Proteinas e aminoacido aulas

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Proteínas
(c) The protein keratin, formed by all vertebrates, is the chief structural component of hair, scales, horn, wool, nails, and feathers. 
(a) The light produced by fireflies is the result of a reaction involving the molecule luciferin and ATP, catalyzed by the enzyme luciferase 
(b) Erythrocytes contain large amounts of the oxygen-transporting protein hemoglobin. 
The black rhinoceros is nearing extinction in the wild because of the belief prevalent in some parts of the world that a powder derived from its horn has aphrodisiac properties. In reality, the chemical properties of powdered rhinoceros horn are no different from those of powdered bovine hooves or human fingernails.
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Composição molecular de uma célula de E. coli
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Estrutura geral dos amionoácidos de ocorrência biológica
Grupamento amino
Grupamento carboxilato 
(ácido carboxílico)
Hidrogênio
Grupamento “R”,
 ou cadeia lateral
Essa parte é que define as propriedades cada aminoácido de acordo com suas características de estrutura, tamanho, caga elétrica , solubilidade
Exceção: 
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Os aminoácidos possuem (pelo menos) um carbono quiral
Estéreo isômeros
Ópticamente ativos,
 isto é mudam o plano de polarização da luz polarizada
(enantiomeros)
Os aminoácidos utilizados nas proteínas são L-estereoisômeros
Exceção:
Centro 
quiral
A
B
C
D
A
B
C
D
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Classificando os aminoácidos
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Uma classificação dos aminoácidos
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Outra classificação:
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Apolares alifáticos
Alanina , valina, leucina e isoleucina tendem a se agrupar no interior das proteínas, estabilizando sua esrutura por meio de interações hidrofóbicas.
Metionina possui um grupamento tioéter apolar (contendo enxofre) na sua cadeia lateral.
Prolina: tem uma cadeia alifática ciclica na sua cadeia lateral. Sua amina secundária (imino) confere rigidez à região do polipeptídeo onde está presente. 
Glicina: É o que tem a estrutura mais simples. Embora esteja classificada como apolar, sua cadeia lateral é muito pequena para contribuir com as interações hidrofóbicas
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Polares não carregados
São mais hidrofílicos que os aminoácidos apolares porque contém grupamentos funcionais capazes de fazer pontes de hidrogênio com a água.
A polaridade as serina e da treonina é devida ao seus grupamentos hidroxila (–OH).
A polaridade da cisteína é devida ao seu grupamentoa sulfidrila (-SH).
Os grupamentos amida conferem polaridade às cadeias laterais da asparagina e da glutamina
Asparagina e glutamina são amidas de outros dois aminoácidos também encontrados em proteínas: aspartato e glutamato
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Cisteína e Cistina
A cisteína é facilmente oxidada para formar um dímero através de uma ligação covalente do tipo dissulfeto . Esse dímero, que se chama cistína, é extremamente apolar .
As ligações dissulfeto tem um papel muito importante na estrutura de muitas proteínas formando ligações covalentes entre diferentes partes de uma molécula de proteína
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Aminoácidos aromáticos
São relativamente apolares (hidrofóbicos).
Os três podem participar de 
interações hidrofóbicas
O grupamento hidroxila da tirosina pode formar pontes de hidrogênio, é um importante grupamento funcional no sítio catalítico de algumas enzimas.
Tirosina e triptofano são significativamente mais polares do que fenilalanina, devido a hidroxila fenólica da tirosina e ao nitrogênio indólico do triptofano
fenol
indol
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Grupamentos R com carga positiva (básicos)
Muito hidrofílicos
Apresentam carga elétrica positiva em pH fisiológico
Lisina contem uma amina primária
Arginina contém um grupamento guanidino
Histidina contém um grupamento imidazol
amina
guanidino
imidazol
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Grupamentos R com carga negativa (ácidos)
Possuem carga negativa em pH fisiológico.
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Os aminoácidos podem se comportar como ácidos e como bases
Doador de H+
Aceptor de H+
Substância anfotérica,ou anfólito, ou anfiprótico
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Curva de titulação da glicina
Dois patamares de tamponamento, um para cada grupamento ativo do ponto de vista ácido-base: uma amina e uma carboxila.
Em pH extremamente baixo temos a predominância da forma totalmente protonada
Em pH 2.34 ( pH =pKa temos a carboxila semititulada e quantidades equimolares das espécies negativa e neutra.
