes nas mesmas, ocorrendo em todas as células e todas as partes. Sabemos também, que ela é o meio pelo qual a informação genica é expressa, com uma grande diversidade e variedade em uma única célula. 
 Subunidades monoméricas extremamente simples formam a chave da estrutura de milhares de proteínas diferentes. Nesse sentido, ressalta-se que as proteínas de cada organismo, da mais simples das bactérias aos seres humanos, são construídas a partir do mesmo conjunto onipresente de 20 aminoácidos.
 Cada aminoácido tem uma cadeia lateral, com propriedades químicas características, esse grupo de 20 moléculas precursoras pode ser considerado o alfabeto no qual a linguagem da estrutura proteica é lida. Dessa forma, para gerar determinada proteína, os aminoácidos se ligam de modo covalente em uma sequencia linear característica.
 O mais marcante é que as células produzem proteínas com propriedades e atividades completamente diferentes ligando os mesmos 20 aminoácidos em combinações e sequências muito diferentes. A partir desses blocos de construção, diferentes organismos podem gerar produtos tão diversos como enzimas, hormônios, anticorpos, fibras musculares, proteínas das lentes dos olhos, antibióticos, ou inúmeras outras substâncias com atividades biológicas distintas.
 Com isso, ressalta-se que entre esses produtos de proteínas, as enzimas são as mais variadas e especializadas. Como catalisadoras de quase todas as reações celulares, as enzimas são uma das chaves para compreensão da química da vida.
· Aminoácidos: 
 As proteínas são polímeros de aminoácido, ou seja, um grande agregado de monômeros, os aminoácidos, que formam um polímero, a proteína. Com cada resíduo de aminoácido unido ao seu vizinho por um tipo especifico de ligação covalente.
Observação: o termo “resíduo” reflete a perda de elementos de água quando um aminoácido é unido a outro. 
· Os aminoácidos compartilham características comuns: 
 Todos os 20 tipos de aminoácidos comuns possuem um grupo carboxila e um grupo amina ligados ao mesmo átomo de carbono. 
Carboxila
 
Centro quiral, isso é ligado a quatro grupos diferentes
Amina
 Em decorrência do arranjo tetraédrico dos arranjos orbitais do átomo de carbono, ocorre isomeria ótica, fazendo com que cada um dos quatro grupos ligado ao carbono possa ocupar dois arranjos espaciais únicos. 
 Portanto, os aminoácidos têm dois estereoisômeros possíveis. Uma vez que elas são imagens especulares não sobreponíveis uma da outra as duas formas representam uma classe de estereoisômeros denominada enantiômeros. 
Com exceção da glicina, os demais aminoácidos são compostos opticamente ativos. 
 
Imagem representando esses estereoisômeros com a L-alanina e D-alanina:
Os 20 aminoacidos principais:
 Os aminoácidos podem ser divididos em aminoácidos essenciais, e aminoácidos não essenciais, ou seja, para os essenciais, o organismo humano não é capaz de produzi-los, e por isso é necessária a sua ingestão através dos alimentos para evitar a sua deficiência no organismo, já para os não essenciais são aqueles que o nosso organismo consegue produzir
Os aminoácidos podem ser divididos em essenciais e não essenciais.
 Os aminoácidos essências nosso corpo não produz, sendo necessário complementa-los ao organismo com uma alimentação. 
Os aminoácidos não essenciais o próprio corpo produz.
· Aminoácidos podem ser classificados quanto ao seu grupo R:
 Os aminoácidos podem ser classificados em cinco classes principais com base nas propriedades dos seus grupos R, particularmente sua polaridade ou tendência para interagir com a água em pH biológico.
Observação: Alguns aminoácidos são um pouco difíceis de caracterizar ou não se encaixam perfeitamente em qualquer grupo, particularmente glicina, histidina e cisteína.
--A glicina é o único aminoácido que não possui um centro quiral e não possui formas estereoisômeras. --A cisteína é o único aminoácido cuja cadeia lateral é capaz de fazer ligações covalentes e com isso, pode contribuir para a estrutura da proteína. --A prolina não é um aminoácido típico, e sim um iminoácido, uma vez que seu Cα e seu Nα fazem parte de um anel heterocíclico da molécula.
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Além dos 20 aminoácidos comuns, as proteínas podem conter resíduos criados por modificações de resíduos comuns já incorporados em um polipeptídeo. 
4-hidroxiprolina, 5-hidroxilisina, 6-N-metil-lisina, g-carboxiglutamato, desmosina, selenocisteína.
	
· Os aminoácidos podem atuar como ácidos ou bases:
 Os aminoácidos variam em suas propriedades acidobásicas e têm curvas de titulação características. 
 Aminoácidos com grupos R ionizáveis têm espécies iônicas adicionais, dependendo do pH do meio e do pKa do grupo R.
