Aminoácidos e Proteínas

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10/03/2016 
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BIOQUÍMICA: 
Aminoácidos e 
Proteínas 
PROTEÍNAS = polímeros de aminoácidos 
(“resíduo” devido à perda de H2O durante a síntese) 
 Macromoléculas biológicas mais abundantes 
 Grande diversidade funcional (enzimas, hormônios, 
anticorpos, fibras musculares, anexos epidérmicos, 
transportadores celulares, ...) 
 Grande variedade (milhares/cél.) 
 Resultado da expressão genética 
 Construídas a partir de 20 aa (combinações, sequências e 
tamanhos diferentes) 
AMINOÁCIDOS: CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS 
 Os 20 aa constituintes de proteínas são α-aminoácidos 
 Diferenciam-se em suas cadeias laterais (R) 
 Nomenclatura e abreviações (3 ou 1 letra) 
Cisteína; Cys, C 
Histidina; His, H 
Isoleucina; Ile, I 
Metionina; Met, M 
Serina; Ser, S 
Valina; Val, V 
Alanina; Ala, A 
Glicina; Gly, G 
Leucina; Leu, L 
Prolina; Pro, P 
Treonina; Thr, T 
R – Arginina; Arg 
F – Fenilalanina; Phe 
Y – Tirosina; Tyr 
W – Triptofano; Trp 
D – Aspartato; Asp 
N – Asparagina; Asn 
E – Glutamato; Glu 
Q – Glutamina; Gln 
K – Lisina; Lys 
AMINOÁCIDOS: CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS 
Carbono α é assimétrico, um centro quiral (exceção: glicina, R = H) 
Convenções para as estruturas: (b) 
em perspectiva; (c) em projeção 
(ligações horizontas pra frente do 
plano, as verticais para trás do 
plano). 
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AMINOÁCIDOS: CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS 
 Nomenclatura para configuração absoluta: Sistema D, L 
 Proposto por Emil Fischer (1891) 
 protótipo: enantiômeros do gliceraldeído 
Átomos de carbono alinhados 
verticalmente; 
L-aminoácidos: grupo α-amino 
à esquerda; 
D-aminoácidos: grupo α-amino 
à direita 
Em proteínas os resíduos de aminoácidos são apenas enantiômeros L !!! 
Classificação dos Aminoácidos 
Propriedades de seus grupos R (polaridade) 
 5 classes principais: 
1. Apolares (hidrofóbicos) 
2. Aromáticos (relativamente hidrofóbicos) 
3. Polares não-carregados 
4. Carregados positivamente em pH 7,0 (básicos) 
5. Carregados negativamente em pH 7,0 (ácidos) 
1. Aminoácidos com grupos R apolares 1. Aminoácidos com grupos R apolares 
aminoácido Abreviação
/símbolo 
pK1 
(-COOH) 
pK2 
(-NH3
+) 
pKR 
(grupo R) 
Ocorrência em 
proteínas (%) 
Glicina Gly / G 2,34 9,60 7,2 
Alanina Ala / A 2,34 9,69 7,8 
Prolina Pro / P 1,99 10,96 5,2 
Valina Val / V 2,32 9,62 6,6 
Leucina Leu / L 2,36 9,60 9,1 
Isoleucina Ile / I 2,36 9,68 5,3 
Metionina Met / M 2,28 9,21 2,3 
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2. Aminoácidos com grupos R aromáticos 
aminoácido Abreviação/s
ímbolo 
pK1 
(-COOH) 
pK2 
(-NH3
+) 
pKR 
(grupo R) 
Ocorrência em 
proteínas (%) 
Fenilalanina Phe / F 1,83 9,13 3,9 
Tirosina Tyr / T 2,20 9,11 10,07 3,2 
Triptofano Trp / W 2,38 9,39 1,4 
λmax ∼280nm 
3. Aminoácidos com grupos R polares não-carregados 
aminoácido Abreviação
/símbolo 
pK1 
(-COOH) 
pK2 
(-NH3
+) 
pKR 
(grupo R) 
Ocorrência em 
proteínas (%) 
Serina Ser / S 2,21 9,15 6,8 
Treonina Thr / T 2,11 9,62 5,9 
Cisteína Cys / C 1,96 10,28 8,18 1,9 
Asparagina Asp / N 2,02 8,80 4,3 
Glutamina Gln / Q 2,17 9,13 4,2 
Formação de ligação dissulfeto: oxidação de resíduos de cisteína 
hidrofóbico 
Importância estrutural em muitas proteínas 
4. Aminoácidos com grupos R carregados positivamente 
aminoácido Abreviação/s
ímbolo 
pK1 
(-COOH) 
pK2 
(-NH3
+) 
pKR 
(grupo R) 
Ocorrência em 
proteínas (%) 
Lisina Lys / K 2,18 8,95 10,53 5,9 
Histidina His / H 1,82 9,17 6,00 2,3 
Arginina Arg / R 2,17 9,04 12,48 5,1 
 Histidina: aminoácido com grupo R anfótero em pH 7,0 
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5. Aminoácidos com grupos R carregados negativamente 
aminoácido Abreviação/s
ímbolo 
pK1 
(-COOH) 
pK2 
(-NH3
+) 
pKR 
(grupo R) 
Ocorrência em 
proteínas (%) 
Aspartato Asp / D 1,88 9,60 3,65 5,3 
Glutamato Glu / E 2,19 9,67 4,25 6,3 
ALTERAÇÕES TRANSITÓRIAS DE AMINOÁCIDOS 
modificam temporariamente a função proteica 
 fosforilação é a mais comum 
PROPRIEDADES QUÍMICAS DE AMINOÁCIDOS 
são anfóteros: podem atuar como ácidos e bases fracas 
grupo amino, carboxil e grupos R ionizáveis 
 Em pH neutro: aminoácidos sem grupos R ionizáveis existem 
como íons dipolares (zwitterion) 
CURVAS DE TITULAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 
espécie iônica 
preponderante 
Zwitterion: ausência de carga 
líquida (pI: ponto isoelétrico) 
• duas regiões tamponantes: 
 pk1=2,34 ±1 e pk2=9,60 ±1 
2
)2pK1pK(
pI


