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Aulas digitadas para a 1ª prova teórica de BIOQUIMICA Obs: os trechos em vermelho são os que os professores disseram que são mais importantes e que vão cair na prova Aula do dia 22/07/2011 – Aminoácidos: estrutura e função (Silvia) por Carolina do Carmo 2011.2 Slide: Aula 01 – Aminoácidos, estruturas e propriedades. Existe o grupo das biomoléculas: proteínas, carboidratos e lipídios. Começa-se pelas proteínas, pois elas estão em todos os lugares, são mais freqüentes, estão distribuídas no ambiente celular. Proteínas → “protos” → “a primeira”, “a mais importante” Proteínas → todas as células (em todas as partes) Qual a estrutura de um aminoácido? Carbono α, amino, carboxila, H e grupamento R (que muda o aminoácido) . Quantos aminoácidos são? 20, excluindo os aminoácidos modificados. O aminoácido mais simples é a Glicina, em que o grupamento R é um H, o carbono α não é um carbono quiral, pois tem dois substituintes iguais. Os 19 aminoácidos restantes possuem carbono quiral, possuindo assim, isômeros. Exemplo: Alanina (R = CH₃) L-Alanina ou D-Alanina em relação ao grupamento amino, nos aminoácidos Levogiro e Dextrogiro são classificados diferente dos compostos comuns, pois são classificados de acordo com a configuração absoluta de um outro composto, um açúcar de três carbonos, é um sistema diferente de nomenclatura e nada tem a ver com o desvio da luz polarizada. No caso dos aminoácidos podem ser do tipo L ou tipo D. Configuração: como a estrutura está disposta. Conformação: como as estruturas se mobilizam, se torcem, sem ter quebra de ligação. Representação dos estereoisômeros no espaço – fórmulas em perspectiva. Representação dos estereoisômeros no espaço – fórmulas em projeção. Configuração Absoluta Os aminoácidos são classificados de acordo com a configuração absoluta de um composto chamado de gliceraldeído. O carbono α é a referência e a classificação é feita com base na posição da hidroxila, compara a posição da hidroxila do Gliceraldeído com o a posição do amino do aminoácido, esquerda L e direita D. L e D nada tem a ver com o desvio da luz, mas sim com a configuração absoluta do Gliceraldeído. É um sistema proposto e não tem uma explicação. Os aminoácidos humanos são todos do tipo L, do tipo D se encontram em microorganismos. Classificação de aminoácidos Os 20 aminoácidos são agrupados em classes de acordo com o radical R (tamanho, forma ou carga). [Comentário: não precisa decorar estrutura e nome, por exemplo, não precisa olhar o aminoácido e falar: “esse aminoácido é a fenilalanina”. Não importa saber o nome, o que importa é saber classificar... Polar, apolar, esse aminoácido vai estar em uma proteína inserida em uma parte hidrofóbica de uma membrana, esse aminoácido vai estar em uma proteína solúvel no citosol, etc.] AA que é bom saber: - aromáticos em geral (pq absorvem luz) - glicina - prolina - histidina - cisteina Classes: • Apolares, com radical alifático • Aromáticos (geralmente apolares) • Polares, com radical não carregado • Polares, com radical carregado positivamente • Polares, com radical carregado negativamente APOLARES, COM RADICAL ALIFÁTICO Obs.: A Metionina possui uma polaridade muito baixa, antigamente era classificada como Polar, mas a classificação atual é APOLAR. Exceção: Prolina – um iminoácido. A cadeia lateral fecha um anel com o Cα. Apesar dessa configuração diferenciada, a Prolina é classificada como Aminoácido Apolar. Dos aminoácidos acima, os mais importantes para a estrutura protéica (a ocorrência de várias unidades desses aminoácido tem mais efeito na estrutura da proteína) são: Glicina e Prolina, uma é oposto da outra. A Glicina por possuir um substituinte pequeno e apolar conferindo flexibilidade à proteína em que se insere. A formação do anel, na Prolina, confere rigidez a estrutura protéica em que o aminoácido está inserido. Quando observamos um dobra em uma proteína, provavelmente a Prolina que promove aquela curvatura. Exemplo: Colágeno é rico em Prolina, é uma estrutura curva, em forma de hélice bem fechada, pela própria função do colágeno. E para ocupar os espaços existentes, precisa um substituinte pequeno, por isso ele também é rico em Glicina. POLARES, COM RADICAL NÃO CARREGADO O mais importante do grupo é a Cisteína, pois possui um grupamento SH(tiol). Nas estruturas protéicas pode ocorrer a reação SH-SH, formação de pontes dissulfeto pela oxidação da proteína, conferindo estabilidade à estrutura: Quanto mais pontes dissulfeto, mais rígida a proteína é. Exemplo: Queratina. AROMÁTICOS Todos apolares, porém uns