Em pH 5,97 a carboxila está totalmente titulada, a espécie zwiteriônica é a predominante
Informações obtidas com a curva de titulação:
Dois patamares de tamponamento
Valores de pK1 e pK2 
Espécies envolvidas e suas cargas elétricas
1+
0
1-
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Curva de titulação do glutamato
1+
0
1-
2-
Quantos patamares?
R: três
Quais os valores de pKs?
Quais as espécies (os estados de protonação do glutamato) envolvidas?
Quais as cargas líquidas de cada espécie?
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Propriedades químicas e convenções relacionadas aos aminoácidos
Código de três letras
Código uma letra
Peso molecular
pK do carboxilato
pK da amina
pK da cadeia
lateral
!!!??
!!!??
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É uma escala teórica que procura estimar se das cadeias laterais dos aminoácios vão procurar ambientes aquosos (como o citoplasma) ou lipídicos (como as membranas celulares). Valores negativos indicam hidrofilicidade, enquanto valores positivos indicam hidrofobiciadade.
Pode ser usado para estimar como uma proteína de membrana se insere na bicamada lipídica
Propriedades químicas e convenções relacionadas aos aminoácidos (cont.)
pI – Ponto isoelétrico
Ponto isoelétrico é o valor de pH no qual a soma total das cargas de uma molécula (carga líquida) é igual a zero 
pI > 7
básicos
pI < 7
ácidos
O que é Ponto isoelétrico?
Índice de hidrofobicidade
O que é Índice de hidrofobicidade?
Frequencia (%)
É simplesmente uma estatística que mostra o percentual com que cada aminoácido aparece num universo de 1500 proteínas seqüenciadas
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Nomes dos aminoácidos
Asparagina foi o primeiro encontrada em aspargos,
Glutamato no glúten de trigo;
Glicina (glykos grego, "doce") assim chamada devido ao seu sabor doce.
Tirosina foi isolada pela primeira vez do queijo (seu nome é derivado do grego ”tyros” , "queijo");
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Peptídeos são cadeias de aminoácidos
Dois aminoácidos podem se ligar covalentemente através de uma ligação peptídica (amarelo) pra formar um dipeptídeo 
Essa ligação ocorre com a liberação de uma molécula de água.
Trata-se de uma reação de condensação
Em condições bioquímicas padrão o equilíbrio está favorece a formação de aminoácidos em fez de dipeptídeos.
Mais aminoácidos podem ser adicionados de forma parecida formando tri-, tetra-, pentapeptídeos e assim por diante...
Para deslocar a reação no sentido de polimerização
 é nescessário ativar o ácido carboxílico.
As proteínas são polímeros lineares de centenas a milhares de aminoácidos
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Peptídeos e Proteínas
Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu
Seril-glicil-tyrosil-alanil-leucina
A nomenclatura começa pela ponta amino-terminal, que é escrita à esquerda
Embora a hidrólise das ligações peptídicas seja uma reação exergônica (favorável termodinamicamente) ela ocorre lentamente devido à sua alta energia de ativação. Isso quer dizer que as ligações peptídicas são bem estáveis, apresentam uma meia-vida de sete anos na maioria das condições fisiológicas.
Carboxi
terminal
Amino
terminal
Ligações peptídicas
Cadeias laterais
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Dados moleculares sobre algumas proteínas
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Composição de aminoácidos de duas proteínas
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Algumas proteínas apresentam outros grupamentos químicos além de aminácidos
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Lipoproteina (ex.)
Lipoproteína de baixa densidade LDL
Função: 
transporte de lipídeos 
Composição:
Apoprotéinas
Ester de colesterol
Colesterol
Fosfolipídios
Triacilgliceróis
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Glicoproteína (ex.)
Glicoproteínas de superfície celular
Função:
Reconhecimento celular
Proteção
Hidratação
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Heme proteína (ex. 1)
Hemoglobina
Funções:
Transporte de O2
Transporte de
CO2
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Heme proteína (ex. 2)
Citocromos:
Função:
Cadeia de transporte de elétrons
(respiração celular)
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Heme proteína (ex. 3)
Citocromos P450
 Funções
Detoxificação
Síntese de hormônios esteróides
OBS:
	Freqüentemente tem atividade de hidroxilação
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Níveis na estrutura de proteínas
A estrutura primária  seqüência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui todas as pontes dissulfeto. 
