Aminoacidos e peptideos

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) C^X.:^~A"^UÇSJ^
^.A^— •7/-
Proteínas são cadeias longas de aminoáddos unidas por ligações peptfdicas (amjdas) com um grupo amína
contendo nitrogênio carregadojïosftjyamerite em uma extremidade e um grupo carboxila carregado nega-,;;
tivamente na outra extremidade. A cadeia é composta por uma série de cadeïasÏateraÍs diferentes em}|
cada um dos 20 aminoácidos. A união de dois aminoácidos é um dipeptídeo; três aminoácidos formam
um tripeptídeo. A sequência de aminoácidos é de importância crucial. A gj|cÍD3:!isÍna-alariÍna é um pep-
tídeo diferente da alanina-fisina-glicina, com outro significado químico (da mesma forma, o lema 'We
pouco, faça muito" tem significado diferente de "faça pouco, fale muito"). Para uma cadeia de 20
aminoáddos, há mais de 1 bijhao.çfe seguênçias^possíveis. Literalmente, a sequência é a mensagem. Efa
determina exatamente como a proteína se dobrará em uma conformação tridimensionaj_para_executar sua
exata função bioquímica.
3.1
Entre todos os aminoácidos possíveis, apenas JÍQ^são normalmente encontrados em proteínas. Aesü-utura
geral dos aminoácidos incluí um grupo amina e um grupo carboxila, ambos ligados ao carbono o^ (aquele er
próximo ao grupo carboxila). O carbono a também é ligado a um hidrogênio e ao grupo de cadeia la-
teral, representado pela letra R. O grupo (R) de termina a identidade do aminoácido específico (Figura
3.1). A fórmula bidimensionaÏ mostrada aqui pode transmitir apenas parcialmente a estrutura comum
dos aminoácidos porque uma das propriedades mais importantes desses compostos é sua forma tridimen-
sional, ou estereo química.
Todo objeto tem uma imagem especular. Diversos pares de objetós que possuem essa imagem
podem ser sobrepostos uns aos outros - duas xícaras de café em cores idênticas, por exemplo. Em outros
casos, os objetos com imagens especulares n^ podem ser sobrepostos uns aos outros, mas estão rela-
cionados entre si como a mão esquerda se relaciona com a direita. Tais imagens especulares não sobre-
postas são chamadas de quirais (do grego chdr, "mão"). Diversas biomoléculas importantes são guirais.
,cWv^. cY^^—
-^.^
64 Bioquímica
(a)
.Cadeia
H^ J^ lateral~\ ^
-'«.
HgN+/ NCOO-
Grupo Grupo
amina carboxila
Modelo esfera Aminoácidos são
e varela estruturas tetraédricas
(b)
FIGURA 3.l Fórmula geral de aminoácidoy, mostrando
as formas tónicas que predominam no pH 7.
Proteínas são polímeros de a aminòáddos. Um grupo
carboxila é um grupo amina são figadps ao mesmo carbono,
o carbono a. Dois outros grupos são ligados a este
carbono, portanto os áminoácídos comuns (com uma
exceçâo) têm um: centro assimétrico. Eles são objetos
.quiràis que riãò podem ser sobtépostòs em suas
imagens especulares. : ;\ : ^: .;:: .
,xr
ü Um centro quiral frequentemente encontrado em biomoléculas é um atmnojde carbono com quatro
grupos diferentes ligados a ele (Figura 3.1). Tal cenü-o existe em todos os aminoácidos, exceto na glicina.
A glicína tem dois átomos de hidrogênio' ligados ao carbono a - em outras palavras, a cadeia lateral
(grupo R) da glicina é o hidrogênio. A gUcinanaoe quiral (ou, de outra forma, é aquiral) por causa de
sua áímetria. Em todos os outros aminoácidos que ocorrem riormalmente, o carbono a tem .quatro gru-
pôs diferentes ligados a ele, originando duas formas de imagens especulares que não podem ser so-
brepostas. A Figura 3.2 mostra desenhos em perspectiva dessas duas possibilidades, ou estereoisômeros,
•para a alanina, em que o grupo R é.-CHg. Os triângulos tracejados representam ligações direcionadas
que se afastam do observador e os triângulos sólidos representam as ligações direcionadas para fora do
plano do papel na direção do observador.
Os dois esfcereoisômeros possíveis de outro composto quiraÏ, o L- e o D-gliceraldeÍdo, são mostrados
para comparação com as formas correspondentes de alanina. Essas duas forhias de gliceraldeído são as
bases da classificação de aminoácidos em formas. L e D. A terminologia vem do latim -lawus, e dexter, sig-
nificando "esquerda" e "direita", respectivamente, e tem origem na capacidade de compostos óptica-
mente ativos^girai^mJuz^pSIÍâtizada para a esquerda ou para a direita. Os dois estereoísômeros de cada
aminoácido são designados como L- è D-aminoácidós com base em sua semelhança com- o. padrão gÏi-
ceraldeído. Na forma L do gliceraldeído, o grupo hidroxila está do lado esquerdo da molécula e na
forma D, do lado direito, como mostrado em perspectiva na Figura 3.2 (uma projeção Fischer). Para
determinar a designação L ou D para um aminoácido, ele é desenhado como mostrado. Em um aminoá"
cido, a posição do^GipP^amuia no lado esquerdo ou no lado direito do carbono a determina a desig-
^nação L ou D. Os aminoácidos que ocorrem em proteínas são todos da forma^Ly) Embora os aminoácidos
D ocorram na natureza, mais frequentemente em paredes celulares bacterianas e em alguns antibióticos,
eles não são encontrados nas proteínas.
--"^A'^\<^0^::) <-'^-^ï
'T<J3VV"TIZ7 : ^ L-c^c^
^0 • .,._,
^\ <.x\V^^—c
Aminoáddos e Pepíídeos 65
(a) CHO
HOa-C^H
CHaOH
S^Glvxïfliw^Sfí
COOH
H^NES-Ç-^H
CHa
^•AÏRÏ^U
CHO
ÍÍB^C-^OH
CHgOH
Ü.GÏií:i--:í'Eti<')fíf(Ju
COOH
His^ç^aNH^
CH,
P-AJaFUHa
(b)
9
.ÏL'^™^
^I^ÍS^m;
rÏÍ-lÍïÍëïss^
^'S^s^í
 RfíO^A 3.2 A estereoquímica da alanina e cia glicina. Os aminoácidos encontrados nas proteínas têm a mesma quiralidadÊ do
L-gliceraÍdeído, que por sua vez é o oposto do D-glíceraldeído.
Qv^fe 5@@ ^^ Í^tr&jlyras e ^ IPEïi@prl©dâÊÍes títe
Xmmácldte g^clS^sclTOJs?
Os grupos R e, portanto, os aminoácidos individuais são classificados de acordo com diversos critérios,
fv
dois dps quais são especialmente importantes.}.0 primeiro deles é a natureza polar ou apoiar da cadeia
lateral <1'1:'Ô segundo depende da presença de um grup'o acídico ou básico na cadeia lateral. Outros
critérios úteis incluem a presença de grupos funcionais acídicos ou básicos nas cadeias laterais assim
como a natureza de tais grupos.
Como já mencionado, a cadeia lateral do aminoácido mais simples, a glicma, é um átomo de
hidrpgênio e, apenas nesse caso, dois átomos de hidrogênio estão ligados ao carbono a. Em todos os outros
aminoácidos, a cadeia lateral é maior e mais complexa (Figura 3.3). Os átomos de carbono da cadeia la-
teral são designados com as letras do alfabeto grego, contando a partir do carbono a. Esses 'átomos de
carbono são, por sua vez, os carbonos p, y, ô e E (veja a Usina na Figura 3.3). Um átomo de carbono ter-
minai é chamado de carbono co, do nome da última letra do alfabeto grego. Frequentemente nos refe-
rimos aos aminoácidos pelas abreviações de três ou de uma letra de seus nomes, e as designações de uma
letra se tornaram mais utilizadas hoje em dia. A Tabela 3.1 lista tais abreviações.
^- Arimio.a€?$ com tacfâ^s LateraE?i /-^:)üiare^
Existe um grupo de aminoácidos com cadeias laterais apoiares, o qual consiste em alanina, valina,
leucina, ísoleucina, prolina, fenilalanina, triptofano e mefcionina (em alguns esquemas de classificação, a
glicina é colocada nesse grupo por não ter uma cadeia lateral polar), Em diversos elementos desse grupo
~ chamados :de alanina, valina, leucina e isoleucina -, a cadeia lateral é um grupo de hidrocarboneto
alifádco (ejn química orgânica, o termo "alifático" refere-se à falta de um anel de benzeno ou de estru-
Eura relacionada). A prolina tem uma estrutura cíclica alifática, e o nitrogênío está ligado a dois átomos
de carbono. Na terminologia de química orgânica, o grupo amina da prolina é um amina secundária, e a
prolina é frequentemente chamada de ácido imino. Por sua vez, os grupos amina de todos os outros
aminoácidos comuns são aminas primárias. Na fenilalanina, o grupo hidrocarboneto é aromático (con-
tëm um grupo cíclico semelhante ao anel de benzeno) em vez de ser aÍifático. No triptofano,a cadeia la-
teral contém um anel indol, que também é aromático. Na metionina, a cadeia lateral contém um átomo
de enxofre, além dos agrupamentos de hidrocarbonetos alifáticos (veja a Figura 3.3).
