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Aminoácidos Todos os organismos vivos têm os mesmos tipos de subunidades monoméricas Seres vivos compartilham características químicas comuns: as mesmas unidades estruturais básicas Estrutura geral dos 20 alfa-aminoácidos comuns encontrados em proteínas C H3N COO H + R Carbono a a Grupo a carboxílico Grupo a amino Cadeia lateral Cadeias laterais definem a natureza química e as estruturas dos diferentes aminoácidos 1 2 Alfa, beta , gama, delta, epsilon Alfabeto Grego Aminoácidos distinguem-se em: 1- Os aminoácidos constituintes das proteínas: a) os incorporáveis nas proteínas (20 aas) – existe código genético; **(ver DOIS próximos slides) b) os que se originam das modificações das proteínas após a sua síntese: modificação dita pós-traducional – especiais, raros..etc.. 2- Os aminoácidos do metabolismo intermediário, muito numerosos – não-padrão. Os 20 aminoácidos comuns ou PADRÃO são definidos como sendo aqueles para os quais existe pelo menos um códon específico no código genético do DNA. DNA 5’- A-G-A-G-G-T-G-C-T- 3’ 3’- T-C-T-C-C-A-C-G-A – 3’ mRNA 5’- A-G-A-G-G-U-G-C-U– 3’ tRNAs -Arginina-Glicina-Alanina- Gly Ala Val Leu Ile Met Pro Phe Trp Ser Thr Asn Gln Tyr Cys Lys Arg His Asp Glu Glicina C-C-A Alanina C-G-A Arginina U-C-U Transcrição Tradução A transcrição e tradução do código do DNA resultam na polimerização de aminoácidos numa sequência linear específica, característica de cada proteína. Aminoácidos PADRÃO A estereoquímica dos aas: Possuem carbono assimétrico – o átomo de C alfa é um centro quiral – aas são quirálicos (exceto a glicina). A estereoquímica dos aas: Mesma fórmula molecular mas estruturas químicas que não se sobrepõem. Por causa do arranjo tetraédrico dos orbitais de ligação em volta do átomo de carbono a, os quatro grupos diferentes podem ocupar 2 arranjos espaciais únicos e, portanto, os aas têm 2 possíveis estereoisômeros com imagens especulares não superpostas: enantiômeros. Fórmula em perspectiva Fórmula em projeção p/ trás p/ frente p/ frente p/ trás Existem quatro diferentes 2,3-butanos dissubstituídos (n = 2 carbonos assimétricos, consequentemente 2n = 4 estereoisômeros). Dois pares de estereoisômeros são imagens especulares um do outro, ou enantiômeros. Outros pares não são imagens especulares, sendo diastereoisômeros. Todas as moléculas com centro quiral, são oticamente ativas e modificam o plano da luz polarizada. Alguns aas são destrorrotatórios e outros são levorrotatórios. A estereoquímica dos aminoácidos encontrados normalmente nas proteínas é melhor discutida em termos da configuração absoluta dos quatros substituintes em torno do átomo de carbono assimétrico, e não em termos das medidas de rotação específica (d e l). As configurações absolutas dos aminoácidos e dos açúcares simples são especificadas pelo sistema D, L. Nestas fórmulas em perspectiva, os átomos de carbono são alinhados verticalmente, com o carbono quiral no centro. Os átomos de carbono nestas moléculas são numerados iniciando-se com o aldeído ou carboxil terminais. Quando apresentado desta forma, o grupo R de aminoácidos está sempre abaixo do carbono α. L-aminoácidos são aqueles que apresentam o grupo α-amino na esquerda, e D-aminoácidos possuem o grupo α- amino na direita. Informações Complementares As enzimas que catalisam reações químicas podem agir sobre a forma L de um aa, sendo absolutamente inativa sobre a forma D. Os aminoácidos das proteínas humanas são sintetizados todos da série L. Informações Complementares : E os aminoácidos da série D?? Microorganismos apresentam aas da série D. Certos invertebrados marinhos apresentam cerca de 1% de aa na forma D. O aquecimento dos alimentos, durante a sua preparação provoca a formação de aas da série D. A % dos aminoácidos da série D pode, então, atingir até 25% para certos aas, p. ex: cisteína e o aspartato. Uma racemização do ácido aspártico foi observada