AULA Aminoácidos e Proteínas

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Bioquímica humana
Prof. Tyago Eufrásio de Souza 
Aminoácidos e Proteínas 
Prof. Tyago Eufrásio de Souza 
Introdução
As proteínas são as macromoléculas biologicamente mais versáteis do 
organismo humano, atuando como ferramentas executoras da informação 
genética. 
Dos catalisadores enzimáticos à sustentação tecidual e defesa 
imunológica, a diversidade funcional das proteínas decorre da combinação 
sequencial de 20 aminoácidos padrão (proteinogênicos) codificados 
pelo código genético.
Características químicas
Estrutura geral dos α-aminoácidos
Todos os 20 aminoácidos proteinogênicos (com exceção da prolina, que é 
um iminoácido) compartilham um carbono central (carbono α ligado 
covalentemente a quatro grupos:
1. Um grupo carboxila (COOH).
2. Um grupo amina (NH2).
3. Um átomo de hidrogênio (H).
4. Uma cadeia lateral variável (grupo R), que determina a identidade 
química, carga, polaridade e reatividade de cada aminoácido.
Com exceção da glicina (cujo grupo R é um átomo de hidrogênio, tornando 
o Cα simétrico), todos os aminoácidos possuem um carbono quiral e 
apresentam estereoisomeria. No organismo humano, as proteínas são 
constituídas exclusivamente por L-aminoácidos.
Características químicas
Estrutura geral dos α-aminoácidos
Características químicas
Propriedades ácido-básicas e comportamento anfótero
Os aminoácidos são anfóteros (podem atuar como ácidos ou bases de 
Brønsted-Lowry). 
Em pH fisiológico (~7,4):O grupo carboxila encontra-se desprotonado (-
COO-; pKa~2,0).
O grupo amina encontra-se protonado (NH3
+ pKa~ 9,0 - 10,5).
Essa espécie eletricamente neutra, mas que carrega dipolos opostos na 
mesma molécula, é denominada zwitterion (íon dipolar). 
O valor de pH no qual a carga líquida total do aminoácido (ou proteína) é 
igual a zero é chamado de Ponto Isoelétrico (pI).
Características químicas
Propriedades ácido-básicas e comportamento anfótero
Características químicas
A ligação peptídica
Os aminoácidos unem-se por meio de 
ligações amida covalentes chamadas 
ligações peptídicas, formadas pela 
reação de condensação entre o grupo 
carboxila de um aminoácido e o grupo 
amina do aminoácido seguinte, com 
liberação de água.
Características químicas
A ligação peptídica
Caráter de dupla ligação parcial: A ressonância de elétrons entre o 
oxigênio da carbonila e o nitrogênio da amida confere rigidez e planaridade 
à ligação peptídica (C-N), impedindo a rotação livre ao redor desse eixo.
Conformação: A rotação livre ocorre apenas nas ligações do esqueleto em 
torno do Cα (ângulos phi e psi), permitindo o enovelamento proteico 
(folding).
Características químicas
A ligação peptídica
Características químicas
Níveis de organização estrutural das proteínas
1. Estrutura primária: a sequência linear covalente de aminoácidos 
unidos por ligações peptídicas. 
É ditada diretamente pelo DNA e determina o enovelamento 
tridimensional final.
2. Estrutura secundária: arranjos espaciais locais do esqueleto 
polipeptídico, estabilizados por pontes de hidrogênio entre o oxigênio 
carbonílico (C=O) e o hidrogênio amídico (N-H) do próprio esqueleto:
• α-Hélice: Estrutura espiralada helicoidal levógira/dextrógiro (Ex.: 
queratina).
• Folha β-pregueada: Cadeias estendidas paralelas ou antiparalelas 
dispostas lado a lado (Ex.: fibroína da seda).
Características químicas
Níveis de organização estrutural das proteínas
Características químicas
Níveis de organização estrutural das proteínas
3. Estrutura terciária: a conformação tridimensional completa e nativa da 
cadeia polipeptídica simples. 
É mantida por interações entre as cadeias laterais (Grupos R): efeito 
hidrofóbico (força motriz principal no interior proteico), pontes dissulfeto 
(covalentes, entre resíduos de cisteína), ligações iônicas (pontes salinas) e 
forças de Van der Waals.