66 Bioquímica
(a) Apoiar (hidrofóbico)
coo-
HgN+-C~H
CH2
CH
HgC' 'CHs
CO 0-
H^N^- C - H•^ ^
HgC CHg
CH,
0 Leucina (Leu, L) Prolina (Pró, P)
coo-
HgN^C-H
CH,
coo-
HgN^C-H
cu
/ \
CHa CHg
(b) Polar, sem carga
v
(c) Acídico
Alanina (Ala, A)
coo-
l
HgN4- C -H
H
GlÍcina (Gly, G)
coo-
l
ïi^- C -H
CÏÏ2
y\
O NHy
AsparagÍna (Asn, N)
Ácido aspártico (Asp, D)
^ Valina (Vai, V)
coo-
f
H3N+-C~H
ÇHg
OH
Serina (Ser, S)
coo-
l
C-]
CHg
ÇHg
^\.
O NHg
Glutamma (Gln, Q)
COCT •
l
HaN^-C-H
CHg
CHg
COO-H
Ácido glntâmico (Glu, E)
À í!GUEÏA 3.3 Os 20 aminoácidos que são os blocos construtores de proteínas podem ser classificados como (a) apoiares (hidrofóbicos) ,
(b) polares, (c) acídicos ou (d) básicos. Os códigos de três e de uma letra utilizados para denotar os aminoácidos também são mostrados.
Para cada aminoácido, o modelo de esfera e varela (esquerda) e o modelo de volume atômico {direita) mostram apenas a cadeia lateral.
{Ilustração por Iiving Géis. Direitos de propriedade cio Howard Hughes Medicai Institute. NÕo pode sei' reproduzida sem permissão.}
Aminoáddos e Peptídeos 67
coo-
H,N+~C-H
CH.,
CH,
CHs
Metionuia (Met, M) Triptofano (Trp, W)
CO 0-
H,N+mCmH
CHï
FenUaIíinina (Phe, F)
coo-
r
Hgl^-C-H
l
H3C—C—H
CHg
CHg
Isoleudna (lie, I)
CO 0-
l
H^f+~C-H
l
CHs
Treonma (Thr, T)
^
coo-
l
HsN+~ C -H
ÇHg
SH
Cistéina (Cys, C)
COO-
l
H^+_ c -H
CH,
^
fi
(d) Básico
//
^
OH
^ Tirosina (Tyr, Y)
H3N+~
^ p
Y
s
Ë
Lifilna (Lys, K)
coo-
l
-C-H
al
GI-IS ;
l ~ '.
•CHg
CHy
i
CHa
NH..)+
COCT
l
H3N+—C-H
CHg
HC^C
'T \_:
H1-N, ;NH
>c'
H
Histidma (His, H)
coo-
l
H^-C-H
CH2
CH2 -
CHa
NH
..^^ ._L..Hg+N NHg Argüiina (Arg, R)
68 Bioquímica
,7
s^^^^^^^^N^^^^ë^^S^^^^^B^^^i^ï^^sà^^^^^^K^^^iï^'^ \
Nomes e Abreviações dos Aminoácidos Comuns
Aminoáddo
Ácido aspârtico
Ácido gïutâmico
AJanina
ArgÍnÍna
Asparagina
Cisterna
Fenilalanina
Glicina
Glutamina
Histídina
Isoleucina
Leu ci na
Lisina
Meti on in a
Prol i n a
Serina
Tirosina
Treonina
TrÍ p to fano
Valina
Abreviação de Três Letras
Asp
GIu
Ala
Arg
Asn
Cys
Ph e
Gly
Gln
HÍs
He
I.e u
Lys
Met
Pró
Ser
Tyr
Thr
Trp
Vai
Abreviação de Uma Letra
D
E
A
R
N
c
F
G
Q
H
I
I.
K
M
p
s
Y
T
w
v
Obs.: As abrevisções de uma letra começam com a mesma letra do respectivo aminoâddo. Quando os nomes de diversos aminoáddos começam com
a mesma letra, os nomes fonéticos (ocssionaimente, em outro idioma) são utijizados, como a Sginina e tWíptofano. Quando dois ou mais aminoâ-
cidos começam com a mesma letra, é o menor que leva s abreviaçao de uma letra correspondente à que inicia o seu nome.
W?^í} 2 •- A^ï^í'iá€Íïllïts aïm Ui<iifíi^1^ il^íerai;; if^h^;'; ^ItítífX^^i^^í'- M^:iït!í';^
^.. ... _., ^ ..... ^^., ,... ..,.,,. r ... , .- ^ . -..-...-- ^-,, . .-.^ , .. ^.. ..^.- ., ..... ... .,- . . . ..... ^ ,
Outro grupo de aminoácidos tem cadeias laterais polares que são eletricamente neutras (sem cargas) em
pH neutro. Esse grupo inclui a serina, a ireonina, a tirosina, a cisteína, a glutamina e a asparagina. A gli-
cina também é incluída aqui por conveniência, pois não tem uma cadeia lateral apoiar, mas, como men-
cionado antes, alguns bioquímicos também a colocam no Grupo l em função de a ligação C-H ser
apoiar. Na serina e na treonina, o grupo polar é uma hidroxila (-OH) ligada a um grupo hidrocarboneto
alifático. O grupo hidroxila na tírosina é ligado a um grupo hidrocarboneto aromático, que evenÈual-
mente perde um próton em pHs mais altos (o grupo hidroxila na tirosina é um fenol, que é um ácido
mais forte que o álcool alifático; como resultado, a cadeia lateral da tirosina pode perder um próton em
uma titulação, enquanto a da serirí^ e a da treonina exigiriam um pH tão alto que os valores de pK^ não
são fornecidos para essas cadeias laterais). Na cisteína, a cadeia lateral polar consiste em .um grupo dói
(-SH), que pode reagir com outros grupos tióis da cisteína para formar ligações dissulfeto (-S-S-) nas
proteínas em uma reação de oxidação (Seção 1,9). O grupo tiol também pode perder um próton. Os
aminoácidos glutamina e asparagina têm grupos amida, que derivam de grupos carboxila, em suas
cadeias laterais. As ligações amida não se ionizam na faixa de pH normalmente encontrada em bio-
química. A glutamina e a asparagina podein ser consideradas derivadas dos aminoácidos do Grupo 3, o
ácido glutâmico e o ácido aspártico, respectivamente. Esses dois aminoácidos têm grupos carboxiia em
suas cadeias laterais.
Aminoáddos e Peptídeos 69
Qr;sM ^ fsoaoíijio^ com 6i'M|?S (^^'boxil^ OSH SMHS Cadeias l^teyai^
Dois aminoácidos ~ o ácido glutâmico e o ácido aspártico ~ têm grupos carboxila em suas cadeias laterais
além daquele presente em todos os aminoâcidos. O grupo carboxila pode perder um próton, formando o
ânion carboxilato correspondente (Seção 2.5) - o glutamato e o aspartato, respectivamente, no caso
desses dois amínoácidos. Por causa da presença de carboxilato, a cadeia lateral de cada um desses dois
aminoácidos é carregada negativamente em pH neutro.
(ïmm) 4 --Aniimoádíkis ^oíï? Ca<'|iïlaf? late^aj;-; Bíi^ifa'';
Três aminoácidos - histidina, lisina e arginina - têm cadeias laterais básicas, as quais, em todos os três, são
carregadas positivamente em pH neutro ou em torno dele. Na Usina, o grupo amina da cadeia lateral é
ligado a um terminal hidrocarboneto alifático. Na arginina, o grupo básico da cadeia lateral, o grupo
guanidina, tem estrutura mais complexa que o grupo amina, mas também é ligado a um terminal hidro-
carboneto alifático. Na histidina livre, o pÂ^ do grupo imidazol da cadeia lateral é 6,0, o que não é longe
do pH físiológico. Os valores de pK^ para aminoácídos dependem do ambiente e podem mudar conside-
ravelmente dentro de uma proteína. Nas proteínas, a histidina pode ser encontrada nas formas proto-
nada ou desprotonada, e as propriedades de várias proteínas dependem do fato de resíduos individuais
de histidina estarem ou não carregados.
AiTïÍilOáddJO^ JÍKí^ïl^ÍïS
Existem muitos outros aminoácidos além dos listados aqui. Eles ocorrem em algumas, mas não em todas,
proteínas. A Figura 3.4 mostra alguns exemplos das diversas possibilidades. Todos são derivados de
aminoácidos comuns e são produzidos pela modificação do aminoácido parental depois que a proteína é
sintetizada pelo organismo em um processo chamado modificação pós-traduçâo. A hidroxiprolina e a
hidroxílisina são diferentes dos aminoáddos parentais por terem grupos hídroxíla em suas cadeias la"
terais. Elas são encontradas apenas em algumas proteínas do tecido conjuntivo, como o colágeno. A tiro-
Os aminoácidos são classificados de acordo comílois
critérios principais: a polaridade das cadeias laterais e a
presença de um grupo acídico ou básico na cadeia fateral.
l. No grupo a seguir, identifique os aminoácidos com cadeias laterais apoiares e os que têm cadeias
laterais básicas: alanina, serina, argínina, lisina, leucina e fenilalanina.
2. O pK^ da cadeia lateral do grupo imidazol da histidina é 6,0. Qual é a proporção entre as cadeias
laterais não carregadas e carregadas em pH 7? ;.