Glicina 
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CURVAS DE TITULAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 
Glicina: pk1 e pk2 são menores (maior acidez) que moléculas 
orgânicas de referência. 
CURVAS DE TITULAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 
Efeito do pH sobre a 
mobilidade eletroforética: 
 
pH > pI: carga negativa líquida 
prevalece (mobilidade para 
ânodo – eletrodo positivo) 
pH < pI: carga líquida positiva 
(mobilidade para cátodo – 
eletrodo negativo) 
pH = pI (carga líquida nula) 
CURVAS DE TITULAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 
Generalizações: 
1 – grupo R não-ionizável: curva de titulação semelhante à da 
glicina 
 -COOH: pKa entre 1,8 e 2,4 
 -NH3
+: pKa entre 8,8 e 11,0 
 
2 – grupo R ionizável: curva de titulação mais complexa (3 estágios) 
 o ponto isoelétrico depende da natureza do grupo R 
Se carboxil: pI é a média entre pK1 e pKR (aspartato e 
glutamato) 
Se amino: pI é a média entre pKR e pK2 (lisina, arginina) 
CURVAS DE TITULAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 
Cadeia lateral ácida: 
glutamato e aspartato 
pI = 3,22 
𝒑𝑰 = 
𝒑𝑲𝟏 + 𝒑𝑲𝑹
𝟐
 
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CURVAS DE TITULAÇÃO DE AMINOÁCIDOS 
pI = 7,59 
𝒑𝑰 = 
𝒑𝑲𝑹 + 𝒑𝑲𝟐
𝟐
 