nas proteínas humanas não sujeitas a renovação: 1% na massa branca do cérebro e 10% na proteína principal da mielina. Informações Complementares : Como as proteínas do dente não sofrem renovação, é possível determinar a idade de um indivíduo, ao determinar o grau de racemização dos aminoácidos de um dente DETERMINAÇÃO DA IDADE O método clássico de determinação da idade de um indivíduo pela velocidade de racemização do ácido aspártico contido em ossos foi aplicado inclusive em Odontologia Legal, por meio da medição dos teores das duas formas enantioméricas deste aminoácido na dentina. No entanto, quase 20 anos depois, estudos mostraram que os resultados são influenciados pelo pH do meio, umidade e outros fatores ambientais, podendo levar a valores errôneos. O primeiro aminoácido a ser isolado foi a asparagina, descoberta em 1806 numa proteína do aspargo O último aa a ser descoberto foi a treonina, em 1938. O nome comum de alguns aa vem da fonte de onde eles foram isolados pela primeira vez, ex: ácido glutâmico vem de glúten (do trigo), tirosina vem de queijo (em grego tyros), já a glicina vem grego glykos, doce, por causa do seu sabor adocicado. Classificação dos 20 aminoácidos padrão 1. Grupo R alifáticos não-polares 2. Grupo R aromáticos 3. Grupo R não-carregados, polares 4. Grupo R carregados positivamente 5. Grupo R carregados negativamente Indice de Hidropatia: um escala combinando hidrofobicidade e hidrofilia dos Grupos R; Mede a tendência de um aa em procurar ambiente aquoso (valores negativos) ou um ambiente hidrofóbico (valores positivos). Nomenclatura dos aminoácidos 1- Os aminoácidos comuns são designados por 3 letras: Alanina= Ala; Glicina= Gly; Pro= Prolina 2- Os aminoácidos podem ser designados por 1 letra: Alanina= A; Glicina= G; Pro= P Variáveis: -primeira letra única (ou não); -aa mais comum ganha; -letra foneticamente sugestiva: (RFYW) aRginina, Fenilalanina, tYrosine, tWiptophan.... Estado de ionização que predominariam em pH 7,0 Uma exceção é a PROLINA, um iminoácido. A cadeia lateral fecha um anel com o grupo α-amino e é mantido em uma conformação rígida que reduz a flexibilidade estrutural das regiões polipeptídicas. H2C CH2 H2N C COO H + CH2 a Grupos Amida Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala S S S S Insulina bovina S S As pontes de enxofre estabilizam estruturas de proteínas e peptídeos. Fortemente hidrofóbico Hidroxila Anel Indólico Absorção da luz UV (~280 nm) pelos aas aromáticos em pH 6,0 Os aminoácidos estão em quantidades equimolares 10-3 M Absorção da luz UV (~280 nm) pelos aas aromáticos Grupo n-butilamina Grupo guanidino Grupo imidazol Único c/ cadeia lateral ionizável com um pka próximo da neutralidade Aminoácidos não Padrão Elastina Miosina Colágeno, parede cel plantas Colágeno Protombina Inserida nos polipeptídeos durante a tradução, é denominada de 21° aa Quatro lisinas Outros aas aparecem como intermediários do metabolismo. Ornitina e Citrulina são intermediários no ciclo da uréia durante a degradação de aminoácidos.Aminoácidos Essenciais (indispensáveis) •Arginina •Histidina •Isoleucina •Leucina •Lisina •Metionina •Fenilalanina •Treonina •Triptofano •Valina A arginina pode ser sintetizada pelo nosso organismo, mas não em uma velocidade suficiente para atender às demandas do crescimento normal. Aminoácidos podem atuar como ácidos e bases (fracos) Anfóteros Moléculas que apresentam grupos com cargas elétricas de polaridades opostas são conhecidos como ZWITTERIONS (do alemão: zwitter, híbrido) ou íons dipolares. A relação entre o pH e o grau de dissociação de um ácido ou base fraco pode ser melhor analisada em termos da equação de Henderson-Hasselbalch: ][ ][ log HA A pKpH a Em termos gerais: desde que a razão ]prótons de doador[ ]prótons de aceptor[ seja conhecida, pode-se calcular o pH de qualquer solução O valor de pKa é uma medida da força de um ácido Quanto menor o pKa mais forte é o ácido