‘’Os aminoácidos são substâncias anfóteras, ou seja, pode atuar como ácidos ou como bases. Existem dois grupos ácidos fortes ionizados, um –COOH e um –NH3+. Em solução essas duas formas estão em equilíbrio protônico. Assim, dependendo do meio, os aminoácidos podem atuar como ácidos (protonado, podendo doar prótons), neutros (a forma protonada e a forma receptora de prótons em equilíbrio) e base (base conjugada do ácido correspondente, ou seja, perdeu prótons, e agora é receptora deles).’’
· Peptídeos:
 Duas moléculas de aminoácidos podem ser ligadas de modo covalente por meio de uma ligação denominada ligação peptídica, a fim de produzir um dipeptídeo. Tal ligação é formada pela remoção de elementos de água (desidratação) do grupo a-carboxila de um aminoácido e do grupo a-amino do outro
Formação de uma ligação peptídica por condensação:
 
 Quando alguns aminoácidos se ligam desse modo, a estrutura é chamada de oligopeptídeo. Quando muitos aminoácidos se ligam, o produto é chamado de polipeptídeo. Quando uma sequência de aminoácidos de um peptídeo, polipeptídeo ou proteína é exibida, a extremidade aminoterminal é localizada à esquerda e a extremidade carboxiterminal à direita. A sequência é lida da esquerda para a direita, começando com a extremidade aminoterminal.
 Alguns peptídeos tem funções biologicamente ativas, por exemplo muitos pequenos peptídeos exercem seus efeitos em concentrações muito baixas. Nesse sentido, vários hormônios são peptídeos pequenos, como a ocitocina secretada pela neurohipofise e estimula as contrações uterinas, e o fator de libração da tireotropina um estimulador da tireoide ou a bradicinina, que funciona para vasodilatação e inflamação. 
‘’Aminoácidos podem ser unidos de modo covalente por meio de ligações peptídicas para formar peptídeos e proteínas. As células geralmente contêm milhares de proteínas diferentes, cada uma com uma atividade biológica diferente. Proteínas podem ser cadeias peptídicas muito longas de 100 a muitos milhares de resíduos de aminoácidos. 
Entretanto, alguns peptídeos que ocorrem naturalmente possuem apenas alguns poucos resíduos de aminoácidos. Algumas proteínas são compostas por várias cadeias polipeptídicas associadas de modo não covalente, chamadas de subunidades. Proteínas simples produzem, por hidrólise, apenas aminoácidos; proteínas conjugadas contêm além deles, al- guns outros componentes, tais como um metal ou um grupo prostético.’’
· Proteínas:
· Algumas proteínas tem outros grupos químicos além dos aminoácidos:
Existem as proteínas simples, compostas unicamente pelos aminoácidos. No entanto, algumas proteínas contem componentes químicos permanentemente associados, além dos aminoácidos, são as chamadas proteínas conjugadas, sendo classificadas de acordo com a naturezaquímica do grupo protético, ou seja, do grupo associado a proteína.
 Por exemplo, lipoproteínas contêm lipídeos, glicoproteínas contêm grupos de açúcares e metaloproteínas contêm um metal específico. Algumas proteínas contêm mais de um grupo prostético. Normalmente o grupo prostético desempenha um papel importante na função biológica da proteína. 
‘’O que torna uma proteína uma enzima, outra um hormônio, outra uma proteína estrutural e ainda outra um anticorpo? Como elas diferem quimicamente? As distinções mais óbvias são estruturais, e agora será abordada a estrutura das proteínas.’’
· As estruturas das proteínas:
 Proteínas podem ser descritas em vários níveis de complexidade, arranjadas em um tipo de hierarquia conceitual. Quatro níveis de estrutura proteica são comumente definidos:
· Estrutura Primária:
 A estrutura primária corresponde à sequência linear dos aminoácidos unidos por ligações peptídicas.
 Em algumas proteínas, a substituição de um aminoácido por outro pode causar doenças e até mesmo levar à morte.
· Estrutura Secundaria:
A estrutura secundária corresponde ao primeiro nível de enrolamento helicoidal.
É caracterizada por padrões regulares e repetitivos que ocorrem localmente, causada pela atração entre certos átomos de aminoácidos próximos.
Os dois arranjos locais mais comuns que correspondem a estrutura secundária são a alfa-hélice e a beta-folha ou beta-pregueada.
· Conformação alfa-hélice: caracterizada por um arranjo tridimensional em que a cadeia polipeptídica assume conformação helicoidal ao redor de um eixo imaginário. Na qual seu enovelamento é estabilizado por pontes de hidrogênio entre átomos das ligações peptídicas de qualquer aminoácido, com exceção da prolina. Vale ressaltar que as cadeias laterais de aminoácido estão voltada para fora da hélice.
· Conformação beta-folha: ocorre quando a cadeia polipeptídica estende-se em zig-zag e podem ficar dispostas lado a lado.
· O que são os motivos dedos de zinco?
