AULA 4 Quimica dos aminoácidos PROTEINAS

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Estrutura dos Aminoácidos
Professora: Dra. JAIRELDA SOUSA
Estrutura dos Aminoácidos
• Embora mais de 300 diferentes aminoácidos tenham sido
descritos a partir de fontes naturais, apenas 20 deles são
normalmente encontrados como constituintes de proteínas em
mamíferos.
• Cada aminoácido (exceto a prolina) apresenta um grupo
carboxila, um grupo amino e uma cadeia lateral distinta
(grupo R) ligados ao átomo carbono  .
• Nas proteínas, quase todos esses grupos carboxila e amino
estão combinados, formando as ligações peptídicas, que em
geral, não estão disponíveis para reações químicas, exceto
pela possibilidade de formação de pontes de hidrogênio
• Não há possibilidade de rotação em torno da ligação peptídica.
Assim sendo, os quatro átomos dos grupamentos que
participam da ligação da ligação peptídica – C, O, N, H – ficam
dispostos em um plano rígido, constituído o que se costuma
chamar de grupo peptídico ou unidade peptídica.
• A cadeia polipeptídica pode conter de dois a milhares de
aminoácidos. Quando o nº de aminoácido é igual a 2,o polímero
é chamado dipeptídio; com 3 é um tripeptídio, de 3 a 30 é um
oligopeptídios, ou simplesmente peptídios e maior que 30 são
chamados polipetídios.
Classificação dos Aminoácidos
• Os aminoácidos 
podem ser 
classificados de 
acordo com as 
propriedades de 
suas cadeias 
laterias.
• Aminoácidos de 
cadeias laterais
apolares (Não 
doa e nem recebe 
elétrons e tem 
propriedade de 
promover 
interações 
hidrofóbicas.
Aminoácidos com cadeias laterais polares, 
desprovidas de carga elétrica
Esses aminoácido apresentam carga líquida igual a zero em pH
neutro, embora as cadeias laterais da cisteína e da tirosina possam
perder um próton de pH alcalino. Com exceção da cisteína, todos os
aminoácidos deste grupo podem formar pontes de hidrogênio.
Aminoácidos com cadeias laterais ácidas
Os aminoácido ácido aspártico e ácido glutâmico são doadores de
prótons. Em pH neutro, as cadeias laterais desses aminoácidos
encontram-se completamente ionizados, contendo um grupo
carboxilato carregado negativamente (-COO-). São denominados
aspartato e glutamato, para enfatizar o fato de estarem carregados
negativamente em pH fisiológico.
Aminoácidos com cadeias laterais básicas
As cadeias laterais dos aminoácidos básicos são aceptoras de
prótons. Em pH fisiológico, as cadeias laterais da lisina e arginina
encontra-se ionizadas, com carga positiva. Já a histidina é
fracamente básica e o aminoácido livre, em geral, não apresenta
carga elétrica em pH fisiológico, ela pode ter carga positiva ou neutra
dependendo do meio iônico.
Propriedades ópticas dos aminoácidos
O carbono  de cada aminoácidos está ligado a quatro grupos
diferentes, portanto, um átomo de carbono quiral ou opticamente
ativo.
• Os aminoácidos que apresentam um centro assimétrico podem
existir em duas formas, designadas D e L. As duas formas, em
cada par, são denominadas estereoisômeros, isômeros ópticos ou
enatiômeros.
Propriedades Ácido-básicas dos aminoácidos
• Os aminoácidos, em solução aquosa, contêm grupos -carboxila
fracamente ácidos e grupos -amino fracamente básicos.
• Além disso, os aminoácidos contêm um grupo ionizável em sua
cadeia lateral. Assim sendo, tanto os aminoácidos livres quanto
alguns aminoácidos livres quanto alguns aminoácidos
combinados por meio de ligações
peptídicas podem atuar como
tampões.
Um tampão é uma solução que
resiste a mudanças de pH quando se
adicionam pequenas quantidade de
ácido ou base, Um tampão pode ser
produzido pela mistura de um ácido
fraco (HA) com sua base conjugada
(A-).
