Cap1-PDF1_Agua,pH,proteinas

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Ins$tuto Superior de Engenharia de Coimbra
Engenharia Biomédica
Bioquímica e 
Biologia Molecular
VITOR FRANCISCO
francisco.vms@isec.pt
2022-2023
Vitor Francisco
2022/2023
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
1. Bioquímica estrutural
1.1. Meio aquoso, solubilidade e pH
1.2. Estrutura e função das principais macromoléculas biológicas: 
Proteínas, hidratos de carbono, lípidos e ácidos nucleicos.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
• Água é a substancia mais abundante nos sistemas vivos, consFtuindo cerca de 70% do 
peso da maioria dos organismos.
• Os dois átomos de hidrogénio têm cargas parciais posiFvas localizadas (d+) e o átomo de 
oxigénio tem carga parcial negaFva (2d–) – molecula polar, resultando numa atração 
electrostáFca designada de ligação de hidrogénio.
• A ruptura de uma ligação de hidrogênio na água líquida requer apenas cerca de 4,5 
kcal/mol, menos de 5% da energia necessária para romper uma ligação covalente O—H.
Meio Aquoso
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
• As ligações de hidrogénio não são exclusivas para a
molécula de água. Elas formam-se também entre um
átomo eletronegaFvo (receptor de hidrogénio,
geralmente oxigénio, flúor ou nitrogénio) e um átomo
de hidrogénio ligado covalentemente a outro átomo
eletronegaFvo (doador de hidrogénio) na mesma
molécula ou noutra.
• Átomos de hidrogénio covalentemente ligados a átomos
de carbono não parFcipam nas ligações de hidrogénio.
Recetor de hidrogénio
Doador de hidrogénio
<Forte | Fraca >
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
• As pontes de hidrogénio são suficientemente fortes para serem úteis para as 
macromoléculas, mas fracas para serem reversíveis.
Os quatro Fpos de interações não covalentes
(“fracas”) entre biomoléculas em solvente aquoso
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
O número de moléculas de água ordenadas e, portanto, a
magnitude da redução da entropia são proporcionais à área
da super_cie do soluto hidrofóbico reFdo dentro da “gaiola”
de moléculas de água. A variação de energia livre para a
dissolução de um soluto apolar é, portanto, desfavorável:
DG = DH – TDS, onde DH tem valor posiFvo, DS tem valor
negaFvo e DG é posiFvo.
Solubilidade - Compostos apolares forçam mudanças
energeJcamente desfavoráveis na estrutura da água.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Solutos afetam as propriedades coligaJvas de soluções aquosas
Pressão osmóJca,Π , medida como a força
necessária para resisFr ao movimento da água,
é aproximada pela equação de van’t Hoff:
Π = 𝑖𝑐𝑅𝑇
R é a constante dos gases e T a temperatura
absoluta. O símbolo i é fator de van’t Hoff, que
é a medida de quanto de soluto se dissocia em
duas ou mais espécies iónicas. O termo ic é a
osmolaridade da solução, o produto do fator
de van’t Hoff i e a concentração molar do
soluto c.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Agua é um excelente nucleófilo
As reações metabólicas geralmente envolvem o ataque de pares de eletrões solitários que
residem em moléculas ricas em eletrões, denominadas nucleófilos, sobre átomos pobres
em eletrões, denominados eletrófilos.
Outros nucleófilos de importância biológica incluem os átomos
de oxigénio de fosfatos, álcoois e ácidos carboxílicos; o enxofre
dos Fóis; e os átomos de nitrogénio das aminas e do anel
imidazólico da hisFdina.
O ataque nucleo_lico pela água normalmente resulta na clivagem das ligações amida,
glicosídica ou éster que mantêm os biopolímeros juntos - Hidrólise.
Por outro lado, quando unidades monoméricas como aminoácidos ou monossacarídeos
são unidas ou condensadas para formar biopolímeros, como proteínas ou amido, a água é
um produto.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Moléculas de água exibem uma leve, mas importante tendência para se dissociar
A capacidade da água de ionizar, embora pequena, é de importância central para a vida.
Como a água pode atuar tanto como ácido quanto como base, a sua ionização pode ser
representada como uma transferência intermolecular de protões que forma um ião
hidrónio (H3O+) e um ião hidróxido (OH-):
O grau de ionização da água no equilíbrio é baixo; a 25 oC somente duas entre 109
moléculas na água pura são ionizadas a cada momento. A constante de equilíbrio para a
ionização reversível da água é:
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Escala de pH
O produto iónico da água, Kw, é a base para a escala de pH 
Produto iónico da água
Na água pura a 25 oC, a concentração de água é 55.5 M
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Ácidos e bases fracas
Os ácidos e bases fracas estão presentes em sistemas biológicos e desempenham
papeis importantes no metabolismo e na sua regulação.