4. Estrutura quaternária: a associação não covalente (ou por pontes 
dissulfeto) de duas ou mais cadeias polipeptídicas individuais 
(subunidades) para formar um complexo funcional (Ex.: hemoglobina, 
que é um tetrâmero α2β2).
Características químicas
Níveis de organização estrutural das proteínas
Características químicas
Níveis de organização estrutural das proteínas
Classificação dos aminoácidos
Classificação dos aminoácidos pela polaridade do grupo R
• Apolares/alifáticos (hidrofóbicos): Glicina, Alanina, Valina, Leucina, 
Isoleucina, Prolina e Metionina.
• Aromáticos: Fenilalanina (apolar), Tirosina (polar neutro) e Triptofano 
(relativamente apolar).
• Polares não-carregados (neutros): Serina, Treonina, Cisteína, 
Asparagina e Glutamina.
• Carregados positivamente (básicos em pH 7.0): Lisina, Arginina e 
Histidina.
• Carregados negativamente (ácidos em pH 7.0): Aspartato (Ácido 
Aspártico) e Glutamato (Ácido Glutâmico).
Classificação dos aminoácidos
Classificação dos aminoácidos pela polaridade do grupo R
Classificação dos aminoácidos
Classificação nutricional dos aminoácidos
• Essenciais: O organismo humano não sintetiza em quantidades 
adequadas; consumo dietético obrigatório (Histidina, Isoleucina, 
Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptofano, Valina).
• Não-essenciais: sintetizados endogenamente a partir de intermediários 
do metabolismo energético (Ex.: Alanina a partir do piruvato; Glutamato 
a partir do α-cetoglutarato).
• Condicionalmente essenciais: requeridos na dieta sob condições 
fisiopatológicas específicas de estresse ou imaturidade enzimática (Ex.: 
Tirosina na Fenilcetonúria; Arginina em prematuros).
Classificação geral das proteínas
Critério Categoria Características e exemplos
Forma 
tridimensional
Fibrosas
Cadeias dispostas em longos filamentos; insolúveis 
em água; função estrutural. Ex.: Colágeno, 
Queratina, Elastina.
Globulares
Cadeias dobradas de forma compacta e esférica; 
solúveis em meio aquoso; função dinâmica. Ex.: 
Albumina, Hemoglobina, Enzimas.
Composição 
química
Simples
Produzem apenas aminoácidos após hidrólise 
completa. Ex.: Albumina.
Conjugadas
Contêm uma fração não proteica ligada rigidamente 
(Grupo prostético). Ex.: Glicoproteínas, 
Lipoproteínas, Hemoproteínas (com grupo heme).
Classificação geral das proteínas
Classificação geral das proteínas
Ocorrência e distribuição
Plasma sanguíneo: concentração proteica total entre 6,0 e 8,3g/dL. A 
albumina representa cerca de 60% desse total, sintetizada exclusivamente 
pelo fígado. As globulinas (α1, α2, β e γ) e o fibrinogênio completam o perfil 
plasmático.
Matriz extracelular e tecido conjuntivo: o colágeno é a proteína mais 
abundante do corpo humano (~25-30% da massa proteica total), presente 
em ossos, tendões, derme e cartilagens.
Tecido muscular: actina e miosina constituem o aparelho contrátil de 
miócitos esqueléticos e cardíacos; a mioglobina atua como reservatório 
monomérico de O2 sarcoplasmático.
Células da epiderme e anexos: a α-queratina confere impermeabilidade e 
resistência mecânica à pele, cabelos e unhas.
1. Catálise enzimática: praticamente todas as reações metabólicas 
dependem de enzimas (biocatalisadores proteicos) que aumentam a 
velocidade das reações ao diminuir a energia de ativação.
2. Sustentação estrutural e elasticidade: proteínas filamentosas 
garantem integridade mecânica a tecidos e arquitetura ao 
citoesqueleto celular.
3. Transporte e armazenamento: a hemoglobina transporta O2 no 
sangue; a transferrina transporta ferro; a albumina transporta ácidos 
graxos livres, bilirrubina não conjugada e fármacos hidrofóbicos.
4. Movimento e contração: o deslizamento dos filamentos de miosina 
sobre a actina gera força mecânica na contração muscular e no 
transporte vesicular intracelular.
Principais funções biológicas
5. Defesa imunológica: os anticorpos (imunoglobulinas - IgG, IgM, IgA, 
etc.) reconhecem e neutralizam antígenos específicos.