Solução
Observe que, na primeira parte dessa sessão prática, você deve fazer uma verificação de fatos sobre o mate-
ríal deste capítulo e, na segunda parte, relembrar e aplicar conceitos de um capítulo anterior.
l. Veja a Figura 3.3, Apoiares: alanina, leucina e fenilalanina. Básicas: arginina e lisina. A serina não está
em nenhuma categoria porque tem uma cadeia lateral polar,
2. A razão é 10:1 porque o pH é uma unidade mais alta que o pK^.
r
70 Bioquímica
Í^Ï^'fï~',\'Í"y.::0, ?^"Ïró'f
^^^^.•I^M^.ã.ÍÏÂ 'MMÍ^SSS
Dois aminoácidos merecem atenção especial por serem os princi-
pais precursores de diversos hormônios e neurotransmissores (subs-tâncias envolvidas na transmissão de impuisos nervoso;;). O estudo
de neuro transmissores é um trabalho ainda em andamento, mas
sabemos que algumas moléculas-chave parecem estar envolvidas.
Como diversos neuro transmissores têm uma mcia-vida biológica
muito curta e funcionam em concentrações muito baixas, também
estamos conscientes de que outros derivados dessas moléculas
podem ser formas de fato ativas biologicamentc,
Duas classes de neuro transmissores são derivadas simples dos
dois aminoáddos; a tirosina e o tríptofano. Seus produtos ativos
são derivados de monoaminoácidos, que são degradados ou desati-
vados por monoaminas oxidases (MAOs).
O triptofano é convertido em seroÉonina, mais adequadamcnle
chamada de 5-hidroxitriptamina.
H,N^ /CH.,
'CH/
H,N
H,N
Tcipí.ufano
OH 5-Hidro-
xitripf.ofano
Serotonina
~CH; OH
A própria tirosina, normalmente derivada da fenilalanma, é
convertida à classe de substâncias chamadas de catecolaminas, que
inclui a epinefrina, mais conhecida pejo nome de adrenalina.
Observe que a L-diÍdroxifenilalanina (L-dopa) é uma inter-
mediaria na'conversão da tirosina. Níveis de L-dopa abaixo do nor-
mal estão envolvidos no mal de Parkinson. Os suplementos de
drosina ou fenilalanina podem aumentar os níveis de dopamina,
embora o L-dopa, o precursor imediato, seja normalmente
receitado por chegar muito rápido ao cérebro através da barreira
hematoencefálica.
A tirosina e a fenilalanina iião precursoras da norepinefrina e
da epinefrina, ambas estimulantes. A epinefrina é normaimente
conhecida como o hormônio da "fuga ou luta". Ela causa a libe-
ração da glicose e de outros nutrientes na corrente sanguínea,
além de estimular a função cerebraj. Pessoas que Comam Ínibidores
de MÃO como forma de tratamento permanecem em um estado
mental relativamente alto, às vezes alto demais, porque .ïi epinè-
frina não é metabotizada rapidamente. O triptofano é um precur-
sor para a serotonina, que tem efeito sedativo, proporcionando
uma sensação agradável. Níveis muito baixos de serotonina estão
associados à depressão, enquanto níveis extremamente altos, na
verdade, produzem um estado maníaco, A condição maníaco-
depressiva (também chamada de translorno bipolar) pode ser con-
ti-olada com a monitoração dos níveis de serotonina e seus
metaboliEos posteriores,
Sugeriu-se que a Urosina e a fenilalanina podem ter efeitos ines-
peracios em aigumas pessoas. Por exemplo, há uma evidência cres-
Fgiliíajsnína
CH.
OH
0 i idrosi fen i ia! a iii ua
(t.-dopa)
ÜH
OH
Dopsmiïin
ÜH
OH
H,C—NH, Epmrfnna
(adroialitin)
ÇH,
OH
OH
cente de que algumas pessoas têm dores de cabeça com a feni-
lalanina do aspartame (adoçante de baixa caloria), o que é
descrito mais detalhadamente no quadro Conexões Bioquímicas
da página 81. Também é provável que diversas drogas psicodéticas
ilegais, como a mescalina e a psilodna, mimetizem os efeitos desses
neuroEransmissores c interfiram nesses efeitos. Um filme de pou-
cos anos atrás e vencedor do Oscar, Uma Mente Brilhante, falou
sobre os problemas e distúrbios associados à esquizofrenia. Até re-
centemente, o neuro transmissor dopamina era o principal foco no
estudo da esquizofrenia, Ullimamente, vem sendo sugerido que as
irregularidades no metabolismo do glutamato, um neurolransmis-
sor, podem levar à doença (consulte o artigo de autoria dejavitt e
Coyle citado na bibliografïa ao finai deste capítulo).
Algumas pessoas insistem que os suplementos de tírosina lhes
dão ânimo pela manhã e que o triptofano as ajuda a dormir à
noite. As proteínas do leite têm altos níveis de triptofano - é bas-
^tante conhecido que um copo de ieite morno ajuda a induzir o
;i!sono. Queijos e vinhos tintos contêm grandes quantidades de tira-
lamina, que mimetiza a epinefrina. Para muitas pessoas, uma omelete
•'de queijo peia manhã é a melhor maneira de começar o dia.
Aminoáddos e Peptídeos 71
A.CH.,—CH^ C—0~ywí! ui\y
HgC^ ^C
^<.. HH" "H
o
II
c—o"
HgN—Ç—H
ÇH2
CHg
CHg
ÇHg
MH „
o
c—cr
HgN—C—H
CHg
CH2
H—C—Oïi
CH2
'NHs
JÍT^ ït-ír-C' ^Ü ï £GlA t ci
"\.. ..A
CH—CHc, C—0~
H^C.
/ Y/
.c
H
H" ~H
^^W^YOÍ}W
OH
'.Í'3»'ÚGJHO
('. \ \
<\ ÍFÍ^SSJEÏA 3/í As estruturas da hidroxiprolina,
da hidroxitisina e da tiroxina, As estruturas dos
aminoáciclos parentais - prolina para a hidroxi-
prolina, lisina para a hidroxilisina e tirosina para
a tiroxina - são mostradas para comparação.
Todos os aminoácidos são mostrados em suas
formas iônicas predominantes em pH 7.
xina é diferente da ürosina por ter um grupo aromático exü"a que contém iodo na cadeia lateral; é produ-
zida apenas na glândula tireóide e formada pela modificação pós-tradução de resíduos de tirosina na pro-
teína tiroglobulina. Em seguida, a tiroxina é liberada como um hormônio pela proteólise da tiroglobulina.
.^rfïnilFiwâdiete Tê&Tni qp)m)®!ladte Âddb-Bâ^tej:,? igpt.a€lc[ffi^as?
Em um aminoácidcÏS^re, o grupo carboxila e o grupo amina da estrutura geral são carregados em pH neu-
tro - a porção carboxilat5^ggativamente e o grupo amina, positivamente. Os aminoácidos sem grupos car-
regados em suas cadeias lateraís-sçxistem em solução neutra como zwitterions (anfóteros) sem nenhuma
carga líquida. Um zwitterion tem tanfc^sqrgas positivas como negativas iguais; em solução, ele é eletricamente
neutro. Não existem aminoácidos neutros nâsí<^ma NH^-CHR-COOH (isto é, sem grupos carregados).
Quando um aminoácido é titulado, sua cur'Va^le titulação indica a reaçâo de cada grupo funcional
com o íon hidrogênio. Na alanina, os grupos carboxtia^e- amina são os dois grupos tituláveis. Em pH
muito baixo, a alanina tem um grupo carboxila protonadoTl^^portanto, sem carga) e um grupo amina
carregado positivamente que também é protonado. Sob essas conâíçoçs, a alanina tem uma carga líquida
positiva de l. Com a adição de base, o grupo carboxila perde seus prótoti^ara sc tornar um grupo car-
boxilato carregado negativamente (Figura 3.5a), e o pH da solução aumenta.^A.gora, a alanina não tem
nenhuma carga líquida. A medida que o pH aumenta, com a adição de mais base,t?^grupo amina pro-
tonado (um ácido fraco) perde seus prótons, e a molécula de alanina passa a ter carga^tegativa de l.
A curva da titulação da alanina é a de um ácido diprótico (Figura 3.6).
72 Bioquímica
<)
r\ i^'
=^ ., >+ A „ pA:,=6,0 ., ^ J,
'•' """^ H,N—C—H _i"^ "'" ^ H;;N:"k<:—H
(b)
/
H
A HlGiÍJE^A 'ï.t} lonização de aminoácidos. (a) Formíis iônicas dos aminoácidos mosiradas sem con.síclerar qUtilqtiLT ioniza^iq ITAS cadeias
laterais. A forma catiônica é a de pH baixo, e a Hlulaçao de espécies caúônicas com base produx os zwitterion-s c finalmente a foYfïia
aniônica. (b) lonizíiçáo da histidinti (um aminoácido com a cadeia lateral títulávcl).
Na histidina, a cadeia lateral de imidazol também contribui com um grupo titulável. Com valores de
pH mïtitp baixos, a molécula de histidina tem carga liquida positiva de 2 porque tanto o grupo imidazol
quanto o ^ty^jpo amina têm cargas positivas. Com a adição de base e o consequente aumento do pH, o
grupo carboxiïït>sperde um próton para se tornar um carboxilato como antes, e agora -a histidina tem
carga positiva de P^çigura 3.5b). Com a adição de ainda mais base, o grupo imidazol carregado perde
E> FSfGÏSÏÏA 3.& Curva de titulação da alanina.