Cada ácido tem uma tendência caracterísFca de perder o seu protão em uma solução
aquosa, e quanto mais forte for o ácido, maior a tendência para perder o seu protão.
As constantes de equilíbrio para as reações de ionização são
comumente chamadas de constantes de ionização ou
constantes de dissociação ácidas, Ka
Como os valores numéricos de Ka para ácidos fracos são 
números exponenciais negaFvos, escrevemos Ka como pKa.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Pares conjugados ácido-base consistem em um doador de protões e um 
aceitador de protões
A força dos ácidos fracos é expressa por pKa, o logaritmo negaFvo da constante de dissociação
ácida. Ácidos fortes têm valores de pKa baixos e ácidos fracos têm valores de pKa altos.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
Capacidade tampão de ácidos e bases fracos
• Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH, e logo uma pequena
mudança no pH produz uma grande mudança na velocidade do processo.
• As enzimas que catalisam reações celulares, e muitas das moléculas nas quais elas agem,
contêm grupos ionizáveis com valores de pKa caracterísFcos. Os grupos amino e
carboxilo protonados de aminoácidos e os grupos fosfato de nucleóFdos, por exemplo,
agem como ácidos fracos; o seu estado iónico é determinado pelo pH do meio
circundante.
• Tampões são sistemas aquosos que tendem a resisFr
a mudanças de pH quando pequenas quanFdades de
ácido (H+) ou base (OH-) são adicionadas. Um
sistema tampão consiste num ácido fraco (o doador
de protões) e sua base conjugada (o aceitador de
protões).
Exemplo: uma mistura de concentrações iguais de 
ácido acéFco e ioes acetato. 
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
A equação de Henderson-Hasselbalch descreve o comportamento de 
ácidos fracos e tampões
A equação de Henderson-Hasselbalch relaciona o pH, o pKa e a concentração do tampão.
Quando o ácido está 50% dissociado ➞
A forma da curva de Ftulação de qualquer ácido fraco é descrita pela equação de
Henderson-Hasselbalch, que é importante para entender as ações do tampão e do
equilíbrio ácido-base no sangue e nos tecidos.
Resolver para [H+] ➞
Usar logaritmo ➞
Subs>tuir por pH e pKa➞
Inverter –log [HA]/[A-]➞
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
A influência do pH nas células
Os fluidos intracelulares ou extracelulares de organismos mulFcelulares têm como
caracterísFca um pH quase constante. A primeira linha de defesa dos organismos contra
mudanças internas de pH é proporcionada por sistemas tampão.
O citoplasma da grande maioria das células contém altas concentrações de proteínas e essas
proteínas contêm muitos aminoácidos com grupos funcionais que são ácidos fracos ou bases
fracas.
Ionização da his,dina. O aminoácido his>dina, um
componente das proteínas, é um ácido fraco. O pKa
do nitrogénio protonado da cadeia lateral é 6,0.
Cap1 – 1.1 Vitor Francisco2022/2023
O que se deve saber do capítulo:
• Descrever as propriedades da agua que estão envolvidas na tensão superficial, 
viscosidade e estado liquido.
• Representar as estruturas dos compostos orgânicos que podem servir como 
doadores ou aceitadores de hidrogénio.
• Explicar o papel da entropia na associação e orientação das moléculas.
• Explicar a relação do pH na acidez, alcalinidade que caracterizam os ácidos fortes e 
fracos.
• Saber calcular mudanças de pH aquando da adição de quanFdades de acido ou base 
a uma solução tamponada.
• Qual o papelde soluções tampão.
• Saber usar a equação de Henderson-Hasselbalch.
Cap1 – 1.2 Vitor Francisco2022/2023
1. Bioquímica estrutural
1.1. Meio aquoso, solubilidade e pH
1.2. Estrutura e função das principais macromoléculas biológicas: 
Proteínas, hidratos de carbono, lípidos e ácidos nucleicos.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Proteínas
• As proteínas são as macromoléculas biológicas mais abundantes, estando presentes em 
todas as células e em todas as partes das células.
• As proteínas são os instrumentos moleculares pelos quais a informação genéFca é 
expressa.
