Aminoacidos e Proteinas

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AMINOÁCIDOS
INTRODUÇÃO E IMPORTÂNCIA
As proteínas são as macromoléculas de maior abundância nas células vivas. Além disso as proteínas possuem uma enorme diversidade estrutural e funcional. As proteínas, por sua vez, são formadas por subunidades chamadas aminoácidos. Todas as proteínas são formadas a partir de um grupo de 20 aminoácidos, que formam as proteínas através de ligações covalentes numa sequência linear. Como cada um destes 20 aminoácidos possui uma característica diferente, as propriedades de uma dada proteína dependem diretamente de quais aminoácidos estão presentes na sua estrutura.
A dieta humana deve conter uma quantidade mínima de aminoácidos essenciais, aqueles que não são sintetizados endogenamente. Além disso problemas genéticos que resultam na deficiência de síntese de alguns aminoácidos levam ao desenvolvimento de sérias doenças.
Os aminoácidos também podem ter um importante papel funcional mesmo não estando inseridos na 
estrutura de uma proteína. 
O que são aminoácidos essenciais?
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NOMENCLATURA DOS AMINÁCIDOS
Muitos dos aminoácidos receberam nomes triviais, dependendo de como foram descobertos. Eles também possuem um código de abreviação de 3 e de 1 letra (Figura 6). 
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ESTRUTURA DOS AMINÁCIDOS
Todos os 20 aminoácidos encontrados nas proteínas possuem um grupo carboxílico e um grupo amino ligados ao mesmo carbono (C-), Figura 7. A diferença entre um aminoácido e outro está na cadeia lateral, também chamada de radical (R). As propriedade de cada um dos 20 aminoácidos depende de sua cadeia lateral (Figura 8).
Como podem ser agrupados os aminoácidos?
Tamanho
Polaridade e Carga
Quiralidade
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QUIRALIDADE DOS AMINOÁCIDOS
Observando a estrutura da glicina, podemos notar que este é o único aminoácido em que o o C- não é assimétrico. Todos os oiutros aminoácidos possuem o C- ligado a 4 grupos distintos, logo, este C- é um centro quiral. Devido ao arranjo tetraédrico da estrutura de um aminoácido, os 4 grupos que estão ligados ao C- podem assumir 2 arranjos espaciais distintos, que são imagens espectrais uma da outra e não podem ser superpostas. Estas 2 formas são chamadas de enantiômeros ou estereoisômeros.
Como todas as moléculas com centros quirais são oticamente ativas, é possível classificá-las como D ou L. A classificação enentiomérica dos aminoácidos é baseada na estrutura do gliceraldeído (Figura 9).
As proteínas são formadas por qual tipo enantiomérico de aminoácidos?
Existem proteínas que possuem aminoácidos incomuns?
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PROPRIEDADE IÔNICA DOS AMINÁCIDOS
Os aminoácidos quando estão em solução aquosa estão ionizados e podem atuar como ácidos ou como bases, o que é de grande relevância para o entendimento de suas propriedades químicas, físicas e biológicas.
O que é um zwitterion?
Uma vez que os aminoácidos são ionizáveis também podemos realizar curvas de titulação. Os aminoácidos possuem curvas de titulação características, que dependem da cadeia lateral e dos grupos ionizáveis presentes nesta (Figura 10).
Qual o significado de pK? E de pI? 
Em termos de ionização, o que está acontecendo em cada um destes pontos?
Qual a relação entre valor de pI e carga elétrica líquida de um aminoácido? 
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PEPTÍDIOS
INTRODUÇÃO E IMPORTÂNCIA
Quando um aminoácido se junta a outro através da ligação entre o carboxi-terminal de um e o amino-terminal de outro, esta nova molécula passa a se chamar peptídio. Se é formada por 2 aminoácidos, é chamada um dipeptídio; se por 3, um tripeptídio, e assim por diante. Os polímeros de aminoácidos são chamados de peptídios quando contém até cerca de 50 aminoácidos. A partir daí, estes polímeros são chamados de proteínas.
O estudo dos peptídios é de grande importância porque serve como um preparativo para o estudo das proteínas; e também porque os peptídios, por si só, constituem uma classe de moléculas com grande importância nos organismos vivos. Uma grande parte dos hormônios são peptídios.