4-1
2 -l
O 1,0 2,
Moles de OH~ por mol de aminoácido
r
Aminoáddos^Peptídeos 7;
seus prótons e, nesse ponto, a histidina não tem mais carga líquida. Em valores aind^mais altos de pH, o
grupo amina perde seus prótons, como no caso da alanina, e a molécula de hi^TdÍna agora passa a ter
carga negativa de l. A curva de titulação da histidina é a de um ácido triprótiç^ (Figura 3.'7).
Assim como os ácidos discutidos no Capítulo 2, os grupos tituláveis d^ada aminoácido têm valores
de pK^ característicos. Os valores de pKy, dos grupos a-carboxila são um/dmto baixos, em torno de 2. Os
valores de p/C, de grupos amina são muito mais altos, com valores var^aíhdo de 9 a 10,5. Os valores de pK^
de grupos de cadeia lateral, incluindoos grupos amina e carb^ila, dependem da natureza química
desses grupos. A Tabela 3.2 lista os valores de pK^ dos grupos tipíláveis de aminoácidos. A classificação de
um aminoácido como ácido ou básico depende do pfí^ da Cc^ia lateral, assim como da natureza química
do grupo. A histidina, a lisina e a arginina são consideradas aminoácidos básicos porque cada uma de
suas cadeias laterais tem um grupo que contém hidrog^nio e pode existir de forma protonada ou despro-
tonada. No entanto, a histidina tem pK^ na faixa apíQa. O ácido aspártico e o ácido gluEâmico são consi-
derados acídicos porque cada um deles tem urr^cadeia lateral de ácido carboxílico com valor baixo de
p7Ç Esses grupos ainda podem ser titulados ^épois que o aminoácido é incorporado em um peptídeo ou
em uma proteína, mas o pK^ do grupo tit^Mvel na cadeia lateral não é necessariamente o mesmo em uma
proteína, por estar em um aminoâcidc^Rvre. Na verdade, pode ser bastante diferente. Por exemplo, um
pj^ de 9 foi relacionado para uma^zádeia lateral de aspartato na proteína tioredoxina (para mais infor-
mações, consulte o artigo de Wil^Ín et al. citado na bibliografia ao final deste capítulo).
O fato de que aminoáci^rfs, peptídeos e proteínas têm valores diferentes de pK^ origina a possibili-
dade de que eles podem tçy^cargas diferentes em um determinado pH. A alanina e a histidina, por exem-
pio, têm cargas liquidasse -l em pH alto, acima de 10. O único grupo carregado é o ânion carboxilato.
Em pH mais baixo, e^ó torno de 5, a alanina é um zwitterion sem carga líquida, mas a histidina tem carga
líquida de l ness^pH porque o grupo imidazol está protonado. Essa propriedade é a base para a eletro-
forese, métodp^comum de separação de moléculas em um campo elétrico. O método é extremamente
útil para dçíérminar as importantes propriedades de proteínas e ácidos nucléicos. Veremos as aplicações
em proteínas no Capítulo 5, e em ácidos nucléicos no Capítulo 14 (Volume 2). O pH no qual uma
moléptíla não tem carga líquida (== 0) é chamado de pH isoelétrico, ou ponto isoelétrico (tem o símbolo
/<Em seu pH isoelétrico, uma molécula não migrará em um campo elétrico. Essa propriedade é utili-
''àda em métodos de separação. O pi de um aminoácido pode ser calculado pela seguinte equação:
pi =
p^l + p^
pH
14-
12-
10^
6-|
4^
2
o-
~7
/
N^/
CHs
NH
NH^
-CH- coo- Curva de titulação da histidina.
O pH isoelétrico (pi) é o valor no qual as cargas
positivas e negativas são iguais. A molécula não
tem carga liquida.
OX 1,0 2,0 3,0 4,0
Moles de OH~ por moi de aminoácido
74 Bioquímica
^^ IÏ-V?Ï» Ï^í^^i
^4^?^^íA^yíí^^ïl^^^^^^^>^^^r^^^^.^^
Valores p/^a dpsAminoácidos Comuns
Ácido
Gíy
Aia
Vai
Leu
He
Ser
Thr
Met
Phe
Trp
Asn
Gln
Pró
Asp
Glu
His
Cys
Tyr
Lys
Ai-g
a-COOH
2,34
2,34
2,32
2,36
2,36
2,21
2,63
2,28
1,83
2,38
2,02
2,17
1,99.
2.
ï,ÏQ
1,82
1,71
2,20
2,18
2,17
a-NH3+
9,60
9,69
9,62
9,É
ií,68
9,15
10,43
9,21
9,13
9,39
8,80
9,13
10,6
9,82
9,67
9,17
10,78
9,11
8,95
9,04
^
./ 1;: -
RH ou RH+
3,86*
4,25*
6,0*
8,33*
10,07
10,53
12,48
Para esses^rtiinoácidos, a ionização do grupo R ocorre antes da ionizaçao a-NHj+.
Para a n^Cioria dos amínoácidos, há apenas dois valores de pK, portanto, essa equação é facilmente utí~
lizada^ara calcular o pi. Para os aminoácidos addicos e básicos, porém, devemos tirar a média dos va-
lorç^corretos de p/Ç O pK^ é para o grupo funcional que foi dissociado em seu ponto Ísoelétrico. Se
1-^uver dois grupos dissociados em um pH isoelétrico, o pK.^ é o pK^ mais alto dos dois. Portanto, o p7í,g
/e para o grupo que não foi dissociado a pH ÍsoeléÈrico. Se houver dois grupos não dissociados, aquele
com menor pK^ será utilizado. Veja a sessão prática a seguir.
qiv© Ê ai Li1gâiçã© ÍPeptudlcc^T
Aminoácidos individuais podem ser unidos uns aos outros pela formação de ligações covalentes. A ligação
é formada entre o grupo a-carboxila de um amínoácido e o grupo a-amina do seguinte. A água é elimi-
nada no processo e os resíduos do aminoácido ligado permanecem após essa eliminação (Figura 3.8).
Uma ligação formada desse modo é chamada de ligação peptídica. Os peptídeos são compostos formados
pela união de um pequeno número de aminoácidos, que podem variar de dois a várias dezenas. Em uma
proteína, muitos aminoácidos (normalmente mais de cem) são unidos por ligações peptídicas para for-
mar uma cadeia polipeptídica (Figura 3.9). Um outro nome para um composto formado pela reação
entre um grupo amina e um grupo carboxila é uma amiàa.
r
Aminoácidos e Peptídeos 75
l. Qual dos aminoácidos a seguir tem carga líquida de +2 em baixo pH? Qual deitem carga líquida de
-2 em pH alto? Ácido aspártico, alanina, arginina; ácido glutâmico, leucina ç^ísina.
2. Qual é o pi para a histidina?
Observe que a primeira parte da sessão prática lida apenas coiyá descrição qualÍEaüva da perda bem-suce-
dida de prótons pêlos grupos tituláveis nos aminoácidos individuais. Na segunda parte, você precisa men-
cionar a curva da titulação, bem como fazer um cálculo^fúmérico dos valores de pH.
l. A argínina e a lisina têm cargas líquidas de +^ém pH baixo por causa de suas íadeias laterais básicas.
O ácido aspártico e o ácido glutâmico têm^ârga líquida de ~-2 em pH alto por causa de seus ácidos car-
boxílicos nas cadeias laterais. A aÍanin^^ a leucina não se encaixam nessas categorias porque não pos-
suem cadeias laterais tituláveis.
2. Desenhe ou imagine a histidina^ih um pH muito baixo. Ela terá a fórmula mostrada na Figura 3.5b na
extrema esquerda. Essa forrç^tem carga líquida de +2. Para chegar ao ponto isoelétrico, devemos adi-
cionar alguma carga negava ou remover alguma carga positiva, Isso acontecerá na solução de forma a
aumentar o pK^. Port^íío, começamos retirando o hidrogênio do grupo carboxila porque o sem pK^ é o
menor (1,82). ïss^fïos deixa com a forma mostrada em segundo lugar da esquerda para a direita na
Figura 3.5. Ess^forma tem carga de +1, então devemos remover outro hidrogênÍo para chegar à forma
isoelétrica.^0 hidrogênio virá da cadeia lateral de imidazol porque ela tem o próximo pK^ mais alto
(6,0). E^ïâ é a forma isoelétrica (segunda a partir da direita). Agora, tiramos a média do pK entre o
grupeícom maior pÁ^ que perdeu um hidrogênio e o grupo com menor pK que ainda mantém seu
[rogênio. No caso da hisddina, os números a serem substituídos na equação para o pi são 6,0 [pK^]
e 9,17 [p-K^L o que dá um pi de 7,58.
Dois aminoácidos
Remoção de uma
moíccuiade água.
...fomiação de
CO—NH
^
Extremidade
anima
Extremidade
carboïdla
<i RGU8A;U Formação da ligação
pepEídica. {Ilustração por Irving Géis.
Direitos de profmedade do Howard Hughes
Medicai Insfiíute. Não pode ser reprodwida
sem automação.}
76 Bioquímica
",^í
Outras Fimçôeg de ÁmÍBoácidos Aléïim ©aoiBelag eïB Peptídeos
ü.