• As proteínas de cada organismo, tanto do mais simples como as bactérias, como os 
seres humanos, são construídas a parFr de mesmo conjunto de 20 aminoácidos.
• A parFr dos aa, diferentes organismos podem sinteFzar: enzimas, anFcorpos, 
transportadores, fibras musculares, penas, teias de aranha, chifres de rinocerontes, 
proteínas do leite, anFbióFcos, venenos e um conjunto alargado de outras substâncias
com aFvidades biológicas disFntas.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Arquitetura proteica: Aminoácidos
• Proteinas são longos polímeros de resíduos de aminoácidos ligados através de ligação
pepldica.
• O primeiro aa a ser descoberto foi a asparagina, em 1806. O úlFmo dos 20 a ser
descoberto (treonina) foi idenFficado em 1938.
• O termo “resíduo” reflete a perda de elementos de água quando um aminoácido é unido
a outro.
• Ligação pepldica é uma ligação que ocorre entre um grupo carboxilo de um aminoácido e
um grupo amina de outro aminoácido. O grupo funcional resultante é uma amida.
• Para todos os aminoácidos comuns, exceto a glicina, o carbono-a (centro quiral) está
ligado a quatro grupos diferentes: um grupo carboxilo, um grupo amino, um grupo R e um
átomo de hidrogénio.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Quase todos os compostos biológicos com centro quiral ocorrem naturalmente em
apenas uma forma estereoisomérica, Dou L.
• Os resíduos de aa em moléculas proteicas são exclusivamente estereoisómeros L.
• Os resíduos de D-aminoácidos foram encontrados apenas em alguns pepldeos (de
algumas bacterias (pepFdoglicanos) e em certos anFbioFcos)
• As células são capazes de sinteFzar especificamente os isómeros L de aminoácidos
porque os síFos aFvos de enzimas são assimétricos, tornando estereoespecíficas.
• Duas convenções são uFlizadas para idenFficar os carbonos em um aminoácido.
• Carbonos adicionais do grupo R são designados como b, g, d, e,etc
aparFr do carbono a.
• Numeração aparFr de uma extremidade, sendo a mais alta prioridade
(C-1) do carbono contendo o átomo com maior numero atómico.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Em seis aminoácidos (C, H, I, M, S, V), a primeira letra do nome do aminoácido é única e,
portanto, uFlizada como o símbolo.
• Em cinco aa (A, G, L, P, T), a primeira letra não é única, mas é atribuída ao aminoácido
mais comum em proteínas (por ex: leucina é mais comum do que lisina).
• Em quatro aa (R, F, Y, W), a letra uFlizada é foneFcamente sugesFva (aRginina,
Fenilalanina, Frosina [do inglês tYrosine], triptofano [do inglês tWiptophan]).
• Em quatro aa (D, N, E, Q), foram atribuídas letras encontradas nos nomes ou sugeridas
por eles (aspárFco [do inglês asparDic], asparagiNa, glutâmico [do inglês glutamEke],
glutamina [do inglês Q-tamine]).
• A Lisina, é a letra K porque era a mais próxima de L.
Aminoácidos - Abreviações
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Aminoácidos podem ser classificados pelo grupo R
• Os aminoácidos podem ser agrupados pelas propriedades dos seus grupos R,
parFcularmente pela polaridade ou tendência para interagir com a agua em pH
fisiológico.
• As propriedades e sequência dos aminoácidos condiciona a estrutura final da
cadeia polipepldica e, por consequência, a função da proteína.
• Os aminoácidos podem ser classificados em :
- Grupos R apolares, alifáJcos
- Grupos R aromáJcos
- Grupos R polares, não carregados
- Grupos R carregados posiJvamente (básicos)
- Grupos R carregados negaJvamente (ácidos)
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• As cadeias laterais de alanina, valina,
leucina e isoleucina tendem a se
agrupar no interior de proteínas,
estabilizando a estrutura proteica por
meio de interações hidrofóbicas.
• O grupo amino secundário (imino) de
resíduos de prolina é manFdo em
uma configuração rígida que reduz a
flexibilidade estrutural de regiões
polipepldicas contendo prolina.
• A glicina nao contribui realmente para interaçoes hidrofobicas por ter cadeia lateral muito
pequena, e torna a proteina mais flexivel.
• Isoleucina apresentam dois carbonos quirais e, podem, por isso, apresentar 4
estereoisómeros.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Todos os aa tem cadeias laterais
aromáFcas, são relaFvamente apolares e
podem parFcipar em interacoes
hidrofobicas.