Titulação de um aminoácido
• Exemplo: Alanina
• Esse aminoácido contém um grupo -carbonila e um grupo -
amino. Em pHs baixos (ácidos), ambos os grupos encontram-se
protonados. À medida que o pH da solução é aumentado, o grupo
–COOH é dissociado –COO- (forma I), depois forma uma
molécula dipolar (forma II), denominada zwitterion (forma
isoelétrica da alanina, carga = 0) e a liberação de um próton pelo
grupo amino da forma II resulta na forma completamente
desprotonada da alanina, forma III.
Ponto Isoelétrico de um aminoácido
• Exemplo: Alanina
• Quando em pH neutro, a alanina torna-se
dipolar, onde os grupos amino e carboxila
estão ionizados, mas a carga líquida é
zero.
• O ponto isoelétrico (pI) é o pH no qual um
aminoácido é eletricamente neutro – ou
seja, no qual a soma das cargas positivas
é igual à soma das cargas negativas.
OBS.: Em pH fisiológico, todos os
aminoácidos apresentam um grupo
carregados negativamente (-COO-) e um
grupo carregado positivamente (-NH3+),
ambos ligados ao carbono .
Substâncias como os aminoácidos, que
podem atuar como ácidos ou bases, são
definidas como anfotéricas e são
chamadas anfolitos
HISTIDINA
Estrutura das Proteínas
Estrutura Primária das Proteínas
• A sequencia de aminoácidos em uma
proteína é denominada estrutura
primária da proteína.
• A compreensão da estrutura primária das
proteínas é importante, pois muitas
doenças genéticas resultam em
proteínas com sequencias anormais de
aminoácidos, ocasionando organização
irregular, com perda ou prejuízo da função
normal.
• As proteínas, os aminoácidos são unidos
covalentemente por ligações peptídicas.
Estrutura Primária das Proteínas
• Essa ligações não são rompidas por
condições desnaturantes, como por
exemplo aquecimento. Deve haver uma
exposição prolongada a um ácido ou a
uma base forte em alta temperatura.
• A ligações do carbono  podem rodar
livremente (embora limitada pelo tamanho
e caráter dos grupos R). Isso permite que
a cadeia polipeptídica assuma uma
variedade de configurações possiveis. A
ligação peptídica geralmente é uma
ligação trans, pois, a ligação cis terá
impedimento estérico.
Estrutura Secundária das Proteínas
• O esqueleto polipetídico não assume uma estrutura
tridimensional aleatória, em vez disso, geralmente forma arranjo
regulares de aminoácidos que estão localizados próximos uns
aos outros na sequencia linear.
• A estrutura secundária é o arranjo espacial dos átomos de um
esqueleto polipeptídico, sem levar em consideração a
conformação de suas cadeias laterais.
• A hélice  e a folha  são 
exemplo de estruturas 
secundárias, frequentemente 
encontradas em proteínas.
Hélice 
• Existem várias hélices polipeptídicas diferentes encontradas na
natureza, mas a hélice  é mais comum.
• Ela apresenta uma estrutura helicoidal, que consiste de um
esqueleto polipeptídico central em espiral e bem compacto,
com as cadeias laterais dos aminoácidos que compõem
estendendo-se para fora do eixo central, de modo a evitar a
interferência estérica entre si.
Hélice 
• Exemplo:
 Queratina: É uma protéina fibrosa, cuja estrutura é quase
totalmente constituída de hélice . Elas constituem os principais
componentes de tecidos como o cabelo e a pele, e sua rigidez
é determinada pelo nº de ligações de dissulfeto entre as
cadeias polipeptídicas constituintes.
 Mioglobina: A estrutura é formada por aproximadamente
80% de hélice  e é uma molécula globular flexível.
Hélice 
• Exemplo:
 Mioglobina: A estrutura é
formada por aproximadamente 80%
de hélice  e é uma molécula
globular flexível.
• Exemplo:
 Colágeno: É a proteína mais abundante
nos vertebrados. Apresenta uma tripla
hélice. São componentes resistentes ao
estresse dos tecidos conectivos, como os
ossos, os dentes, a cartilagem, os tendões
e as matrizes fibrosas da pele e das veias.
Esta molécula apresenta três cadeia
polipeptídicas.