Os aminoácidos têm outras funções biológicas além de fazer pdi-te das proteínas e dos oligopeptídeos. Os exemplos
seguir ilustram algumas dessas funções pára alguns aminoâciáos.
Sendo o aminoácido mais simples, a glicina está entre os mais solúveis em água, e é freqüenlemente adicionada a outras
moléculas para torná-las mais solúveis, de forma que elas possam ser excretadas pela urina. Uma grande variedade de
drogas e medicamentos é oxidada no (ïgaclo em composEos que contêm um grupo hidroxila, que é, então, conjugado à
glicina. Em seguida, o produto final é removido do sangue no rim. O ácido benxóico, um derivado de diversas substân-
cias aromáticas, e não-solúvel, é conjugado via ligação amida para o grupo amina da glicina para foriïiar o ácido
hipúrico, um produto de dejeto meÈabóIíco,
o
li
-C—0- + H,N—CH,~COO-
H.,0
Q o
H
C—NH—Cï-L—C-
A glicina também é adicionada ao ácido eólico para formar o ácido glicocólico, um dos dois principais saís biliares,
poderosos detergentes utilizados na digestão de gorduras.
.C—NH—CH.—COO-
HO
:ií;':GW.-:'^-
Um derivado desse aminoâcido, a 5-adenosilmetionina, é a fome do grupo media emmuitas reações de metilação. O
composto correspondente que contém um grupo etil, a etionina, é um veneno poderoso pois transfere um grupo etila
em vez do grupo metiía requerido.
çoo-
H,N+~Ç—H
ÇH.
ÇH,
NH,
/C, ,N
N^^C-/1\
Grupo
mctila
requerido
CH
coo-
H.N—Ç—H
CH,
ÇH, •
HO OH
r
Aminoácidos e Peptfdeos 77
O glutamato monossódico, ou MSG, é um derivado do ácido glutâmico bastante usado para realçar sabores. O MSG
provoca uma reação fisiológica em algumas pessoas, resultando em sensações de arrepios, dores de cabeça e tontura.
Como muitos pratos asiáticos contêm quantias consideráveis de MSG, esse problema freqüeïUe mente é chamado de
síndrome do restauranle chinês.
Os a-aminoácidos não são os únicos biologicamente importantes. Esse P-aminoácido é encontrado na vitamina ácido
pantotênico e é parte importante do co-fator enzimático coenzima A.
!iO(::t;rilOÏaï>-i;!TE A.ppftH- f.íl! fll;KÍÜ p;5'Í!Í.i'j;.!íiïi'';0
/""-•""""- ^-
A p.i-ttU- EÍÍS |i..;ili!f1i,-!il
O H H CM, Q O
HS~CH,CH^N—CCHaCH,N---Ç—ÇmC-~CH,0—P—0—P—OÇHs
H O OH CH, O- -O
H
(Co^aj
i A
•'')
-0-
o
-p-
o
OH
-o-
Se o grupo ácido da histidina for removido, ela será convertida em histamina, que é um poderoso vasodilatador, aumen-
tando o diâmetro dos vasos sanguíneos. A histamína, que é liberada como parte da resposta imunológica, aumenta o vo-
lume de sangue local e permite o acesso de leucócitos. Isso resulta no inchaço e na congestão nasal associados ao
resfriado. A maioria dos medicamentos para o resfriado contém antí-hísÈamínicos para solucionar essa congestão.
-CH;-~CH,mNH,
N. NH
H".i« sn ^ n
Esse aminoáddo básico está envolvido no ciclo da uréia, uma série de-reaçÕes de importância crucial no uso do
mtrogémo por organismos vivos.
NHa
Ç=NR,
NH
ÇH,
ÇHa
ÇH, .- .
HÇ-NH,
CO 0-
NH^
ÇH,
'2
-,H,0 ÇH. +
HÇ ~NH,
coo-
o
H,N—C—NH,
Afí;'Liiii;i Onniiiiít
Asparagína e GIutamÍna
Esses dois aminoácidos podem ser considerados derivados dos aminoácidos acídicos aspartaiio e glutamato. Como a
arginina, no entanto, eles atuam no modo como seres vivos utilizam o nitrogênio. Nos animais, eles estão envolvidos na
detoxificaçao da amônia; nas plantas, têm função no armazenamento de nitrogênio.
fQ Bioquímica
Í.i;-:;l<-fí:';>
tK-^í.iiSífW
Resíduo N-tcnninal
l •^''^•'.Uï: 'í.?Ï Um pequeno prptklfo
mostrando a clireçào da cadeia
prplklica (N-tfrnnnal para C-teritiinal).
Resíduo C-lt')'mina)
Quando um grupo carboxifa de um aminoáddo reage com
o grupo amina de outro para fornecer uma !jgação amida
e eliminar água, uma Íigação peptfdica é formada,
Em uma proteína, mais de cem aminoáddos se unem
para formar uma cadeia polipeptídica.
A ligação carbono-nitrog-ênio formada quando dois aminoácidos são unidos em uma ligação peptf-
dica é normalmente escrita como uma ligação única, com um par de elétrons compartilhado entre dois
átomos. Com uma simples mudança na posição de um par de elétrons, é bem possível escrever essa li-
gação como uma ligação dupla. Essa movimentação de elétrons é bastante conhecida em química
orgânica e resulta em estmtoras por ressonância, que diferem uma da outra apenas no posicionamento
dos clélrons. As posições das ligações simples e duplas em uma estrutura por ressonância são diferentes
das suas posições cm outras eslruturas por ressonância do mesmo composto. Nenhuma estrutura por
ressonância representa unicamente a ligação no composto: na verdade, Lodas as estruturas por ressonân-
cia colaboram para a situação da ligação.
A ligação peptídica pode ser escrita como ressonância híbrida de duas estruturas (Figura 3.10), uma
com uma ligação simples entre o carbono e o nítrogênio, e outra com uma ligação dupla entre o car-
bono e o nitrogênio. A ligação peptídica tem caráter parcial de ligação dupla. Como resultado, o grupo
peptídico que forma o elo entre os dois aminoácidos é planar. A ligação peptídica também é mais forte
que uma ligação simples comum por causa da estabilização dessa ressonância.
w
\
:o _ c'
^\;^,/x
\.y" '\
/\ '"
\../
:o: ;c.^\ ^"\
(;—-?sj
\y "\.
-C H
/ \
JgaçÃo peptífiica
Pbmo
am Í cia
Grupo peptídico
A i Íí.iii.iEaA 3.10 As fstrumnis por ressonânciii da ligtiçáo pcptíïlicii levam ti um grnpd planm". (a) Estrutufti.s p<ir re.ssonância do grupo
peptklicü. (b) O grupo pcpuclk-o jï!;in;if, (HuxHfifWi jmr fivhig (,f.h. Da fitos fie pnifmedadc dis Hmwirt! Hng!u's Meilif.ai Institute. Não fwdti ser
tvfmuhinftfi fí'm (Utíwiïftçno.}
Aminoáddos e Peptídeos 79
Essa característica estrutural tem implicações imporEantes para as conformações tridimensionais de
peptídeos e proteínas. Má rotação livre em torno das ligações entre o carbono u de um determinado resí-
duo de aminoácido e o nitrogênio amÍnico e o carbono carbonílico de tal resíduo, mas não há rotação
significativa em torno da ligação peptídica. Essa restrição estereoquímica tem uma função imporfcante na
determinação de como o esqueleto protéico pode se dobrar.
P^pti^í^?; 19^q|iUj©iïíifüïS S^<y !f^^l@l^glc^U'^^Eí3t^ ^th^©ïï?
A combinação mais simples possível de aminoácidos ligados de forma covalente é um dipeptídeo, no
qual dois resíduos de aminoácidos são unidos por uma ligação peptídica. Um exemplo de dipeptídeo
que ocorre naturalmente é a carnosina, encontrada no tecido muscular. Esse composto, também conhe-
cido como p-alanil-L-histidina, tem uma caractensÉÍca estrutural interessante (na nomenclatura sis"
temática dos peptídeos, o resíduo N-íermmaÍ de aminoácido - aquele com um grupo amina livre - é
fornecido primeiro. Depois, outros resíduos são dados da forma como ocorrem na sequência, O resíduo
C-íermmal do aminoácido - aquele com o grupo carboxila livre ~ é fornecido por último). O resíduo de
aminoácido N-terminal, p-alanina, é estruturalmente diferente dos a-aminoácidos que vimos até o
momento. Como o nome implica, o grupo amina está ligado ao terceiro carbono, ou o carbono (3, da
alanina (Figura 3.11).
Ligação amida
o
H,N—CH<,CH.)C—N—CH—COO-
-^ HGÏ?A3.'H Estrutura da carnosina e de
seu aminoácido componente, fï-alanina.
12^>12
.+..LL".