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LIGAÇÃO PEPTÍDICA
A ligação covalente entre 2 aminoácidos é chamada de ligação peptídica (Figura 11). Para que ele ocorra no ambiente fisiológico é necessário que o grupo carboxila esteja ativado, para possibilitar a saída do grupo hidroxila.
Os aminoácidos numa estrutura peptídica são normalmente chamados resíduos, uma vez que perderam um hidrogênio do amino-terminal (N-terminal) e uma hidroxila do carboxi-terminal (C-terminal). A sequência de um peptídio é sempre descrita do N- para o C-terminal.
A ligação peptídica é rígida e plana. Isto ocorre devido a um caráter parcial de dupla ligação entre o carbono da carbonila e o nitrogênio da amina. Isso impede que ocorra rotação neste eixo. Por outro lado, ocorrem rotações nas ligações entre nitrogênio e C- (rotação ) e entre C- e o carbono da carbonila (rotação ) (Figura 12).
A sequência de aminoácidos numa estrutura peptídica ou protéica é chamada de estrutura primária.
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A ESTRUTURA PRIMÁRIA DE UM PEPTÍDIO E A RELAÇÃO COM SUA FUNÇÃO
Já sabemos que as principais características dos aminoácidos são em decorrência do tipo de cadeia lateral.
Desta maneira, fica claro que a atividade biológica de um dado peptídio, bem como as características 
físico-químicas deste peptídio, estão intimamente ligados à sequência e aos tipos de aminoácidos que o constituem (Figura 13). 
Entre os peptídios com relevante atividade biológica podemos citar a insulina, o glucagon, a angiotensina e a bradicinina.
Como você entende a relação entre sequência de aminoácidos e atividade biológica de um peptídio?
Qual a importância biomédica da síntese química de peptídios?
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PROTEÍNAS
INTRODUÇÃO E IMPORTÂNCIA
Como foi dito anteriormente, as proteínas são as macromoléculas de maior abundância nas células vivas, com uma grande diversidade estrutural e funcional. 
Existe uma imensa gama de proteínas que diferem entre si tanto no aspecto estrutural quanto no funcional.
Várias doenças são associadas a mutações em genes que acabam por produzir proteínas defeituosas. 
Modificações na estrutura tridimensional de algumas proteínas estão relacionadas a outras doenças, como por exemplo as causadas por prions.
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TIPOS DE CLASSIFICAÇÕES
As proteínas podem ser agrupadas e classificadas de diferentes maneiras. Uma das classificações mais simples divide as proteínas entre globulares e fibrosas. 
As proteínas globulares normalmente são solúveis, possuem forma globular e estão envolvidas em atividades funcionais. As proteínas fibrosas, por sua vez, normalmente são insolúveis, possuem forma alongada e uma função estrutural.
As proteínas também podem ser divididas com base em outros parâmetros, tais como tamanho, tipo de estrutura e tipo de função.
ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS
ESTRUTURA PRIMÁRIA
As proteínas podem ser divididas em quatro níveis estruturais. O primeiro é chamado “estrutura primária”, e como foi descrito anteriormente, corresponde a sequência de aminoácidos. 
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA
A “estrutura secundária” de uma proteína corresponde a um tipo de arranjo local numa determinada porção de uma proteína. As estruturas secundárias mais comuns são as folhas- e as -hélices.
É de grande importância relembrar agora o papel das diferentes ligações químicas no processo de estabilização das estruturas secundárias de uma proteína.
Quais são as principais ligações químicas envolvidas na estabilização da estrutura secundária?
A -HÉLICE
Se uma sequência de C-, num dado peptídio, for torcida com ângulos iguais vai ser formado uma estrutura tipo mola, chamada de hélice. Podem existir diferentes tipos de hélices dependendo do número de resíduos por volta e da distância formada entre resíduos que se localizem no mesmo lado da hélice. 
A -hélice possui valores bastante favoráveis de rotação  (phi) e  (psi), além de uma quantidade de pontes de hidrogênio capaz de manter um alto grau deestabilidade. Uma  -hélice possui 3,6 resíduos por volta e um espaçamento de 4,5 Angstrons (Figura 15).