Cadeia lateral básica: 
histidina, lisina, arginina 
PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS 
PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS 
• Cadeias de aminoácidos ligados covalentemente através de 
ligação peptídica (amídica); reação de condensação 
• Oligopeptídeos: poucos aa 
• Polipeptídeos: m < 10.000 Da 
• Proteínas: alta massa molecular (m) 
PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS 
A sequência de aminoácidos é convencionalmente descrita do 
aminoácido aminoterminal (N-terminal, à esquerda) para o 
carboxiterminal (C-terminal, à direita). 
 seril-glicil-tirosil-alanil-leucina = Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu = SGYAL 
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Propriedades ácido-básicas dos peptídeos: 
- apenas 1 grupo α-amino e α-carboxil livres 
- depende do tipo e quantidade de grupos R ionizáveis 
apresentam curva de titulação e 
ponto isoelétrico (carga líquida 
neutra) característicos para cada 
molécula. 
Quantos aminoácidos formam uma proteína? 
quantidade variável: maioria entre 100 – 1000 aa 
Pode ser formada por cadeia polipeptídica única ou por várias 
associadas entre si: são as proteínas “multissubunidade”: 
 cadeias idênticas (proteína oligomérica, as unidades são 
denominadas protômeros;) ou diferentes 
 associação não covalente ou através de ligações dissulfeto 
(insulina: ligações dissulfeto intra e intercadeia) 
As proteínas podem ser: 
- Simples: apenas aminoácidos 
- Conjugadas: porção que não é aminoácido = grupo prostético 
 tipos: lipoproteínas, glicoproteínas, metaloproteínas 
hemoglobina 
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
ESTRUTURA PRIMÁRIA 
↬Descrição da sequência de aminoácidos ligados covalentemente por 
ligações peptídicas 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
↬Arranjos estáveis da cadeia principal dos aa, formando padrões repetitivos. 
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ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
ESTRUTURA TERCIÁRIA 
↬Descrição do dobramento tridimensional 
da cadeia polipeptídica, considerando as 
cadeias laterais dos aminoácidos. 
ESTRUTURA QUATERNÁRIA 
↬Organizaçãoespacial de proteínas 
constituídas por duas ou mais cadeias 
polipeptídicas (subunidades). 
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
ESTRUTURA PRIMÁRIA 
Número e sequência de aminoácidos covalentemente ligados 
Determina/influencia a estrutura tridimensional e a função 
 existe relação da estrutura primária com a função? Sim! 
Evidências: proteínas idênticas apresentam mesma função 
em espécies diferentes. 
 a sequência de aminoácidos é invariável? Não... podem 
ser polimórficas (pequena influência na função). 
• Na cadeia polipeptídica: 
 cadeia principal se repete regularmente (“arcabouço”) 
 cadeias laterais (grupos R) 
Cadeia principal 
- ligação peptídica é rígida e plana* 
- potencial para formação de ligações de H: carbonila (aceptor) 
e grupo amino (doador) 
Estruturas de ressonância de ligação peptídica 
caráter de ligação 
dupla, explica a rigidez 
da ligação 
Conformação trans: 
átomos de Cα sucessivos em 
lados opostos da ligação 
peptídica 
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Cadeia principal – ligações Cα - carbonila e Cα -grupo amino têm rotação, 
que confere mobilidade à estrutura. 
Ângulos de torção (diedros): 
nem todos são favoráveis... 
há impedimentos estéricos 
A rigidez da ligação peptídica e a restrição de ângulos diedros 
determinam as possibilidades de enovelamento das proteínas. 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
Cadeia polipeptídica principal se dobra em estruturas repetitivas e regulares 
α-hélice 
 folhas β-pregueadas 
 voltas 
ângulos de torção repetidos 
α-hélice 
- “orientada” para direita 
- ligações de hidrogênio 
regularmente espaçadas 
(C=O a n+4 de N-H) 
- 3,6 aa por volta 
- comprimento médio ~12 aa 
(três voltas) 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
α-hélice 
- arcabouço central 
- cadeias laterais para fora. 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
folhas β-pregueadas 
- Estabilizada por ligações de H 
entre regiões da cadeia 
polipeptídica 
-Variações: 
(direção relativa das cadeias) 
folhas β antiparalelas e paralelas 
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
folhas β-pregueadas 
 ângulos rotacionais são diferentes; 
 a aparência “pregueada” ocorre porque as 
cadeias laterais de aminoácidos vizinhos ficam 
voltadas para lados opostos da estrutura. 
tamanho: 2 a 22 regiões, com 
até 15 resíduos de aa 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
folhas β-pregueadas 
normalmente há mistura 