• O grupo hidroxila da Frosina pode formar
ligações de hidrogénio e é um importante
grupo funcional em algumas enzimas.
• A Frosina e o triptofano são
significaFvamente mais polares do que a
fenilalanina, devido ao grupo hidroxilo da
Frosina e ao nitrogénio do anel indol do
triptofano.
• O triptofano, a Frosina e, em menor
extensão, a fenilalanina, absorvem a luz
ultravioleta.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Aminoácidos com grupos polares hidroxilo (serina, treonina) ou amida (asparagina e
glutamina).
• A cisteína é um caso isolado porque a sua polaridade, devida ao seu grupo sulfidrilo, é
bastante modesta. É facilmente oxidada (forma cisFna), e é um acido fraco podendo
fazer ligações fracas de hidrogénio com o O2 ou N2.
• As ligações dissulfeto desempenham um papel
especial nas estruturas de muitas proteínas pela
formação de ligações covalentes entre partes de
uma molécula polipepldica ou entre duas
cadeias polipepldicas diferentes.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Aminoácidos que possuem um grupo R com carga posiFva – grupo amina primário
(Lisina), grupo guanidínico (Arginina) e grupo imidazólico (HisFdina), e comportam-se
como bases.
• A lisina e a arginina tem carga posiFva a pH 7.
• A hisFdina (pKa próximo da neutralidade) pode ter carga posiFva ou neutra a pH 7.
• Facilitam reações catalisadas por enzimas, funcionando como dadores/recetores de
protões.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Aminoácidos que possuem grupos carboxilo que estão carregados negaFvamente a pH
7 e comportam-se como ácidos.
• Os resíduos de aspartato e glutamato parFcipam na estabilização das estruturas
tridimensionais proteicas por pontes salinas
• São encontrados em centros aFvos de diversas enzimas, umas vezes contribuindo para
a ligação do substrato, outras vezes parFcipando na reação catalisada.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Os grupos amino e carboxilo de aminoácidos, em
conjunto com os grupos ionizáveis R de alguns
aminoácidos, funcionam como ácidos e bases
fracos.
Quando um aminoácido sem um grupo R ionizável
é dissolvido em água em pH neutro, ele permanece
na solução como um iao bipolar, ou zwiterião (do
alemão “íão híbrido”), que pode agir como ácido ou
base (compostos anfotéricos).
Aminoácidos podem funcionar como ácidos e bases
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Curva de Jtulação de aminoácidos
• Na curva Ftulação de um aa, cada uma das
fases da curva assemelha-se ao formato de
uma curva de Ftulação de um ácido
monopróFco.
• Os aminoácidos com cadeias laterias não
ionizáveis são dipróJcos, enquanto os que
possuem grupos R ionizáveis são tripróJcos.
• O grupo acídico (fraco) poderá estar protonado
(COOH) ou desprotonado (COO-). O mesmo se
aplica ao grupo amina (NH3+/NH2) e às cadeias
laterais (no caso de aminoácidos com cadeias
laterais ionizáveis: (RCOOH/RCOO-) e
(RNH3+/RNH2).
• A azul encontra-se as duas zonas tampão do aa
(+-1unidade de pH) e pode ser usada a equação
de Henderson-Hasselbalch.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas VitorFrancisco2022/2023
• O pH caracterísFco no qual a carga elétrica final é zero é chamado de ponto isoelétrico
ou pH isoelétrico, designado por pI.
• Em aa sem grupos R ionizáveis, o pI é simplesmente a média aritméFca dos dois
valores de pKa
• Aminoacidos com carga final negaFva em qualquer pH acima do seu pI irá se deslocar na
direção do eletrodo posiFvo (o ânodo) quando colocada em um campo elétrico, e vice-
versa.
• Para aminoácidos com grupos R não ionizáveis (aminoácidos dibásicos) destacam-se dois 
pontos na curva de Ftulação que correspondem, cada um, ao pKa de um dos grupos 
amina ou carboxilo:
- pKa do grupo carboxilo (COO-) – corresponde ao pH em que 50% do aminoácido
existe na forma de zwiterião e na forma caFónica, obtendo-se um valor ácido.
- pKa do grupo amina (NH3+) – corresponde ao pH em que 50% do aminoácido
existe na forma aniónica e na forma de zwiterião, tendo um valor básico.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Os valores de pKa para os grupos ionizáveis na glicina são mais baixos do que aqueles dos
grupos simples de carboxilo e o amino subsFtuídos por meFl. Essas perturbações do pKa
devem-se a interações intramoleculares.