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A FOLHA -PREGUEADA
O termo “” existe apenas em referência ao fato de esta ter sido a segunda estrutura protéica descrita. O termo pregueada se deve à forma desta estrutura quando observada ao longo de seu eixo principal (Figura 16). 
A estrutura de uma folha- pregueada é amplamente estendida e pode incluir resíduos de porções distantes na sequência primária. Assim como as -hélices, as folhas- também são estabilizadas através de um grande número de pontes de hidrogênio. 
As folhas- podem ser descritas como paralelas e anti-paralelas. Este sentido depende do posicionamento das regiões N- e C-terminais das sequências peptídicas no arranjo da estrutura . 
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As folhas- também podem ser estabilizadas através de interações hidrofóbicas, como no exemplo da proteína da seda fibroina (Figura 17).
Com relação a pontes de hidrogênio, qual a diferença entre uma folha  paralela e uma anti-paralela?
REGIÕES DESORDENADAS
Muitas regiões desordenadas são encontradas nas proteínas, normalmente conectando 2 estruturas secundárias.
Para a atividade de uma determinada proteína o que é mais importante, uma região de estrutura 
secundária ou uma região desordenada? 
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ESTRUTURA TERCIÁRIA 
A maneira mais fácil de entender a estrutura terciária de uma proteína é imaginá-la como uma combinação de estruturas secundárias de uma molécula inteira. Da mesma maneira que a estrutura secundária define uma estrutura tri-dimensional de uma determinada região da proteína, a estrutura terciária vai definir a estrutura tri-dimensional da proteína inteira.
Numa estrutura terciária inteira podemos observar que algumas estruturas secundárias se arranjam em grupos menores, chamados de motivos é domínios. Os motivos normalmente são definidos como estruturas supra-secundárias e os domínios normalmente estão relacionados a algum tipo de função.
Como se distribuem resíduos hidrofóbicos e hidrofílicos na estrutura tri-dimensional de uma proteína?
Através de que interações ocorre a estabilização da estrutura terciária de uma proteína? 
Qual o papel das pontes dissulfeto?
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MAPEAMENTO HIDROFÓBICO DE UMA PROTEÍNA
Sabemos que uma proteína é constituída de dezenas ou centenas de aminoácidos, e também que as cadeias laterais dos aminoácidos são determinantes das suas principais características físico-químicas. Logo, é possível “mapear” as regiões hidrofóbicas e hidrofíficas de uma dada proteína com base nas características dos aminoácidos que a constituem.
Algumas -hélices são ditas amfipáticas, como isso pode ter importância funcional?
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ESTRUTURA QUATERNÁRIA 
As proteínas que possuem mais de uma cadeia peptídica interagindo não covalentemente para formar a sua estrutura tri-dimensional são proteínas com estrutura quaternária. Da mesma forma como, de maneira simples, podemos associar uma estrutura terciária como sendo Vários tipos de interação, tais como pontes de hidrogênio e eletrostáticas estão envolvidas na estabilização de uma estrutura quaternária.
Proteínas compostas por mais de uma sub-unidade são chamadas diméricas, triméricas e assim por diante. 
Quando as subunidades são idênticas é usado o termo homodímero, homotrímero, etc. Quando as sub-unidades são distintas é usado o termo heterodímero, heterotrímero, etc. 
No caso das proteínas hetero-oligoméricas, é comum que as distintas subunidades possuam papéis distintos, como por exemplo sítios de interação e de ativação.
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DESNATURAÇÃO
Vários reagentes, tais como uréia, ácidos, bases, detergentes, entre outros, podem induzir a desnaturação protéica, ou seja, o desarranjo estrutural. A presença destes reagentes interfere com as pontes de hidrogênio, interações eletrostáticas e hidrofóbicas, que estabilizavam as estruturas secundárias, terciárias e eventualmente as quaternárias. A desnaturação leva à perda da atividade biológica de uma proteína mesmo não interferindo na na estrutura primária da mesma. O calor também é um agente desnaturante.
Algumas proteínas podem recuperar a sua estrutura original após a retirada dos agentes desnaturantes, este fenômeno é chamado de renaturação.
O que são chaperonas?