6. Sinalização hormonal e receptores: hormônios proteicos e peptídicos 
(Ex.: Insulina, Glucagon,GH) ligam-se a receptores de membrana 
proteicos para induzir cascatas de sinalização.
7. Regulação da pressão coloidosmótica (oncótica): a albumina exerce 
retenção hídrica no compartimento intravascular, impedindo o 
extravasamento de plasma para o espaço intersticial.
Principais funções biológicas
Erros inatos do metabolismo de aminoácidos (aminoacidopatias)
• Fenilcetonúria (PKU): Deficiência da enzima Fenilalanina Hidroxilase (PAH) 
ou do cofator Tetrahidrobiopterina (BH4). Impede a conversão de Fenilalanina 
em Tirosina, acentuando o acúmulo de fenilalanina e metabólitos neurotóxicos 
(ácido fenilpirúvico). Causa deficiência intelectual grave se não diagnosticada 
no Teste do Pezinho e tratada com restrição dietética.
• Doença do Xarope de Bordo (MSUD): Deficiência do complexo 
desidrogenase de α-cetoácidos de cadeia ramificada. Leva ao acúmulo de 
Leucina, Isoleucina e Valina, provocando encefalopatia neonatal e odor 
característico na urina.
• Alcaptonúria: Deficiência da enzima Homogentisato 1,2-carboxidilase, 
levando ao acúmulo de ácido homogentísico. Manifesta-se por urina que 
escurece ao contato com o ar, ocronose (pigmentação de tecidos conjuntivos) 
e artrite destrutiva.
Distúrbios metabólicos
Doenças conformacionais e de erro de dobramento proteico
• Anemia falciforme: mutação de ponto no gene da β-globina (substituição do ácido 
glutâmico, polar, por valina, apolar, na posição 6: Glu6Val). Sob baixa tensão de 
O2, a HbS polimeriza-se formando fibras insolúveis que deformam as hemácias em 
formato de foice, desencadeando vaso-oclusão, dor e hemólise.
• Amiloidoses e Alzheimer: ocorre por dobramento incorreto e agregação de 
peptídeos solúveis em fibrilas insolúveis em folha-β estendida (depósitos amiloides). 
Na Doença de Alzheimer, há acúmulo extracelular de peptídeo β-amiloide e 
emaranhados neurofibrilares intracelulares de proteína Tau hiperfosforilada.
• Encefalopatias espongiformes (Doenças priônicas): Provocadas por príons 
(PrPSc), formas anômalas da proteína priônica celular (PrPC) ricamente estruturadas 
em folhas-β, que atuam como moldes infecciosos para desdobrar e agregar 
proteínas normais no SNC.
Distúrbios metabólicos
Deficiências nutricionais proteicas
• Kwashiorkor: Desnutrição proteico-calórica decorrente de dieta com 
ingestão adequada de calorias (carboidratos), mas severamente 
deficiente em proteínas. Caracteriza-se por hipoalbuminemia marcante, 
levando a edema generalizado (anarca), ascite ("barriga d'água" por 
alteração da pressão oncótica), hepatomegalia gordurosa e dermatoses.
• Marasmo: Desnutrição global e severa de energia e nutrientes 
(proteínas e carboidratos). Apresenta perda acentuada de massa 
muscular e gordura subcutânea ("aspecto envelhecido"), sem edema 
evidente.
Distúrbios metabólicos
Alterações das proteínas plasmáticas (hipoalbuminemia)
Condição em que os níveis plasmáticos de albumina caem abaixo de 
3,5\g/dL. 
Pode ser provocada por:
• Diminuição da síntese: Insuficiência hepática grave (Ex.: cirrose).
• Aumento da perda: Síndrome nefrótica (perda glomerular de 
proteoglicanos resultando em proteinúria maciça) ou queimaduras 
extensas.
✓ Consequência clínica: Redução da pressão coloidosmótica do plasma, 
resultando em extravasamento de fluido para o meio extravascular e 
formação de edema periférico e cavitário.
Distúrbios metabólicos
Durante um experimento de titulação em laboratório de bioquímica, os alunos 
analisaram as propriedades ácido-básicas do aminoácido alanina. Eles 
observaram que, em pH fisiológico (~7,4), a alanina comporta-se como um 
zwitterion (íon dipolar). Essa característica química do aminoácido em solução 
fisiológica ocorre porque:
A) o grupo carboxila e o grupo amina encontram-se totalmente protonados, conferindo 
carga líquida fortemente positiva (+2).