Folha 
• A folha  é outra forma de estrutura secundária, na qual todos
os componentes da ligação peptídicas estão envolvidos com
pontes de hidrogênio.
• As folhas  antiparalelas, em que as cadeias polipeptídicas
vizinhas ligadas por pontes de hidrogênio seguem em direções
opostas.
• As folhas  paralelas, em que as cadeias ligadas por pontes de
hidrogênio se estendem na mesma direção.
Folha 
• Estruturas supersecundárias= As protéinas globulares são 
construídas pela combinação de elementos estruturais secundários 
( hélice , folha  e sequencias não-repetitivas (conformação em 
alça ou espiral).
Estrutura Terciária das Proteínas
• Refere-se à estrutura tridimensional de um polipeptídeo inteiro.
Descreverá o dobramento dos elementos estruturais secundários e
específica as posições de cada átomo na proteína, incluindo as das
cadeias laterais.
• Obtendo esta estrutura, faz-se o estudo de cristalografia de raio X, 
para revelar a estrutura tridimensional da proteína.
Estrutura Quaternária das Proteínas
• Muitas proteínas são compostas de duas ou mais cadeias
polipeptídicas, normalmente referidas como subunidades. A
estrutura quaternária de uma proteína refere-se ao arranjo espacial
de suas subunidades.
Desnaturação das Proteínas
• As baixas estabilidades conformacionais das proteínas nativas
tornam-se muito suscetíveis à desnaturação por alteração do
balanço das forças fracas, não de ligações, que mantêm a
conformação nativa. As proteínas podem ser desnaturada por uma
variedade de condições e de substâncias:
1. O aquecimento em variações pequenas de temperatura
causa uma alteração de propriedades conformacionais
sensíveis, como rotação óptica, viscosidade e absorção de
UV. Havendo também desenrolamento ou fusão de
polipeptídeo, pois a maioria das proteínas apresentam ponto
de fusão inferior a 100ºC.
2. As variações de pH alteram o estado iônico das cadeias
laterais de aminoácidos, alterando, portanto, a distribuição
de cargas e a exigência de pontes de hidrogênio.
3. Os detergentes associam-se com os resíduos apolares de
uma proteína interferindo com as interações hidrofóbicas
responsáveis pela estrutura nativa dela.
4. Os agentes caotrópicos, como o íon guanidina e a uréia.
Este a gentes aumentam a solubilidade de substância
apolares na água. Sua efetividade como desnaturante é
devida, à sua habilidade romper interações hidrofóbicas.
• A desnaturação pode, sob condições ideais, ser reversível;
nesse caso, a proteínas dobra-se novamente em sua estrutura
original quando o agente desnaturante for removido. Entretanto,
as proteínas, em sua maioria, uma vez desnaturada, ficam
permanentemente alteradas.
Dobramento Inadequado de Proteínas
• O dobramento protéico é um processo complexo de ensino e
erro, que algumas vezes pode resultar em moléculas dobradas de
forma imprópria. Depósito dessas proteínas impróprias estão
associados com algumas doenças, incluindo amiloidoses.
Amiloidoses
• O dobramento impróprio de proteínas pode ocorrer
espontaneamente ou ser causado por uma mutação em um
determinado gene, o que produz uma proteína alterada. Além
disso, algumas proteínas, aparentemente normais, após clivagem
proteolítica anormal assumem uma conformação única, que leva à
formação de longos feixes de protéinas fibrilares e o acúmulo
desses agregados protéicos (amiloídes), tem sido implicado em
muitas doenças degenerativas – particularmente na desordem
neurodegenativa denominada Doença de Alzheimer.
Amiloidoses
• A maioria dos casos de doença de Alzheimer não é de
origem genética, embora pelo menos 5 a 10% dos casos
tenha origem familiar. Um segundo fator biológico envolvido no
desenvolvimento da doença de Alaheimer é o acúmulo
cerebral de emaranhados neurofibrilares.
Doença do Prion
• A proteína do príon (Pr) tem sido fortemente implicada como o
agente causador das encefalopatias espongiformes transmissíveis
(EET’s), incluindo a doença humana de Creutzfeldt-Jakob, o
scrapie em ovelhas e a encefalopatia espongiforme bovina no
gado (popularmente conhecido como doença da vaca louca)