H^NCHgCHgCOO"
ji •ÂÏnmÍ-L-hííindiïia (cíï;'KüE;ii!ít) P..AIsT9:-fa
A ligação pepfcídica nesse dipeptídeo é formada entre o grupo carboxila da p-alanina e o grupo amina da
histidina, que é o G-terminal do aminoácido. O quadro Conexões Bioquímicas a seguir discute outro
dipeptídeo de interesse, e o quadro Conexões Bioquímicas na página 81 discute as implicações relativas à
saúde do uso desse mesmo dipeptideo,
A glutationa é um tripeptídeo muito comum. Ela tem importância fisiológica considerável por ser
um cápturador de agentes de oxidação. Lembre, da Seção 1.9, que a oxidação é a perda de elétrons; um
agente oxidante faz que outra substância perca elétrons (acrèdita-se que alguns agentes oxidantes sejam
prejudiciais para o organismo e atuem no desenvolvimento do câncer). Em termos de sua composição e
da ordem de ligação do aminoácido, ela é uma Y-gIutamil-L-cisteimlglicina (Figura 3.12a). A letra y
(gama) é a terceira letra do alfabeto grego. Nessa notação, ela se refere ao terceiro átomo de carbono na
molécula, contando aquele ligado ao grupo araina como o primeiro. Mais uma vez, o aminoácido N-ter-
minai é fornecido primeiro. Nesse caso, o grupo y-carboxila (grupo carboxíla da cadeia lateral) do ácido
giutâmico está envolvido na ligação peptídica; o grupo amina da cisterna está ligado a ele. O grupo car-
boxila da cisterna se liga, por sua vez, ao grupo amina da glicina. O grupo carboxila da glicína forma a
80 Bioquímica
Escreva uma equação com estruturas para a formação de um dipeptideo quando a alanina reage com a
glicina para formar uma ligação peptíáica. Há mais de um produto possível para essa reação?
O ponto principal aqui é estar ciente da possibilidade de que aminoácidos podem se ligar em mais de
uma ordem quando formam as ligações peptídicas. Assim, há dois produtos possíveis quando alanina e
glicína reagem: a alanilglicína, em que a alanina está no N-terminal e a glicina está no C-termÍnal,e a gli"
cilalanina, na qual a glicina está no N-fcerminal e a alanina está no C-terminal.
outra extremidade da molécula, o C-terminaL A molécula de gIuEationa mostrada na Figura 3.12a está na
sua forma reduzida. Ela captura os agentes oxidantes ao reagir com eles. A forma oxidada da glutaüona é
gerada a partir de duas moléculas do peptídeo reduzido ao formar uma ligação dissulfídica entre os gru-
pôs ~SH dos dois resíduos de cisterna (Figura 3.12b), A estrutura completa da glutationa oxidada é
mostrada na Figura 3.12c.
Dois pentapeptídeos encontrados no cérebro são conhecidos como encefalinas, analgésicos (inibidores
da dor) que ocorrem naturalmente. Para moléculas desse tamanho, as abreviações para aminoácidos são
mais convenientes que fórmulas estruturais. A mesma notação é utilizada para a sequência de aminoácidos,
(a)
O dipeptídeo L-aspartiI-L-fcnUaIanina é de importância
comercial considerável. O resíduo de aspartil tem um
grupo a-amina livre, a extremidade N-terrnina! da mole-
cuia, e o resíduo da fenilalanina tem um-grupo carboxila
livre, a extremidade C-terminai. Esse dipeplídeo é cerca
de 200 vezes mais doce que o açúcar. Um metil éster
derivado dele é de importância comercial ainda maior
que a do próprio dipeptídeo. O derivado tem um grupo
metila na extremidade C-termÍnat em uma ligação éster
com o grupo carboxila, O metil éster derivado é chamado
de aspartame e comcrciaíizado como
um substituto do açúcar sob a marca
registrada de NutraSweeE,
O consumo de açúcar culinário
comum nos Estados Unidos é de cerca
de 100 libras (45,4 kg) por pessoa ao
ano, Muitas pessoas desejam reduzir o
consumo de açúcar para combater a
obesidade. Outras devem limitá-lo por
causa do' diabetes. Uma das formas
mais comuns de fazê-Io é ingerir be~
bidas dieléticas. A indústria de refri"
gerantes é um dos maiores mercados
para o asparlame. O uso desse ado-
cante foi aprovado pela Food and
Drugs Administration nos Estados
Unidos em 1981 após extensivos testes,
embora ainda haja uma certa contro-
vérsia sobre sua segurança. Refrigerantes dietéticos adoça-
dos com aspartame têm rótulos com advertência sobre a
presença de fenilalanina. Essa informação é essencial
para pessoas com feniïcetonúria, uma doença genética do
metabolismo da fcnilaïanina (veja o quadro Conexões
Bioquímicas na página 81). Observe que os dois aminoá-
cidos têm a configuração L. Se um D-aminoácido for subs-
tituído por um desses aminoácidos ou por ambos, o
derivado resultante terá sabor amargo em vez de doce.
cocr
CH<, O ÇH2 O
— ^J-^ —^, —^ — ^II J —^, — ^/—'-'l^Ij
H
í/-Asi3f!i1!U-L'?Ki-ti!;^ïi)iL!ft (nieiU éy^t'}
(a) Estrutura do aspartame. (b) Modcio de volume alômico do aspartame.
Aminoádáos e Peptídeos 81
(a) (c)
NH,+ NH-i
-OOC—CH—CH2--CHy—C—N~ÇH-~-C—N---CHs>—COO- -OOC—CH-~CHa---CH^—C—N—ÇH~C~N—CHy—COO-
H CI-L, Hp
Grupo sulfidrila SH
G^ï-ï íGiu^íio^s i'^hií;d;>} (^GÍu—Cys—Gly)
SH
(b)
Oxiáação
-2H-2e~
2 GSH ^—..........r^ GSSG
+2H +2e~
Redução
-ReEtçan á" 2 G3H pa-i-a gei-íiji- C-;-S3C
M ÇHg H
Ligação dissuHcto
ç
NH3+ Q CHg Q
-'OOC--CH~CH3~CHa—C~N~-CH—C—N~CHi,-~COO~
I-I H
G3SG (aw.Káwn wwïaúa) (yGlu—Cys—Giy)
s
v
l
(YGlu—Cys—GJy)
Á HC-iUHA. 3.12 Oxidação e redução da gtuEationa. (a) Estrutura da glutationa reduzida, (b) Representação esquemática da reação de
oxidorredução. (c) Estrutura da giuEationa oxidada.
?.fâaij?^
As mutações que levam a deficiências em enzimas são
normalmente chamadas de "erros inatos do metabo-
lismo", pois envolvem defeitos no DNA do indivíduo afe-
tado. Os erros em enzimas que catalisam reações de
aminoácidos frequentemente têm consequências desas-
trosas, muitas delas levando a formas graves de retardo
mental. A fenilcetonúria (PKU) é um exemplo bastante
conhecido. A fenilalanina, o fenilpiruvato, o fenilactato e
o fenilacetato se acumulam no sangue e na urina.
Evidências disponíveis sugerem que o fenilpiruvato, que
é uma fenilcetona. causa retardo mental ao interferir na
conversão do piruvato em acetil-CoA (um intermediário
importante em diversas reações bioquímicas) no cére-
bro. Também é provável que o acúmulo desses produEos
nas células cerebrais resulte em um 'desequilíbrio
osmótico no qual a água flui para as células cerebrais.
Essas células aumentam de tamanho até que se compri-
mam no cérebro em desenvolvimento. Nos dois casos, o
cérebro não consegue dcsenvolver-se normalmente.
FcniÍKÍïmim
hiclroxilaKe
Tirosina ~4 —FT^rT^~Z~ Feni)alar»ina "";r:';:::.:.._:.
teíidcnda * "•"•"'"— f— Traiuainina;;c
cnziqraUca
n;i PKU
Felizmente, a PKU pode ser detectada com facilidade
em recém-nasddos, e todos os 50 Estados norte-ameri-
canos, além do Distrito de Columbía, exigem a realização
desse teste por ser mais baraEo tratar a doença com uma
dieta modificada do que lidar com os custos de um indiví-
duo com retardo mental que, normalmente, fica inter-
nado durante Eoda a sua vida. Ás mudanças alimentares
são reladvamentc simples. A fenilalanina deve ser limi-
tada à quantia necessária para síntese proEeica e a tirosina
deve ser suplementada, já que a fenilalanina deixa de ser
uma fonte. Você deve ter notado que os alimentos com
aspartame possuem uma advertência sobre a quantidade
de fenilalanina desse adoçante. Um substiEuEo do aspar-
£ame, que tem o nome comercial de Alatame, contém
alanina em vez de fenilalanina. Ele foi desenvolvido para
manter os benefícios do aspartame sem os perigos asso-
ciados à fenilalanina.
o
CR,CCOO
.('enilpiruvato
(unia fsnilceíona)
2H+ 4- 2e
co,,
(/ \-Cíi.,COO-
Fen.Uacetaío
 Reações envolvidas no desenvolvimento da fenilceEonúria (PKU). Uma deficiência na enzima que catalisa a conversão da
fenilalanina em tirosina leva ao acúmulo de fenilpiruvato, uma fcniicetona.
Bioquimica
com o aminoácido N-terminal em primeiro lugar e o C-terminal por último. Os dois pepíídeos cm questão,
a lcucina-enceíalina e a metionína-enccíalina, são diferentes apenas em seus aminoácidos C-termÍnai.s.
Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu (abreviaçâo de tre'i letras)
Y-G-G-F-L (abreviação de uma letra)
Tyr-Gly-Gly-Phc-Met
Y-Cí-G-F-M
Acredita-se que a.s cadeias laterais aromática.s da tirosina e da fenilalanina nesses pcplídeos tenham
uma função em suas alividades. AcredÍta-se lambem que há semelhanças entre as estruturas tridimensionais
dos opíáceos, como a morfina, e as da.s encefalinas. Como resultado dessas semelhanças estruturais, os
opláceos se ligam a receptores no cérebro como se fossem encefalinas e, assim, produzem suas atívídades
fisiológicas.
Alguns peptídeos importantes têm estruturas cíclicas, Dois exemplos conhecidos com muitas caracterís-
ticas estruturais em comum são a oxitocina e a vasopressína (Figura 3,13). Em cada um há uma ligação
-S~S~ semelhante à da forma oxidada da glutaüona. A ligação dissulfeto é responsável pela estrutura cíclica.
Cada um desses peptídeos contém nove resíduos de aminoácidos, cada um com grupo amida (em vez de
um grupo carboxila livre) no C-terminal, e cada um com uma ligação ciissulfeto entre os resíduos de cis-
teína nas posições l e 6. A diferença entre esses dois peptídeos é que a oxitocina possui um resíduo de
isoleucina na posição 3 e um resíduo de leucina na posição 8, e a vasopressina possui um resíduo de feni-
lalanina na posição 3 e um resíduo de arginina na posição 8. Esses dois peptídeos têm importância fisioló-
g'ica considerável como hormônios (veja o quadro Conexões Bioquímicas a seguir).
Em alguns outros peptídeos, a estrutura cíclica é formada pelas próprias ligações peptídícas. Dois
decapeptídeos cíclicos (peptídeos que contêm dez resíduos de aminoácido) produzidos pela bactéria
Ht{N —Çys —Tyr — I!c
Gln
Cy.s—Asn 0
Pro—Lcu—Gly—C—NH^
Ox.Uocmïi
H;iN—Cys~Tyi--~Plif
Gln
Ligação
dissulfeto
<i HüURÃ 3,1'3 EsH-nUiríis cia «xitocina c da vas<ipre.ssif]a,
Cy,s—Asn o
Pro—A)-g ~Gly—C ~NHy
r
Aminoácidos e Pepíídeos 83
Badllus brevis são exemplos interessantes. Esses dois peptídeos, a gramicidina S e a Eirocidína A, são antibióti-
cos e ambos contêm aminoácidos D, assim comoos arninoácidos L mais comuns (Figura 3.14). Além disso,
ambos contêm o aminoácido ornitina (Orn), que não ocorre em proteínas, maâ tem uma função como
intermediário em diversas rotas metabólicas (Seção 23.6, Volume 3.)
ig— CHy— CHg—NFI^
+NH3—CH—COCr
Orni.d.Ha (Orn)
L-VaI—L-Orn—L-Leu—D-Phe—L-Pro
L-Pro — L-Phe — L-í.eu — U-Orn ~ L-Val
Craïiriaamna 5
L-Val—L-Orn—L-Leu—D-Phe—L-Pro
L-Tyr—L-GÍu — L-Asp—D-Phe—L-PIie
TÍroddma
Direçào da ligação peptídica
Direção da ligação peptídica
Á FKïllRA 3.14 Estruturas da ornitina, da gramicidina S e cia tirocidina A,
;liMMI KMSã^SSSlffá li l .HM.®.
A oxitocina e a vasopressina são hormônios peptÍdícos. A oxiíocina induz ao parto em gestantes e controla a contração
do músculo uterino. Durante a gravidez, o número de receptores para a oxitocina na parede uterina aumenta. Na
hora do parto, o número de receptores para a oxitocina é alto o suficiente para causar a contraçâo do músculo liso do
útero na presença de pequenas quantias de oxitocina produzidas pelo organismo no final da gravidez. O feto move-se
;em direção ao colo do útero devido à força e à frequência das contrações uterinas. O colo expande-se, enviando
impulsos nervosos ao hipotálamo. Quando os impulsos atingem essa parte do cérebro, o feedback leva à liberação de
mais oxitocína pela hipófise posterior. A presença de mais oxkocina- ieva a contrações mais fortes do útero para que o
bebé seja forçado através do colo cervical e nasça. A oxitocina também tem uma função no estímulo de fluxo de leite
em uma lactante. O processo de sucção envia sinais nervoso ao hipotálamo do cérebro materno. A oxitocina é iiberada
e transportada pelo sangue até as glândulas mamarias, A presença de oxitocina faz que o músculo liso das glândulas
mamarias se contraia, forçando a expulsão do leite. No decorrer da sucção mais hormônio é liberado, produzindo
ainda mais leite,
A vasopressina tem um papel no controle da pressão sanguínea ao regular a contmção do músculo liso e, assim
como a oxitodna, ela é liberada pela ação do hipotáíamo na hipófíse posterior e é transportada pelo sangue até os
receptores específicos. A vasopressina estimula a reabsorção de água pelo rim, tendo efeito antidiurético. Quanto mais
água é retida, maior é a pressão sanguínea.
84 Bioquímica
•sym©
3.K O qy<Q São Aimlifi%^dtíkí;ï © Q^ÍCTJÍ Ê SÍL^
lü^Tï.fitltíftí 'â^B^Íh^iiíïETiSÍ^iiSil? Os aminoácidos que são
unidades monoméricas de proteínas têm uma estrufcura gerai
em comum com um grupo amína e um grupo carboxila liga-
dos ao mesmo átomo de carbono. A natureza das cadeias la-
terais, mencionadas como grupos R, é a base das diferenças
entre os aminoácidos. Com exceçao da glicina, os aminoácidos
podem existir em duas formas, designadas L e D, Esses dois
estereoisômeros são imagens espccuiares que não podem ser
sobrepostas. Os aminoácidos encontrados nas proteínas são da
forma L, mas alguns aminoâcidos D ocorrem na natureza.
3^ €^3^^, ;^ão sãs ^stri!its^s"as fâ as iPro|p^i@E-
dkxles dlos ÂrïisiriseâeEjdios líradâvldvaBF.s? Um
esquema de classificação para aminoácidos pode se basear
nas propriedades áe suas cadeias laterais. Dois critérios espe-
cialmente importantes são a natureza polar ou apoiar da
cadeia lateral e a presença de um grupo acídico ou básico na
cadeia lateral.
33 Am l lïsíuá'?: Idos Tfêsn lïrâgpirljfê'i|^des3 Âdnl!QirI
Bs^íkSiS l^pKslfÍSïïiS? Em aminoácidos livres em ppl
neutro, o grupo carboxilato é carregado negativamente e o
grupo amina é carregado posiEivamente, Os aminoácidos sem
grupos carregados em suas cadeias laterais existem em solução
neutra como zwitteríons, sem nenhuma carga líquida. As cur-
vás de titulação de aminoácidos indicam a variação de pT-I nas
quais os grupos tituláveis ganham ou perdem um próton. As
cadeias laterais de aminoácidos também podem contribuir
com grupos tituiáveis: a carga (se houver) de uma cadeia la-
teral deve ser considerada na determinação da cadeia líquida
no aminoácido.
3.4 Q qg3n i^ si ÏL^^çã^ PepfidBfía? Os peptídeos são
formados pela união do grupo carbo^ila de um aminoácido
com o grupo amina de outco aminoâcido em uma ligação
covalente (amida). As proteínas consistem em cadeias polipep-
Lídicas; o número de aminoácidos em uma proteína é normal-
mente 100 ou mais. O grupo pepi-Ídeo é planar; essa restrição
estereoquímica tem papel importante na determinaçào de
estruturas tridimensionais de peptídeos e proteínas.
3-^i ^ïptNteo;? Peqiuiei^os Ssio ^igsoíi^lieïïiï^fâ^te
AfUyCi;?)? Peptídeos pequenos, que contêm de dois a diversas
dezenas de resíduos de aminoácidos, podem ter efeitos físi-
ológicos notáveis no organismo.
2.
3.
Sã© AFSfitmoéddtais © @y@]i! Ê S^&a
EstrytWëi Triidlijmfâinisfor^ii?
Verificação áe Fatos Como os aminoácidos D são dife-
rentes dos aminoácidos L? Quais as funções biológicas
exercidas por peptídeos que contêm aminoácidos D?
ï QiUfgib ^ã© as E:gtryh-sras @ as ÏPrwritedia"
dês dog Amíiiïïioáddtes iiini^lvidyais?
Verificação de Fatos Qual aminoácido não é tecnicamente
um aminoáddo? Qual aminoácido não contém nenhum
átomo de carbono quiral?
Verificação de Fatos Cite um aminoácido em que o grupo
R contenha o seguinte:
um átomo de enxofreum grupo hidroxila
um segundo átomo
de carbono quiral
um grupo amida
um anel aromático
um grupo amina
um grupo ácido
uma cadeia lateral ramificada
4. Verificação de Fatos Identifique os aminoácidos polares, os
aminoácidos aromáticos e os aminoácidos que contêm en-
xofre, dado um peptídeo com a seguinte sequência de
aminoácidos:
Val-Met-Ser-IIe-Phe-Arg-Cys-Tyr-Leu
5. Verificação de Fatos Identifique os aminoácidos apoiares
e os aminoâcklos acídicos no seguinte peptídeo:
GIu-Thr-Val-Asp-Ilc-Ser-Ala
6. Verificação de Fatos Há outros aminoácidos além dos 20
aminoácidos encontrados nas proleínas? Caso afirmativo,
como esses aminoácidos são incorporados nas proteínas?