B) o grupo carboxila encontra-se desprotonado (-COO-) e o grupo amina encontra-se 
protonado (-NH3
+), resultando em carga líquida neutra na molécula.
C) a cadeia lateral (grupo R) reage covalentemente com a água para neutralizar as 
cargas dos grupos funcionais.
D) o carbono α perde sua quiralidade e se converte em um grupo aldeído livre.
E) a molécula adquire carga líquida negativa devido à protonação exclusiva do grupo 
amina.
Exercícios
A ligação peptídica é a ligação covalente encarregada de unir os 
aminoácidos para a formação da estrutura primária das proteínas. Do 
ponto de vista físico-químico, a planaridade e a rigidez da ligação 
peptídica são explicadas pelo fato de ela apresentar:
A) caráter de dupla ligação parcial decorrente da ressonância de elétrons 
entre o oxigênio carbonílico e o nitrogênio amídico.
B) facilidade de rotação livre ao redor do eixo C-N, controlada unicamente 
pelos ângulos phi e psi.
C) formação espontânea de pontes dissulfeto entre resíduos de metionina 
vizinhos.
D) natureza iônica pura que impede a aproximação de moléculas de água.
E) presença de ligações metálicas entre o carbono α e o grupo carboxila 
terminal.
Exercícios
As proteínas apresentam quatro níveis hierárquicos de organização 
estrutural. A estrutura secundária, observada em motivos como a 
alpha-hélice e a folha beta-pregueada, é mantida e estabilizada 
predominantemente por:
A) interações hidrofóbicas entre as cadeias laterais (grupos R) apolares 
dos aminoácidos.
B) ligações covalentes do tipo ponte dissulfeto formadas entre resíduos de 
cisteína.
C) pontes de hidrogênio estabelecidas entre o oxigênio carbonílico e o 
hidrogênio amídico do próprio esqueleto polipeptídico.
D) pontes salinas e atração eletrostática entre aminoácidos carregados 
positivamente e negativamente.
E) forças de Van der Waals exclusivas das cadeias laterais dos 
aminoácidos aromáticos.
Exercícios
Um recém-nascido submetido ao “teste do pezinho" (triagem neonatal) 
apresentou níveis elevados de fenilalanina e metabólitos derivados no 
sangue. O diagnóstico inicial confirmou Fenilcetonúria (PKU), um erro inato 
do metabolismo de aminoácidos. A alteração enzimática e a complicação 
clínica associadas à ausência de tratamento precoce são, respectivamente:
A) deficiência de homogentisato 1,2-carboxidilase; levando à urina escura e 
pigmentação ocular.
B) deficiência de fenilalanina hidroxilase; resultando no acúmulo de metabólitos 
neurotóxicos e deficiência intelectual grave.
C) deficiência de aldolase B; gerando hipoglicemia severa e dano renal induzido 
por frutose.
D) deficiência do complexo desidrogenase de alfa-cetoácidos de cadeia 
ramificada; gerando odor de xarope de bordo na urina.
E) deficiência de beta-glicocerebrosidase; levando a dores ósseas e 
hepatoesplenomegalia.
Exercícios
A Anemia Falciforme é considerada um clássico exemplo de doença de erro 
de dobramento proteico decorrente de uma mutação pontual no DNA. A 
substituição de um único aminoácido na posição 6 da cadeia da beta-
globina e a consequência molecular dessa alteração sob baixa tensão de O2 
correspondem a:
A) substituição do ácido glutâmico (polar) por valina (apolar), promovendo a 
polimerização da HbS em fibras insolúveis que deformam as hemácias.
B) substituição da glicina (apolar) por lisina (básica), resultando na degradação 
imediata de todas as moléculas de hemoglobina pelo lisossomo.
C) troca da valina por prolina, impedindo a síntese da cadeia $\alpha$-globina no 
retículo endoplasmático.
D) substituição da cisteína por alanina, eliminando a capacidade da hemoglobina 
de se ligar ao ferro do grupo heme.
E) troca da tirosina por fenilalanina, bloqueando o transporte de gás carbônico 
nos tecidos periféricos.