e, consequentemente, quanto maior o pKa mais fraco é o ácido Uma análise da equação de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log([A –]/[AH]), revela que quando [aceptor de prótons] = [doador de prótons] pH = pKa Em pH’s abaixo do pKa, portanto [doador de prótons] > [aceptor de protons] Em pH’s acima do pKa, no entanto, [aceptor de protons] > [doador de prótons] A tabela abaixo a apresenta alguns ácidos fracos com os seus respectivos pKa’s a 25oC Ácido Ka (M) pKa HCOOH (ácido fórmico) 1,78 104 3,75 CH3COOH (ácido acético) 1,74 10 5 4,76 CH3CH2COOH (ácido propiônico) 1,35 10 5 4,87 CH3CH(OH)COOH (ácido lático) 1,38 10 4 3,86 H3PO4 (ácido fosfórico) 7,25 10 3 2,14 H2PO4 (dihidrogênio fosfato) 1,38 107 6,86 HPO4 2 (monohidrogênio fosfato) 3,98 1013 12,4 H2CO3 (ácido carbônico) 1,70 10 4 3,77 HCO3 (bicarbonato) 6,31 1011 10,2 NH4 + (amônio) 5,62 1010 9,25 No ponto inicial existe apenas HA; à medida que HO é adicionado forma-se A No ponto médio pH = pKa e [HA] = [A] No ponto final existe apenas A HNHNH 34 HHPOPOH 2442 HCOOCHCOOHCH 33 N as extremidades das curvas o pH varia muito com poucos equivalentes de OH- adicionados Na faixa média, com pHs próximos aos dos pKas, no entanto, o pH varia pouco com muitos equivalentes de OH- adicionados A faixa que resiste a variações de pH é chamada de faixa tamponante; ela situa-se mais ou menos, entre pKa – 1 e pKa + 1 ][ ][ log HA A pKpH a Ácido diprótico em pH baixo A força de um ácido é a medida da tendência do grupo para ceder o próton, com esta tendência decrescendo 10x quando o pka aumenta de uma unidade). Os aminoácidos possuem curvas de titulação características A titulação ácido-base envolve a adição ou a remoção gradual de prótons Curva de titulação de uma solução de glicina 0,1 M a 25 oC pH= pKa + log [base conjugada] [ácido conjugado] pI = pK’a COOH + pK’a NH3 2 + Para aminoácidos monoamino monocarboxílicos o pI pode ser obtido pela média dos dois pKs pI=(pK1+pKR)/2 pI=(pKR+pK2)/2= Efeito do ambiente químico sobre o pKa NH3 atrai elétrons, reforça a acidez do COOH e diminui o pKa Os átomos de oxigênio eletronegativos no grupo carboxila empurram os elétrons para fora do grupo amino, diminuindo o seu pKa. Um ambiente polar na célula favorece a forma carregada (R- COO- ou R-NH3+) e um ambiente apolar favorece a não-carregada (R- COOH ou R-NH2). O pK de um grupo funcional dependerá assim de sua localização no interior de uma dada proteína. Curiosidades “Uma Mente brilhante” - Esquizofrenia: americano John Forbes Nash As teorias neurobiológicas defendem que a esquizofrenia é essencialmente causada por alterações bioquímicas e estruturais do cérebro, em especial com uma disfunção dopaminérgica, embora alterações em outros neurotransmissores estejam também envolvidas. A maioria dos neurolépticos atua precisamente nos receptores da dopamina no cérebro, reduzindo a produção endógena deste neurotransmissor. Exatamente por isso, alguns sintomas característicos da esquizofrenia podem ser desencadeados por fármacos que aumentam a atividade dopaminérgica (ex: anfetaminas). Esta teoria é parcialmente comprovada pelo fato de a maioria dos fármacos utilizados no tratamento da esquizofrenia (neurolépticos) atuarem através do bloqueio dos receptores (D2) da dopamina. Efeito sedativo, agradável Leite... morno, ajuda a dormir O mito provoca controvérsias. "Isso é mais empírico do que científico", diz o cardiologista Heno Ferreira Lopes. "Não conheço estudos comparativos que comprovem esse efeito." A crença se deve à presença de triptofano no leite. Esse aminoácido, não fabricado pelo corpo, modula a produção de serotonina, neurotransmissor que dá sensação de bem-estar. E a serotonina, por sua vez, é usada na produção de melatonina, o hormônio do sono. O triptofano está presente no leite, mas também em carnes (peito de peru, sobretudo), ovo, amendoim, grão-de-bico e feijões.
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