Dê um exemplo de tal aminoácido e de uma proteína na
qual ele ocorra.
33 ©s AriiWiioéeÊcfos 'Ïèm Prciipraedad^g Ac:ld©-
Bâsikas Esp©cífk@s?
7. Matemática Dê a forma ionizada predominante dos se-
guintes aminoácidos em pH 7: ácido gluEâmïco, leucina,
treonina, hisüdina e arginina.
8. Matemática Desenhe as estruturas dos seguintes aminoáci-
dos, indicando a forma carregada que existe em pH 4: his-
tidina, asparagina, tríptofano, prolina e tirosina.
9. Matemática Dê a forma predominante dos aminoácidos da
Pergunta 8 em pH 10,
10. Matemática Calcule o ponto isoelétrico de cada um dos
aminoâddos a seguir: ácido glufcâmico, scrina, histidina,
lisina, ÉÍrosina e arginina.
11. Matemática Desenhe uma curva da titulação para o
aminoácido cisteína e indique os valores de pK^ para todos
os grupos Lituláveis. Indique também o pH no qual esse
aminoácido não lem carga.
12. Matemática Desenhe uma curva da titulação para o
aminoácido lisina e indique os valores de pK^ para todos
os grupos tituláveis. Indique também o pH no quai esse
aminoácido não tem carga.
13. Matemática Um químico orgânico normalmente fica feliz
com rendimentos de 95%. Se você sintetizar um polípep-
tídeo e atingir uma produção de 95% para cada resíduo de
aminoácido adicionado, qual será sua produção final após
adicionar dez resíduos (ao primeiro aminoácido)? E após adi-
. cionar 50 resíduos? E após 100 resíduos? Esses rendimentos
seriam bioquimicamente "satisfatórios"? Como os baixos
rendimentos são evitados bioquimicamente?
14. Matemática Desenhe uma curva da titulação para o ácido
aspártico e indique os vaEores de pK^ para todos os grupos
tituláveis. Indique também o intervalo de pH no qual o
par conjugado ácido-base Asp +1 e Asp O atuarão como
tampões.
T
i5. Pergunta de Raciocínio Sugira um motivo pelo qual os
aminoácidos normalmenle são mais solúveis em pH
extremos do que em pH neutro (observe que isso não
significa que cies sejam insolúveis em pH neutro).
16. Pergunta de Raciocínio Escreva equações para mostrar as
reações de dissociação iônica dos seguintes aminoácidos:
ácido aspárt.Íco, valina, histidina, serina e lisina.
17. Perguntade Raciocínio Com base nas informações da
Tabela 3.2, há algum aminoácido que pousa servir de tam-
pão em pH 8? Em caso afn-malivo, qual?
18. Pergunta de Raciocínio Se você tivesse um aminoâcido
imaginário baseado no ácido glutâmico, mas no qual o
hidrogênio ligado ao carbono Y fosse substituído por outro
grupo amina, qual seria a forma predominante desse
aminoácido a pH 4, 7 e 10, se o valor de p/<, fosse 10 para
o grupo amina exclusivo?
19. Pergunta de Raciocínio Qual seria o pi para o aminoáddo
imaginário descriEo na Pergunta 18?
20. Pergunta de Raciocínio Identifique os grupos carregados
no peplídeo mostrado na Pergunta 4 em pH l e em pH 7.
Qual é a carga líquida desse peptídeo nesses dois valores
depH?
21. PergTinta de .Raciocínio Considere os seguintes peptídeos:
Phe-Glu-Ser-Met e Val-Trp-Cys-Leu. Esses peptídeos têm
cargas líquidas :diferentes em pH l? Em pH 7? Indique
as cargas nos dois valores de pH.
22. Pergunta de Raciocínio Em cada um dos dois grupos de
aminoácídos a seguir, qual ammoácido seria mais fácil de
distinguir entre os outros no grupo, com base na tlti-t-
lação?
(a) gly, leu, lys
(b) glu, asp, ser
23. Pergunta de Raciocínio O aminoácido glicina poderia ser
a base de um sistema-tampão? Em caso afíi-malivo, em qual
intervalo de pH ele seria útii?
3A © @]v© E £a yspção Peptsdac&í?
24. Verificação de Fatos Desenhe as estruturas por ressonân-
cia para o grupo peptídico.
25. Verificação de Fatos Como as estruturas :por ressonância
de um grupo peptídico contribuem para o arranjo planar
desse grupo de átomos?
26. Conexões Bioquímicas Que aminoâcidos ou seus deriva-
dos são neurotransmissores?
2?. Conexões Bioquunicas O que é uma monoaminaoxidase
e qual a sua função?
28. Pergunta de Raciocínio Considere os peptídeos Ser-Glu-
Gly-His-Ala e Gly-His-AJa-Glu-Ser. Como esses dois pep-
tídeos são diferentes?
29. Pergunta de Raciocínio Você espera que as curvas de tilu-
lação aos dois peptídcos da Pergunta 28 sejam diferentes?
Por quê?
30. Pergunta df; Raciocínio Quais são as sequências de todos
os tripeptídéos possíveis contendo os aminoácidos ácido
aspártico,'Ieucina e fenilalanina? Utilize as abreviações de
três letras para expressar sua resposta.
31. Pergunta de Raciocínio Responda à Pergunta 30 uf.i-
lixando abreviações de uma lelra para os aminoácidos.
32. Pergunta de Raciocínio A maioria das proteínas contém
mais de 100 resíduos de aminoácidos. Se você decidir sin-
tetizar um polímero de 100 aminoácidos com os 20
aminoácidos diferentes disponíveis para cada posição,
quantas moléculas diferentes você poderá formar?
Aminoáddos e Peptídeos 85
33. Conexões Bioquímicas Qual é a base estereoquímica da
observação de que a D-aspartil-D-fenílalanina tëm um gosto
amargo, enquanto a L-asparul-L-fenÍlaIamna é consideravel-
mente mais doce que o açúcar?
34. Conexões Bioquímicas Por que um copo de leite morno
pode ajudá-lo a dormir à noite?
3Ë. Conexões Bioquímicas O que seria melhor consumir
antes de uma prova: um copo de leite ou um pedaço de
queijo? Por quê?
36. Conexões Bioquímicas O que você pode deduzir (ou
saber) sobre a estabilidade de amínoácidos quando com-
parada com a de outras unidades de blocos construtores de
biopolímeros (açúcares, nucleotídeos, ácidos graxos et.c.}?
37. Pergunta de Raciocínio Se você soubesse tudo sobre as
propriedades dos 20 aminoácidos comuns (protéicos),
poderia prever as propriedades de uma proteína (ou de
um grande peptídeo) feita a partir deles?
38. Pergunta de Kaciocínio Sugira um moE.ivo pelo qual os
aminoácidos tiroxina e hidroxiprolina são produzidos peta
modificação pó.s-traduçâo dos aminoâcidos tirosina e pro-
lina, respectivamenle.
39. Pergunta de Raciocínio Considere os pepíídeos Gly-Pro-
Ser-Glu-Thr (cadeia aberta) e Gly-Pro-Ser-Glu-Thr com
uma ligação peptídica unindo a treonina e a gÍicina. Esses
peptídeos são quimicamente iguais?
40. Pergunta de Raciocínio Você espera poder separar os pep-
tÍdeos da Pergunta 39 por eletroforese?
41. Pergunta de Raciocínio Sugira um motivo pelo qual a
biossíntese de aminoácidos e proteínas seria evenLuaI-
mente interrompida em um organismo que tem car-
boidratos como sua única fonte de alimento.
42. Pergunta áe Raciocínio Você está estudando com um
amigo que desenha a estrutura da alanina em pH 7. Ela tem
um grupo carboxila (-COOH) e um grupo amina (-NHg).
Quais sugestões você faria?
43. Pergunta de Raciocínio Sugira um motivo (ou motivos)
pelo qual os aminoâcidos polimerizam para formar proteí-
nas que têm, comparativamente, poucas ligações cova-
lentes cruzadas na cadeia poiipeptídica.
44. Pergunta de Raciocínio Sugira o efeito na estrutura de
peptídeos sc o grupo pcptídico não fosse planar.
45, Pergunta de Raciocínio Especule sobre as propriedades
de proteínas e peptideos se nenhum dos aminoácidos
comuns tivesse enxofre.
46. Pergunta de Raciocínio Especule sobre as propriedades
das proteínas que poderiam ser formadas se os aminoáci-
dos não fossem quirais.
3.5 ©s EPeptadeesi IP^qye^os Ïïã© Fi^iJQÍogijs^-
me^'£© AIÊfl^©s'?
47. Verificação de Fatos Quais são as diferenças estruturais
entre os hormônios peptídicos oxiEocina e vasopressina?
Como eles são diferentes em suas funções?
48. Verificação de Patos Como as formas oxidada e reduzida
da giutalioria jsão diferentes entre si?
49. Verificação de Fatos O que c uma encefaÍina?
50. Pergunta de Raciocínio A enzima D-aminoácido oxídase,
que converte aminoácidos D em sua forma ceto a, é uma
das enzimas mais poderosas do corpo humano. Sugira um
motivo pelo qual essa enzima tem uma taxa de afcividade
tão alta.
86 Bioquímica
fôifoli©cirafia Ccmeiritada
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