Estrutura secndária  padroês em hélice, folhas, e alças frequentemente assumidos
Estrutura terciária  como os blocos (domínios) de estrutura secundária se agrupam para formar monomêros
Estrutura quaternária como os monomêros se agrupam para formar oligomêros
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Fatores que participam no enovelamento de uma proteína
Pontes de hidrogênio
Pontes dissufeto
Interações hidrofóbicas
Interações eltroestáticas
As cadeias laterais dos aminoácidos determinam o enovelamento das proteínas
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Polar, Uncharged R Groups The R groups of these amino
acids are more soluble in water, or more hydrophilic,
than those of the nonpolar amino acids, because they
contain functional groups that form hydrogen bonds
with water. This class of amino acids includes serine,
threonine, cysteine, asparagine, and glutamine.
The polarity of serine and threonine is contributed by
their hydroxyl groups; that of cysteine by its sulfhydryl
group; and that of asparagine and glutamine by their
amide groups.
Asparagine and glutamine are the amides of two
other amino acids also found in proteins, aspartate and
glutamate, respectively, to which asparagine and glutamine
are easily hydrolyzed by acid or base. Cysteine is
readily oxidized to form a covalently linked dimeric
amino acid called cystine, in which two cysteine molecules
or residues are joined by a disulfide bond (Fig.
3–7). The disulfide-linked residues are strongly hydrophobic
(nonpolar). Disulfide bonds play a special
role in the structures of many proteins by forming covalent
links between parts of a protein molecule or between
two different polypeptide chains.
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Nonpolar, Aliphatic R Groups The R groups in this class of
amino acids are nonpolar and hydrophobic. The side
chains of alanine, valine, leucine, and isoleucine
tend to cluster together within proteins, stabilizing protein
structure by means of hydrophobic interactions.
Glycine has the simplest structure. Although it is formally
nonpolar, its very small side chain makes no real
contribution to hydrophobic interactions. Methionine,
one of the two sulfur-containing amino acids, has a nonpolar
thioether group in its side chain. Proline has an
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Polar, Uncharged R Groups The R groups of these amino acids are more soluble in water, or more hydrophilic, than those of the nonpolar amino acids, because they contain functional groups that form hydrogen bonds with water. This class of amino acids includes serine, threonine, cysteine, asparagine, and glutamine. The polarity of serine and threonine is contributed by their hydroxyl groups; that of cysteine by its sulfhydryl group; and that of asparagine and glutamine by their amide groups. 
Asparagine and glutamine are the amides of two other amino acids also found in proteins, aspartate and glutamate, respectively, to which asparagine and glutamine are easily hydrolyzed by acid or base. Cysteine is readily oxidized to form a covalently linked dimeric amino acid called cystine, in which two cysteine molecules or residues are joined by a disulfide bond (Fig. 3–7). The disulfide-linked residues are strongly hydrophobic (nonpolar). Disulfide bonds play a special role in the structures of many proteins by forming covalent links between parts of a protein molecule or between two different polypeptide chains. 
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Cysteine is readily oxidized to form a covalently linked dimeric amino acid called cystine, in which two cysteine molecules or residues are joined by a disulfide bond (Fig. 3–7). The disulfide-linked residues are strongly hydrophobic (nonpolar). Disulfide bonds play a special role in the structures of many proteins by forming covalent links between parts of a protein molecule or between two different polypeptide chains. 
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Aromatic R Groups Phenylalanine, tyrosine, and tryptophan, with their aromatic side chains, are relatively nonpolar (hydrophobic). All can participate in hydrophobic interactions. The hydroxyl group of tyrosine can form hydrogen bonds, and it is an important functional group in some enzymes. Tyrosine and tryptophan are significantly more polar than phenylalanine, because of the tyrosine hydroxyl group and the nitrogen of the tryptophan indole ring.
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Positively Charged (Basic) R Groups The most hydrophilic R groups are those that are either positively or negatively charged. The amino acids in which the R groups have significant positive charge at pH 7.0 are lysine, which has a second primary amino group at the position on its aliphatic chain; arginine, which has a positively charged guanidino group; and histidine, which has an imidazole group. Histidine is the only common amino acid having an ionizable side chain with a pKa near neutrality. In many enzyme-catalyzed reactions, a His residue facilitates the reaction by serving as a proton donor/acceptor. 
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Negatively Charged (Acidic) R Groups The two amino acids
having R groups with a net negative charge at pH 7.0
are aspartate and glutamate, each of which has a second
carboxyl group.
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The plot has two distinct stages, corresponding to deprotonation of two different groups on glycine
At very low pH, the predominant ionic species of glycine is the fully protonated form, H3NOCH2 OCOOH.
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