Efeito do ambiente químico no pKa
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Efeito do ambiente químico no pKa
Aminoácidos têm valores de pKa muito semelhantes, mas não idênFcos. 
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Os aminoácidos com um grupo R ionizável têm curvas de Ftulação mais complexas, com
três estágios correspondendo às três etapas possíveis de ionização, pK1, pKR e pK2
• O pI da hisFdina, com dois grupos posiFvamente carregados quando protonados, é de
7,59 (a média dos valores de pKa dos grupos amina e imidazol), muito mais alto que a
glicina.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• O consumo de plantas que contêm certos
aminoácidos não proteicos pode afetar
adversamente a saúde humana.
• Existem cerca de mais 300 aminoácidos que
foram encontrados nas células, que podem
ter funções como intermediários
(metabolitos), ou presentes em proteínas da
parede celular de vegetais ou em tecidos.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Arquitetura proteica: PépJdos
• Duas moléculas de aminoácidos podem ser ligadas de modo covalente por meio de
uma ligação amida subsFtuída, denominada ligação pepddica, a fim de produzir um
dipépFdo.
• A ligação é formada pela remoção de elementos de água (desidratação) do grupo a-
carboxílico de um aminoácido e do grupo a-amina de outro aminoácido.
• O grupo a-amina de um aminoácido (com grupo R2) atua como nucleófilo para deslocar
o grupo hidroxilo de outro aminoácido (com grupo R1).
• Em condições fisiológicas esta reação não é espontânea, sendo necessário fornecer
energia sob a forma de ATP para que o processo ocorra.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Ligação pepddica
• Os pépFdos são nomeados aparFr do resíduo aminoterminal, que por convenção é
colocado à esquerda.
• A sequência é lida da esquerda para a direita, começando com a extremidade
aminoterminal.
• Embora a hidrólise de uma ligação pepldica seja uma reação exotérmica, ocorre
lentamente porque tem uma elevada energia de aFvação.
Como resultado, as ligações pepldicas em proteínas são muito estáveis,
com tempo de meia-vida média (t1/2) de cerca de 7 anos na maioria das
condições intracelulares.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• PépFdos contêm apenas um grupo a-amino e um grupo a-carboxílico livres, em
extremidades opostas da cadeia.
• Os grupos a-amina e a-carboxilo de todos os aminoácidos não terminais são ligados
covalentemente nas ligações pepldicas, e como não se ionizam não contribuem para o
comportamento acido-básico total dos pepldeos - sao os grupos R ionizaveis que
contribuem para as propriedades acidobásicas gerais da molécula.
• O valor do pKa para um grupo R ionizável pode-se
alterar um pouco quando um aminoácido se torna
um resíduo em um pépFdo.
• A perda da carga nos grupos a-carboxilo e a-
amino, as interações com outros grupos R do
pépFdo e outros fatores ambientais podem afetar
o pKa .
Tamanho dos pépJdos:
DipépFdo – 2 aa
TetrapépFdo – 4aa
OligopépFdo – 12 a 20 aa
PolipépFdo - >20 aa
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• A ligação pepldica não roda – possui carácter de ligação dupla parcial.
• Como resultado do efeito de ressonância, a ligação pepldica é mais forte que uma
ligação simples.
• O oxigénio do grupo carbonilo possui uma carga parcial negaFva e o azoto do grupo
amida possui uma carga parcial posiFva, estabelecendo-se assim um pequeno dipole.
• A maioria das ligações pepldicas está na
configuração trans porque a configuração cis
é estericamente desfavorável.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• A semirigidez imposta da ligação pepldica tem consequências importantes para a
maneira pela qual os pepldeos e as proteínas se dobram para gerar ordens superiores
de estrutura.
• As setas castanhas circulares indicam rotação livre em torno das ligações
remanescentes do esqueleto polipepldico.
Ψ
(psi) 
φ (phi)
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
• Os diagramas de Ramachandran indicam quais as combinações dos ângulos de diedro
(Ψ (psi) versus φ (phi)) possíveis numa ligação pepldica e são semelhantes para todos
os aminoácidos.
• Casos especiais:
• Glicina: por ter H como cadeia lateral tem mais possibilidade de conformações.
• Prolina: único aa capaz de ter ligações cis e trans (tem a mesma energia).