mais que outros. Polaridade: Felilalanina > Tirosina > Triptofan Importância: Ocorre um fenômeno de absorção de luz para um comprimento de onda = 280nm. Esse fenômeno possibilita quantificar a proteína, necessário para o diagnóstico de doenças , por exemplo. Quando a adsorção de luz é alta o número de proteínas está aumentado e vice versa. Para a dosagem de proteína o que se faz normalmente é reação de cor, põem um reativo que gera uma cor, então observa-se a intensidade da cor, quanto mais intensa mais a adsorção de luz. (Visto em aula prática.) No caso da inexistência de reativo de cor, coloca-se em espectro fotômetro, se a adsorção aumentar significa que há a presença dos aminoácidos aromáticos, e se tem os aminoácidos provavelmente tem uma proteína. O gráfico mostra a adsorção de cada aminoácido de acordo com o comprimento de onda. Publicação que fala da dosagem de proteína e o método de determinação de proteína por adsorção de luz, e discute sobre. Dosando proteínas podemos determinar algumas doenças: Sangue: Aumentos são encontrados na desidratação, doença hepática, neoplasias, mieloma, leishmaniose, etc. Valores baixos podem ocorrer na gravidez, cirrose, síndrome nefrótica, desnutrição, hipertireoidismo, queimaduras, etc. Líquido sinovial: elevações de proteínas podem ocorrer nos processos inflamatórios articulares. Líquor: níveis elevados ocorrem na hemorragia subaracnóidea, meningites, etc. Valores baixos ocorrem no pseudotumor cerebral, hipertireoidismo e punções lombares repetidas. Urina: alterações: glomerulonefrites, síndrome nefrótica, eclâmpsia, infecção urinária, prostatite e uretrite. Para cada proteína existe um nível de referência, uma quantidade padrão. POLARES, CARREGADOS POSITIVAMENTE Nesse exemplo a carga é o que classifica o aminoácido, pois decide como ele irá reagir e interagir dentro de uma proteína, então, o tamanho também é importante, mas a carga é mais decisiva nesse tipo de interação. Histidina não tem carga e dos três ela é a mais importante. A classificação de aminoácidos é feita em pH=7,0, por isso o amino está protonado e a carboxila desprotonada. Na Histidina em pH=6,0, tem um H ligado ao N deixando-o carregado positivamente, por isso ela é classificada como Polar, pois o pK=6 e pouquinho , um pouquinho abaixo de 7, mas como a classificação é feita em pH=7 ele aparece já desprotonado. Histidina é presente na Hemoglobina Importância: Hemoglobina, tamponamento de sangue, pois como esse N protona e desprotona em pH=6 e pouquinho e o pH normal do sangue é =7,2, ele é o único aminoácido capaz de capturar ou soltar prótons, regulando o pH sanguineo. Ou seja, a hemoglobina não serve só para o transporte de oxigênio, é o principal tampão do sangue. POLARES, CARREGADOS NEGATIVAMENTE Serão comentados em outras aulas. Aminoácidos essenciais: indispensáveis, precisa adquirir. Arginina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina FenilalaninaTreonina Triptofano Valina (Não precisa decorar a lista) Aminoácidos vitais: o corpo produz. O que é uma proteína rica ou pobre? A proteína é mais rica quanto mais variada a constituição de aminoácido. Exemplo: Gelatina = colágeno. POBRE, pois possui repetição de aminoácidos, não há grande variabilidade. Nomenclatura de aminoácidos Primeira ou três primeiras letras (também não precisa decorar.) Na contracapa de livros geralmente tem essa lista. Aminoácidos modificados – mais importantes (Só exemplos, NÃO precisa decorar) OH- Prolina: comum no colágeno. Metillisina: presente na miosina (proteína do músculo). Carboxiglutamato: presente na protrombina (coagulação do sangue). Desmosina: fusão de quatro lisinas, presente na elastina. Os aminoácidos modificados são importantes e são sempre formados a partir dos aminoácidos essenciais. Aminoácidos que não participam da estrutura protéica, mas participam do metabolismo Será aprofundado em aulas futuras, ela não comentou nada sobre, mas no slide possui o exemplo dos intermediários metabólicos a seguir: Participam do Ciclo da Uréia. Formas não iônicas e iônicas dos aminoácidos Cargas de protonação e desprotonação. Forma Z: híbrido, tem carga positiva e negativa na mesma estrutura. Possui uma propriedade anfótera. Até agora só representamos aminoácidos na forma Z, pois estamos falando do pH próximo do fisiológico, ou seja, próximo a 7, então o amino está protonado e a carboxila desprotonada. Na Glicina: +1, 0 e -1. Esse aminoácido pode atuar como base quando protona a carboxila, e como ácido quando desprotona o amino. Importante pois pode atuar como tampão. Curva de titulação O que é titular um