de fitas paralelas e anti-
paralelas; 
a conexão entre fitas 
pode ser simples alças, 
voltas ou estruturas mais 
complexas. 
carboxipeptidase A bovina 
Voltas e alças 
 sequências polipeptídicas que mudam abruptamente de direção 
• voltas reversas (curvaturas β): conectam fitas de folhas β antiparalelas 
• alças Ω: 6 a 16 resíduos, formam estruturas compactas e globulares. 
• maioria envolve 4 resíduos de aa, 
com rotação de 180o entre R2 e R3 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA ESTRUTURA TERCIÁRIA 
•Descreve o dobramento das estruturas secundárias e determina a 
posição de cada átomo (inclusive cadeias laterais) 
É analisada e determinada por métodos específicos 
- Cristalografia de raios X 
- Ressonância magnética nuclear 
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ESTRUTURA TERCIÁRIA 
Localização das cadeias laterais de aa: 
- Apolares (Val, Leu, Ile, Met, Phe) 
 região interna (efeito hidrofóbico) 
- Polares carregados (Arg, His, Lys, Asp, Glu) 
 na superfície, em contato com meio aquoso 
- Polares não-carregados (Ser, Thr, Asp, Gln, Tyr) 
 na superfície e na região interna (ligações de H) 
ESTRUTURA QUATERNÁRIA 
Grandes proteínas (>100KDa), constituídas de subunidades que se 
associam entre si conforme geometria específica e simétrica. 
Hetero-oligômeros: proteínas 
com subunidades diferentes 
Homo-oligômeros: proteínas 
com subunidades iguais. 
Protômeros: subunidades 
proteicas idênticas 
Exemplo de proteína homo-
oligomérica: queratina 
(citoesqueleto – filamentos 
intermediários) 
CLASSIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS 
CRITÉRIO: morfologia geral 
1. Fibrosas: função estrutural, protetora, suporte; estrutura repetitiva 
Ex.: α-queratina e colágeno (tripla hélice) 
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2. Globulares: associação de vários tipos de estruturas regulares 
e irregulares. 
CLASSIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS ESTABILIDADE DAS PROTEÍNAS 
Forças que estabilizam a estrutura: 
- Efeito hidrofóbico: mantém cadeias laterais de aminoácidos 
apolares no interior da estrutura proteica. 
- Interações eletrostáticas: pareamento iônico entre cadeias 
laterais de cargas opostas (lisina e aspartato/glutamato) 
- Ligações de hidrogênio 
- Ligações cruzadas: dissulfeto entre resíduos de cisteína 
- coordenação com metais (ex.: Zn2+) 
Não são estruturas estáticas e rígidas, mas sim 
flexíveis e sujeitas a variações rápidas; 
Pequena estabilidade: proteínas globulares 
DESNATURAÇÃO DE PROTEÍNAS 
• Implica na alteração da conformação original (estrutura tridimensional), 
sem comprometimento da estrutura primária. Há perda da atividade 
biológica. 
Aquecimento: ruptura de ligações hidrogênio; é percebido pela 
modificação de algumas propriedades (ex.: viscosidade). A 
temperatura de desnaturação é variável para cada tipo de proteína. 
Variações extremas de pH: alteram a ionização de cadeias laterais. 
Detergentes e solventes orgânicos: interferem nas interações 
hidrofóbicas de resíduos apolares. 
Agentes caotrópicos (guanidina, uréia): rompem as interações 
hidrofóbicas internas e aumentam a solubilidade em água. 
• Podem ser renaturadas espontâneamente em condições fisiológicas: 
mostra que a estrututa primária determina a estrutura tridimensional. 
Renaturação 
proteica da 
ribonuclease 
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PROTEÍNAS E CONTAMINANTES AMBIENTAIS 
Vários contaminantes ambientais são tóxicos devido à 
interação com proteínas celulares (receptores, proteínas 
transportadoras, hormônios, enzimas, citoesqueleto, etc.) 
O mecanismo de ação (toxicodinâmica) de vários 
contaminantes depende da interação com proteínas (ação 
pode ser direta ou indireta). 
 
 Exemplos: 
1. Monóxido de carbono (CO): reage com hemoglobina, 
convertendo em carboxi-hemoglobina, que é mais estável que a 
oxi-hemoglobina. Efeito: redução da oxigenação dos tecidos, 
pode levar à morte dependendo da concentração e tempo de 
exposição. 
2. Microcistinas 
- Heptapeptídeos cíclicos produzidos por espécies de cianobactérias 
- São hepatotóxicas, ligam-se a proteínas fosfatases, promovendo 
super fosforilação de proteínas e desagregação do citoesqueleto. 
- Efeito: desintegração estrutural dos hepatócitos, ocasionando 
desde hemorragias até choque e morte. 
3. INSETICIDAS ORGANOCLORADOS (DDT, DDE, etc.) 
Interação com proteína de membrana: canais de Na+ em axônio 
de neurônios (retarda a repolarização da membrana, desregula 
sinais nervosos). 
Em peixes: inibição de ATPases envolvidas com osmorregulação. 
Em aves: inibição da Ca2+ ATPase (casca fina em ovos). 
Atividade estrogênica: ligação a proteínas de membrana.