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Arquitetura proteica: Proteínas
O que torna uma proteína numa enzima, uma hormona, uma proteína estrutural ou um 
anFcorpo? 
A estrutura da proteína
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Esquema genérico do ciclo de vida de uma proteina
A ubiquiFnação (9) afeta o processo celular regulando a degradação de proteínas (via
proteassoma e lisossoma), coordenando a localização celular de proteínas, aFvando e
inaFvando proteínas e modulando as interações proteína-proteína.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Purificação de proteinas
• Uma amostra pura é essencial para a determinação das propriedades e aFvidades de
uma proteína.
• Atraves das propriedades que variam de uma
proteína para outra, incluindo o tamanho, a carga e
as propriedades de ligação. Os métodos mais
eficientes para fracionar proteínas uFlizam a
cromatografia em coluna.
Visto que as células contêm milhares de diferentes
Fpos de proteínas, como uma proteína pode ser
purificada?
- Troca iónica
- Exclusão por tamanho
- Afinidade
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Cromatografia troca iónica Cromatografia exclusão por tamanho
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Cromatografia de afinidade HPLC
Métodos cromatográficos são
aperfeiçoados com a u>lização
de HPLC, ou cromatografia
líquida de alta eficiência. 
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Eletroforese
• Técnica importante para separação de proteínas (e nao purificação como a cromatografia)
baseia-se na migração de proteínas carregadas em um campo elétrico - eletroforese.
• Eletroforese também pode ser uFlizada para determinar propriedades cruciais de uma
proteína, tal como o ponto isoelétrico, e determinar a massa molecular.
Cada banda no gel (SDS-poliacrilamida) representa uma proteína diferente
(ou subunidade de proteína)
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Estrutura Primária
Estrutura primária: sequência linear de
resíduos de aminoácidos, determinada pela
informação genéFca (definida pelo mRNA) a
parFr da qual a proteína é transcrita, que se
mantém por ligações covalentes (pepldicas)
A diferença entre uma molécula de
hemoglobina normal e uma molécula
falciforme é de apenas 2 aminoácidos em
aproximadamente 600.
A alteração de apenas um aminoácido na
sequência de uma proteína pode afetar a
estrutura e a função geral da proteína.
Nesta estrutura são descritas as ligações
pepldicas entre os resíduos de aminoácidose
eventualmente, dependendo da proteína,
podem ser também descritas as pontes
dissulfeto.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Sequenciamento de proteínas desenvolvida por Pehr Edman. A ligação pepldica mais
próxima do aminoterminal da proteína ou polipepldeo é clivada em duas etapas. As duas
etapas são levadas a cabo sob condições de reação muito diferentes (condições básicas na
etapa ➊ e ácidas na etapa ➋, permiFndo que uma etapa prossiga até sua conclusão antes que
a segunda se inicie. O processo repete-se até que, Fpicamente, 40 resíduos de aminoácidos
sequenciais sejam idenFficados.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Após a hidrólise proteolíFca, uma solução proteica é injetada em um espectrómetro de
massa (MS-1). Os diferentes pepldeos são dispostos de modo que apenas um Fpo é
selecionado para análise adicional. O pépFdo selecionado é fragmentado em uma câmara
entre dois espectrómetros de massa, e a m/z (massa/carga) para cada fragmento é medida
no segundo espectrómetro de massa (MS-2).
Espectrometria de massa para determinar sequências de aminoácidos. 
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023
Síntese de pépJdos
Síntese química de um pepddeo em
um suporte de polímero insolúvel.
As reações ➊ a ➍ são necessárias
para a formação de cada ligação
pepldica. O grupo 9-
fluorenilmetoxicarbonila (Fmoc)
impede reações indesejadas no
grupo a-amino do resíduo. A síntese
química prossegue da terminação
carboxilo para a terminação amino, o
senFdo inverso da síntese proteica in
vivo.
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Síntese de pépJdos
• SinteJzador automaJzado pode fazer longas cadeias de proteínas rapidamente.
• O sistema pode construir proteínas de 164 aminoácidos em horas, em vez de semanas
ou meses
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Estrutura Secundária
Estrutura secundária: refere-se ao arranjo estrutural local que se formam dentro de um
polipepldeo devido a interações entre átomos do esqueleto. Os Fpos mais comuns de
estruturas secundárias são a hélice α e as conformações estendidas, folha β.
Ambas as estruturas são manFdas em forma por pontes de hidrogénio.