ácido? Começa em meio ácido e vai adicionando base para descobrir a concentração de ácido que havia. Isso pode ser feito com um aminoácido. Exemplo: GLICINA (Radical = H) ÁCIDO DIPRÓTICO MONOAMINO MONOCARBOXILICO Titulação por equivalente em OH a 25º C Tem 2 pKs: pK1 = MEDIDA DA TENDÊNCIA DO GRUPO ALFA-CARBOXILA CEDER PRÓTON pK2 = MEDIDA DA TENDÊNCIA DO GRUPO ALFA-AMINO CEDER PRÓTON Curva de titulação da Glicina. Explicação do gráfico: Começa com pH=2, a Glicina está totalmente protonada, a carga=+1. Sobe o pH, adicionando base. Desprotona a carboxila da Glicina, em pH=2,34. A carga=0. Equilibrio entre duas formas, protonada e desprotona, esse pH é chamado de pKa, o pKa da carboxila = pK1 = 2,34. Região de pKa é região de tamponamento. Acima desse pH a carboxila está totalmente desprotonada, nesse intervalo o aminoácido está na forma Z. Continua adicionando base e chega-se a outra região de tamponamento, é o pK2, que é o pKa do amino. No pKa do amino 50% está protonado e 50% está desprotonado, acima disso está totalmente desproton ado. Segundo ponto de tamponamento, pH=9,6=pK2. A carga=-1. Glicina Titulação da Glicina pH = 2,34 50% H3N +-CH2-COOH pK1= 2,34 50 % H3N+-CH2-COO - pH = 9,6 50% H3N +-CH2-COO- pK2 = 9,6 50% H3N +-CH2-COO- PONTO ISOELÉTRICO (pI) – PARA AMINOÁCIDOS COM R NÃO INOZÁVEL (carga=0) pH= 6,0 100% H3N +-CH2-COO - pK1+pK2 = 5,97 2 (Quando a carga for 0, se colocado em campo elétrico não se movimenta, ou seja, proteínas em seu PI, se aplicado carga não se movimentam, isso é utilizado em técnicas para separar proteínas.) RELAÇÃO ENTRE pH e pKa (Equação de Henderson-Hasselbalch) pH= pKa + log[base] [ácido] pH= pKa + log [50%] [50%] pH= pKa + log 1 → log 1=0 pH= pKa NESTA SITUAÇÃO O AMINOÁCIDO ATUA COMO TAMPÃO. A região de tamponamento é uma unidade acima e uma abaixo. No PI a carga é 0, abaixo do PI é positiva e acima é negativa. Revisão de Ka: o importante não é a matemática, é a aplicação do conceito biológica, a principal função da desprotonação e protonação é manter a estrutura da proteína, e participar do tamponamento, no caso da Histidina. Aminoácidos sofrem dissociação reversível: FORÇA (ÁCIDA OU BÁSICA) É DADA PELA CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO K Ka = CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO Exemplo: ÁCIDO FÓRMICO → HCOOH H+ + HCOO- Ka = [HCOO-] . [ H+] [HCOOH] Ka = 1,78 x 10-4 LOGARÍTMO DOS INVERSOS DESTA CONSTANTE pKa pKa = log 1/Ka - log Ka pKa = log 1/ 1,78 x 10-4 pKa = - log 1,78 x 10-4 pKa = 3,75 pKa = MEDIDA DA TENDÊNCIA DO GRUPO CEDER PRÓTON Quanto menor o valor de pKa maior a tendência de desprotonar. Pois a relação é inversa (-log). [Quem tem dificuldade nessa parte o melhor livro é o Lehninger. Na apostila está ruim.] Existem proteínas que suportam pH=2, como as do estômago, e proteínas que funcionam em pH=7. Por que elas não funcionam em ambientes trocados? Porque desnaturam. O que é desnaturar? Perder a forma. Por que perdem a forma? Por causa dessas variações de protonação e desprotonação. Por exemplo, em uma proteína do intestino, você tinha uma coisa negativa que era importante para a conformação daquela enzima, quando você põem no estômago ela protona, a interação entre os aminoácido muda, a estrutura desmonta e ela perde a função. (Dependendo do tratamento ela pode renaturar.) a principal função da desprotonação e protonação é manter a estrutura da proteína. os aminoácidos vão mudar de carga, o que vai alterar completamente o padrão de interações iônicas, hidrofóbicas e de ligações de hidrogênio. Isso vai provocar uma grande mudança conformacional que vai afetar a atividade catalítica da enzima PONTO ISOELÉTRICO (pI) – PARA AMINOÁCIDOS COM R INOZÁVEL Glutamato A carga começa em +1 e termina em -2. Três momentos da curva que funcionam para tamponamento: pH → pK1 (ALFA CARBOXILA) pH → * pKR (RADICAL) pH → pK2 (ALFA AMINO) E o PI? Só é possível com os valores de pK. Usa-se o um pK antes da forma neutra e um depois. No caso do Glutamato, pK1 e pKr, então soma pK1+pKr e divide por 2. Histidina pK1 = 1,82 (pH=1,82) * pKR = 6,0 (pH= 6,0) pK2 = 9,17 (pH= 9,17) VALOR DO pH PARA O PONTO ISOELÉTRICO (pI)? Faz pKr+pK2 dividido por 2. (9,17+6,0)/2=7 Tabela de valores. Esses valores não são definitivos, eles variam em função do grupamento ao lado e do microambiente. Por que baixou para 2,34, no aminoácido? Devido ao grupamento amino próximo. Por que baixou para 9,6, no aminoácido? Devido ao a carga negativa da carboxila que auxilia na saída do próton. Doenças. (Tabelas para consultas eventuais)
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