No motivo clássico do dedo do zinco, duas β-folhas antiparalelas e uma α-hélice são reunidas pelo íon do zinco.
 Eles parecem estar envolvidos na homeostase intracelular do zinco e na regulação da apoptose ou morte celular programada. Além disso, existem algumas proteínas com ZF que funcionam como acompanhantes para dobrar ou transportar outras proteínas.
 A ligação lipídica e um papel fundamental nas interações proteína-proteína também são funções proeminentes dos domínios ZF em algumas proteínas.
Todas as proteínas são feitas de unidades básicas da estrutura secundária, α-hélice ou β-folhas, determinadas pela ligação do hidrogênio entre os ácidos aminados dentro de uma corrente do peptide. Em uma escala maior, as estruturas são formadas pela combinação destas estruturas secundárias, e estas podem formar as estruturas ‘’super secundaria’’ conhecidas como “motivos”.
· Estrutura Terciaria:
 A estrutura terciária corresponde ao dobramento da cadeia polipeptídica sobre si mesma.
 Na estrutura terciária, a proteína assume uma forma tridimensional específica devido o enovelamento global de toda a cadeia polipeptídica.
 Interações de grupo R que contribuem para a estrutura terciária incluem ligações de hidrogênio, ligações iônicas, interações dipolo-dipolo, ligação iônica e forças de dispersão London – basicamente, toda a gama de ligações não-covalentes.
 Por exemplo, grupos de R com cargas iguais repelem-se uns aos outros, enquanto aqueles com cargas opostas podem formar uma ligação iônica. Da mesma forma, grupos de R polares podem formar ligações de hidrogênio e outras interações dipolo-dipolo. Também importante para a estrutura terciária são as interações hidrofóbicas, nas quais aminoácidos não polares, grupos hidrofóbicos R juntam-se no interior da proteína, deixando aminoácidos hidrofílicos no exterior para interagir com as moléculas de água do entorno.
 Por fim, existe um tipo especial de ligação covalente que pode contribuir para a estrutura terciária: a ligação dissulfeto. 
 As ligações dissulfeto, ligações covalentes entre as cadeias laterais de cisteínas contendo enxofre, são muito mais fortes que os outros tipos de ligações que contribuem para a estrutura terciária. Elas atuam como "pinos moleculares de segurança", mantendo partes específicas do polipeptídeo firmemente presas uma à outra. E só podem ser rompidas por agentes redutores.
· Estrutura Quaternária:
 Enquanto muitas proteínas são formadas por uma única cadeia polipeptídica. Outras, são constituídas por mais de uma cadeia polipeptídica.
 A estrutura quaternária corresponde a duas ou mais cadeias polipeptídicas, idênticas ou não, que se agrupam e se ajustam para formar a estrutura total da proteína. 
 Por exemplo, a molécula da insulina é composta por duas cadeias interligadas. Enquanto, a hemoglobina é composta por quatro cadeias polipeptídicas.
 Em geral, os mesmos tipos de interações que contribuem para a estrutura terciária (principalmente interações fracas, como ligações de hidrogênio e forças de dispersão de London) também mantêm as subunidades juntas para formar a estrutura quaternária.
 Vale ressaltar que cerca de 20 a 30% das proteínas humanas são polimórficas, ou seja, possui variações nas sequencias de aminoácidos na população humana. Muitas dessas variações na sequência têm pouco ou nenhum efeito na função da proteína.
 Embora a sequência de aminoácidos em algumas regiões da estrutura primária possa variar consideravelmente sem afetar a função biológica, a maior parte das proteínas contém regiões cruciais que são essenciais para suas funções e cuja sequência é, portanto, conservada. A fração da sequência geral que é crítica varia de proteína para proteína, complicando a tarefa de relacionar a sequência à estrutura tridimensional, e a estrutura à função.
· Desnaturação das Proteínas:
 Cada proteína tem sua própria forma. Se a temperatura ou o pH do ambiente de uma proteína são alterados, ou se ela é exposta a substâncias químicas, essas interações podem ser interrompidas, fazendo com que a proteína perca sua estrutura tridimensional e torne-se uma sequência de caracteres não-estruturada de aminoácidos. Quando uma proteína perde sua estrutura de ordem superior, mas não sua sequência primária, é chamada de desnaturada. As proteínas desnaturadas são geralmente não-funcionais.
 Em algumas proteínas a desnaturação é reversível, em outras permanente. Algumas proteínas podem reenovelar após a desnaturação. Uma vez que essas proteínas podem, por si mesmas, ir de não-estruturadas a reenoveladas, suas sequências de aminoácidos devem conter toda a informação necessária para o seu reenovelamento. No entanto, nem todas as proteínas são capazes desse truque, e parece ser mais complicado entender o modo como as proteínas se enovelam normalmente numa célula. Muitas proteínas não se enovelam sozinhas, mas precisam da assistência de uma proteína chaperona (chaperoninas).