• Hélice α − o carbonilo (C=O) de um aminoácido é ligada por ponte de hidrogénio ao
amino H (N-H) de um aminoácido que está quatro posições abaixo na cadeia (n+4).
• Folha β − dois ou mais segmentos de uma cadeia polipepldica se alinham-se um ao
lado do outro, formando uma estrutura semelhante a uma folha manFda unida por
pontes de hidrogénio.
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Hélice α
• As rotações em torno das ligações adjacentes à ligação pepldica, caracterizadas pelos
ângulos Ψ (psi) e φ (phi), são responsáveis pela estrutura secundária. 
• Cada volta da hélice representa aprox.
3.6 resíduos de aminoácidos, envolve
13 átomos, e tem de altura 5.4 Å.
• A hélice possui um momento dipolar
bem defenido – o terminal amina
possui uma carga parcialmente posiFva
e o terminal carboxilo possui uma carga
parcilamente negaFva.
• A solubilidade da hélice é determinada
pela natureza das cadeias laterais
porque os grupos polares estao
envolvidos em ligacoes de hidrogénio.
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Folha β
• As cadeias adjacentes na folha β
podem dispor-se de forma paralela
ou anJparalela.
• As estruturas paralelas e
anFparalelas são “semelhantes”,
mas o período de repeFção nas
estruturas paralelas é menor.
• As estruturas paralelas são menos
estáveis porque as ligações de
hidrogénio se encontram
distorcidas.
As conformações β organizam as cadeias polipepddicas em forma de folha
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Estrutura secundária: turns
• Os turns são pequenas estruturas em forma de U, formadas por 3 ou 4 resíduos de
aminoácidos, que redirecionam o esqueleto da cadeia para o seu interior, revertendo
a sua direção, e permitem que as proteínas se tornem estruturas compactas – podem
reverter a direção em 180o.
• β-turns são das estruturas mais comuns e fazem a
ligação entre cadeias anFparalelas de folhas-β.
• Muitas vezes contêm resíduos de glicina ou prolina e
formam-se preferencialmente à super_cie da
proteína, de modo a que os grupos que não estão
envolvidos na ligação hidrogénio possam interagir
com a água.
• Em cada turn estabelece-se apenas uma ligação
hidrogénio – entre o oxigénio do grupo carbonilo do
primeiro resíduo e o hidrogénio do grupo amina do
resíduo n+2 ou n+3, revertendo o senFdo da cadeia
polipepeldica
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Estrutura secundária: loops
• Podem ocorrer em várias formas e tamanhos
também se localizando à super_cie das
proteínas e, por isso, podem desempenhar um
papel importante no reconhecimento de
processos biológicos (por exemplo, os anFgénios
podem diferenciam-se entre si pelos loops que
ligam as suas folhas-β).
• Devido à sua estrutura não organizada, uma mutação que ocorra numa zona associada a
um loop tem tendência a ser menos grave do que se ocorrer numa folha ou numa hélice
pois não implica a destruição da estrutura proteica e, consequentemente, a perda de
função.
• Fazem a ligação entre vários elementos da estrutura secundária das proteínas (ex. ligam
folhas-β paralelas).
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Estrutura Secundária
• Certos aminoácidos tem maior probabilidade de serem encontrados em hélices α ou
folhas β.
Exemplo: aminoácido prolina às vezes é chamado de “quebra-hélice”
porque o seu grupo R (que se liga ao grupo amino para formar um anel)
cria uma dobra na cadeia e não é compalvel com a formação da hélice.
Exemplo: aminoácidos como triptofano, Frosina e fenilalanina, que
possuem grandes estruturas de anel em seus grupos R, são
frequentemente encontrados em folhas β plissadas, talvez porque a
estrutura da folha β fornece bastante espaço para as cadeias laterais
• A adoção de estruturas secundárias por parte das proteínas traz vantagens:
- Permite uma compactação da estrutura, o que tende a minimizar o contacto das cadeias
laterais hidrofóbicas com a água.
- As ligações por pontes de hidrogénio entre os grupos polares CO e NH das cadeias
principais (ligações essas que estabilizam as estruturas) compensam a energia gasta para
as desviar das interações com a água
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Estrutura Terciária
• A estrutura tridimensional geral de um polipepldeo é chamada de estrutura terciária. A
estrutura terciária deve-se principalmente às interações entre os grupos R dos
aminoácidos que compõem a proteína.