Exercícios
Uma criança de 3 anos é levada ao posto de saúde apresentando inchaço 
generalizado (edema), ascite ("barriga d'água"), lesões de pele e apatia. A mãe 
relata que a alimentação da criança é baseada quase exclusivamente em 
farináceos e mandioca, com raríssimo consumo de carnes, ovos ou leite. A 
criança foi diagnosticada com Kwashiorkor.A explicação fisiopatológica para a 
formação do edema nessa forma de desnutrição é:
A) extravasamento de fluido para o meio extravascular devido à queda da pressão 
coloidosmótica (oncótica) do plasma por hipoalbuminemia.
B) bloqueio na degradação do glicogênio muscular com acúmulo de água no 
sarcoplasma.
C) obstrução mecânica dos vasos sanguíneos periféricos por agregação de cadeias de 
colágeno no endotélio.
D) destruição autoimune das paredes glomerulares com retenção maciça de sais e 
água nos ossos.
E) produção excessiva de imunoglobulinas plasmáticas que atraem água para o interior 
das hemácias.
Exercícios
A albumina é a proteína plasmática mais abundante, produzida 
exclusivamente pelo fígado. Pacientes com cirrose hepática avançada 
frequentemente desenvolvem quadros de hipoalbuminemia. Além da 
redução da pressão coloidosmótica, outra consequência funcional direta da 
queda dos níveis de albumina plasmática é a:
A) redução na capacidade de transporte sanguíneo de substâncias hidrofóbicas 
e metabólitos, como ácidos graxos livres e bilirrubina não conjugada.
B) incapacidade de síntese de anticorpos do tipo IgG pelos linfócitos B.
C) interrupção imediata da condução do impulso nervoso saltatório nos axônios 
mielinizados.
D) falha na agregação plaquetária primária devido à ausência de fator de von 
Willebrand.
E) incapacidade de oxigenação dos tecidos pela ausência de mioglobina no 
sangue.
Exercícios
As doenças priônicas (como a Encefalopatia espongiforme bovina e a 
Doença de Creutzfeldt-Jakob) e a Doença de Alzheimer são 
classificadas como proteinopatias conformacionais. O evento 
molecular central que caracteriza a patogênese dessas doenças é:
A) A substituição de todas as ligações peptídicas covalentes por ligações 
iônicas reversíveis.
B) O dobramento incorreto de proteínas solúveis normais e sua conversão 
em agregados insolúveis ricos em estruturas de folha beta-pregueada.
C) A destruição maciça da estrutura primária das proteínas pela ação 
descontrolada de proteases lisossômicas.
D) O aumento desproporcional da síntese de alfa-hélices funcionais nas 
membranas plasmáticas das células gliais.
E) A conversão de todos os L-aminoácidos em D-aminoácidos na cadeia 
polipeptídica nativa.
Exercícios
O colágeno é a proteína mais abundante no organismo humano, 
desempenhando papel estrutural fundamental na matriz extracelular 
da pele, ossos, tendões e cartilagens. Estruturalmente, o colágeno 
classifica-se como uma proteína:
A) globular e simples, caracterizada por alta solubilidade em água e 
atividade biocatalítica.
B) fibrosa, formada por cadeias polipeptídicas dispostas em longos 
filamentos insolúveis de elevada resistência mecânica.
C) conjugada do tipo lipoproteína, responsável pelo transporte reverso do 
colesterol no sangue.
D) monomérica de baixo peso molecular, responsável pela reserva de 
oxigênio no músculo.
E) enzimática, encarregada de acelerar a degradação de polissacarídeos 
na digestão.
Exercícios
A Doença do Xarope de Bordo (MSUD) é uma aminoacidopatia rara 
caracterizada por encefalopatia grave no período neonatal e urina com 
odor adocicado característico. Esse erro inato do metabolismo 
decorre da falha no processamento catabólico de qual grupo 
específico de aminoácidos?
A) Aminoácidos aromáticos (Fenilalanina, Tirosina e Triptofano).
B) Aminoácidos carregados negativamente (Aspartato e Glutamato).
C) Aminoácidos essenciais de cadeia ramificada (Leucina, Isoleucina e 
Valina).
D) Aminoácidos contendo enxofre (Cisteína e Metionina).
E) Aminoácidos iminoácidos e sem carbono quiral (Prolina e Glicina).
Exercícios
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