• As interações do grupo R que contribuem para a estrutura terciária incluem ligações de
hidrogénio, ligações iónicas, interações dipolo-dipolo e forças de dispersão de London.
• As interações hidrofóbicas também são importantes para a estrutura terciária, nas quais
os aminoácidos com grupos R hidrofóbicos apolares agrupam-se no interior da proteína,
deixando os aminoácidos hidro_licos do lado de fora para interagir com as moléculas de
água circundantes.
• A mais importante: as ligações dissulfeto,
ligações covalentes entre as cadeias laterais
contendo enxofre das cisteínas, são muito
mais fortes do que os outros Fpos de
ligações que contribuem para a estrutura
terciária.
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Estrutura Quaternária
• Muitas proteínas são consFtuídas por uma única cadeia polipepldica e possuem
apenas três níveis de estrutura.
• Contudo, algumas proteínas são consFtuídas por múlFplas cadeias polipepldicas,
também conhecidas como subunidades.
- Quando essas subunidades se
juntam, elas dão à proteína sua
estrutura quaternária.
• Em geral, os mesmos Fpos 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 unidas para fornecer a estrutura
quaternária.
• Este Fpo de associação, permite o aumento da estabilidade da proteína pela redução
da relação super_cie/volume.
Cap1 – 1.2.1 Proteínas Vitor Francisco2022/2023• Exemplo: hemoglobina - transporta oxigénio no sangue e é composta de quatro
subunidades, duas de cada Fpo α e β.
• Exemplo: DNA polimerase, uma enzima que sinteFza
novos filamentos de DNA e é composta por dez
subunidades.
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• Os dois grupos são estruturalmente disFntos:
- As proteínas fibrosas em geral são formadas por um único Fpo de estrutura secundária, e a 
sua estrutura terciária é relaFvamente simples. 
- As proteínas globulares normalmente contêm diversos Fpos de estruturas secundárias. 
Classificação de proteínas
• Os dois grupos também se diferenciam funcionalmente: 
- As estruturas que garantem suporte, forma e proteção externa aos vertebrados são feitas
de proteínas fibrosas. 
- As enzimas e as proteínas reguladoras são na sua maioria são proteínas globulares. 
• Considerando a estrutura quaternaria, as 
proteínas podem ser classificadas: 
Proteínas fibrosas - com cadeias polipepldicas
arranjadas em longos filamentos ou folhas.
Proteínas globulares, com cadeias polipepldicas
dobradas em forma esférica ou globular.
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Proteínas globularesProteínas fibrosas
Estrutura terciária da 
mioglobina de cachalote
Estrutura do cabelo
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Classificação de proteínas
Classificação das proteínas de acordo com a sua composição: 
• As proteínas podem também ser classificadas de acordo com a sua composição:
- Holoproteínas ou homoproteínas: ConsFtuídas apenas por aminoácidos
- Heteroproteínas: ConsFtuídas por uma ou mais cadeias pepldicas e por parte não
proteica (grupo prostéFco) 
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Classificação de proteínas
Classificação das proteínas de acordo com o grupo prostéJco: 
Lipoproteinas: Contêm parte lipídica
UFlizadas para o transporte de moléculas como colesterol, 
triacilglicerídeos, etc. 
Glicoproteínas: Contêm parte glúcida (oligossacarídeos) 
Incluem ovalbumina, imunoglobulinas, etc. 
Fosfoproteínas: Contêm ácido fosfórico a esterificar função
álcool da serina e treonina
Incluem caseínas, fosviFna, etc. 
Cromoproteinas: O grupo prostéFco contem um elemento
metálico como Fe, Cu ou Mg
Incluem hemoglobina, mioglobina, etc. 
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O que se deve saber do capítulo:
• Fornecer exemplos de como cada Fpo de grupo R dos aminoácidos da proteína
contribui para suas propriedades químicas.
• Descrever as consequências conformacionais do caráter de dupla ligação parcial da
ligação pepldica.
• Calcular o pH de uma solução aquosa não tamponada de um aminoácido polifuncional
e a mudança no pH que ocorre após a adição de uma determinada quanFdade de
ácido ou base forte.
• Definir pI e explicar sua relação com a carga líquida em um eletrólito polifuncional.
• Explicar a estrutura primária, secundária, terciária e quaternária das proteínas.
• Descrever o Fpo e as forças relaFvas das forças que estabilizam cada ordem da
estrutura da proteína.
• Descrever as principais técnicas bio_sicas uFlizadas para estudar a estrutura terciária e
quaternária das proteínas.